地球电子外辐射带的数据同化建模与分析

地球电子外辐射带对太阳与地磁活动呈现高度动态变化的响应,了解外辐射带的全球动态变化过程对于近地空间粒子辐射环境的理解认知和预测预报具有重要意义.基于卡尔曼滤波数据同化方法,本文利用范阿伦A星、B星和GOES-13和GOES-15四颗卫星的辐射带电子观测数据,分别利用三种不同维度的辐射带物理模型,将观测结果与数值结果有机融合,对2013年3月地球外辐射带电子通量的径向分布与变化进行数据同化分析.结果表明,考虑了磁层波动与辐射带电子共振作用引起的径向扩散、投掷角扩散以及能量扩散过程的三维同化模型可有效、合理地重现外辐射带电子通量的径向分布.本文进一步利用该三维同化模型对2013年一整年外辐射带电子的相空间密度分布进行重构与分析,得到了不同绝热不变量和不同地磁活动条件下电子辐射带的时空演化过程,从而为深入理解外辐射带电子的变化过程和动力学机制提供了强有力信息.通过分析同化过程中的新息矢量以及度量同化过程中观测数据在多大程度上修改了物理模型结果,还有助于定量分析现有辐射带物理模型中的源项和损失项的相对贡献以及可能忽略的物理机制或过程.

     

某教学楼沉管灌注桩基础设计

根据岩土工程勘察报告，通过对场地的工程地质条件分析，决定该建筑物以沉管灌注桩为基础，并对桩基础的一系列参数进行了设计。     

土体固结变形对污染物运移行为影响研究进展

污染物在土体中的运移机制包括对流、扩散、弥散、吸附、降解和化学反应等。实际工程中, 自重及上部荷载易使土体产生固结变形。一方面, 污染土的固结变形将引起其中污染物溶液的对流, 另一方面, 随着固结变形的发展, 土的孔隙比、渗透与固结系数随之改变, 污染物在土体中的水动力弥散系数亦随之改变, 进而影响污染物在其中的运移特性。首先对国内外不同变形条件(大变形、小变形)下固结对污染物运移行为影响理论模型进行了综述, 然后比较分析了各类试验研究方法和试验仪器发展, 最后列举了国内外考虑土体固结对污染物运移影响的典型工程案例。     

H+频段EMIC波对辐射带相对论电子的投掷角扩散系数的多维建模

电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波)在地球辐射带电子动力学过程中扮演着非常重要的角色.通过波粒相互作用,EMIC波能有效地散射相对论电子,造成辐射带相对论电子快速沉降损失从而影响相对论电子通量演化.因此在地球辐射带动力学建模中,快速准确地获取EMIC波对相对论电子的散射效应信息非常必要.利用基于准线性理论的Full Diffusion Code (FDC),本文主要研究了辐射带H⁺频段EMIC波对相对论电子的散射效应,并定量计算了EMIC波对相对论电子的弹跳平均投掷角扩散系数.为了方便快速地进行辐射带多维度建模,我们建立了L=1.5~7,α^*=3~30范围内的扩散系数矩阵库.文中展示了L分别为3、4和5时α^*为3~30时H⁺频段EMIC波三种不同传播角模型的弹跳平均投掷角扩散系数,其随不同输入参数的变化特征与前人结果基本一致.基于所建立的弹跳平均投掷角扩散系数矩阵库,我们使用线性插值方法计算得到了L为3.25、4.35、5.55时在等离子体层顶内外的弹跳平均投掷角扩散系数.通过计算比较FDC和线性插值两种方法得到的扩散系数的相对误差,我们进一步验证了线性插值方法对于快速获取扩散系数的可行性和准确性.我们的结果表明,扩散系数的多维矩阵构建和线性插值获取能有效提高辐射带动力学建模的效率,对地球辐射带动理学快速建模和空间天气预报有着重要意义.

     

基于人工神经网络和随机森林方法的L1点处太阳风速度重构与预测

太阳风是由太阳大气膨胀形成的等离子体流,它能够将太阳的物质和能量传递到地球空间环境中.剧烈的太阳风暴能够引起地球空间天气中灾害性事件,而太阳风参数作为表征太阳活动的重要指标,对太阳风关键参数进行重构和预测,有助于理解地球空间天气演化的重要机理和规避或减轻灾害性空间天气.本文以1963—2018年的地面观测数据（Kp指数、Dst指数、AE指数、F_10.7和太阳黑子数）作为输入,通过特征选取技术对输入参数进行筛选,然后利用人工神经网络和随机森林两种算法分别对日地L1点处（第一拉格朗日点）的太阳风速度进行重构和提前3小时预测.结果表明,两种算法均能在测试集中有效重构和预测太阳风速度的变化情况,其中人工神经网络的性能更好,重构结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~58 km·s^-1和~0.84,预测结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~61 km·s^-1和~0.82,而随机森林的性能分别为~63 km·s^-1和~0.81以及~64 km·s^-1和~0.80.我们进一步利用所训练的模型对2015年3个强磁暴事件期间的太阳风速度变化进行定量分析,人工神经网络在预测中表现出了较好性能.本文建立的太阳风速度重构和预测模型可以被用于以太阳风参数作为驱动的空间天气建模研究.

     

热等离子体影响嘶声波的色散特性和电子散射效应研究

由等离子体层嘶声波引起的电子散射效应是地球内磁层电子损失的重要机制,也是地球内外辐射带间槽区形成的主要原因.在量化嘶声波对高能电子散射效应的研究过程中,冷等离子体近似下的嘶声波色散关系被广泛应用.然而在实际磁层等离子体环境中,热等离子体成分的存在会修正嘶声波的色散特性,进而也会影响嘶声波对高能电子的散射效应.本文主要介绍了热等离子体影响嘶声波色散特性及其对电子散射效应的相关研究.基于卫星波动观测数据的统计分析结果证实了热等离子体效应对嘶声波色散特性的修正作用;通过典型事例分析以及基于准线性理论的数值计算,分析了嘶声波散射高能电子对地磁活动条件和热等离子体参数（电子温度各向异性、热电子温度以及热电子占比）的依赖性.结果表明,冷等离子体假设会高估100 keV以下能量电子以及较大投掷角范围内100 keV以上能量电子的散射系数,而低估较低投掷角范围内100 keV以上能量电子的散射系数.此外,冷等离子体假设下共振区间会扩展到更低能量的电子,而基于观测的色散曲线结果则使100 keV以上电子与嘶声波的共振范围扩展到更小的投掷角区间.随着热等离子体参数的增大,冷等离子体近似与热等离子体环境下的...     

海洋脂溶性藻毒素虾夷扇贝毒素产毒来源、毒性效应和检测技术研究进展

海洋藻毒素是由海洋有毒微藻分泌产生的有毒物质,可通过食物链传递,导致养殖海产品染毒或者死亡,对人类消费者的健康造成威胁。近年来有毒赤潮频发,海洋藻毒素对海产品的食用安全影响备受关注。虾夷扇贝毒素是一种脂溶性的藻毒素,在世界范围内广有分布。近年来,随着分析化学检测技术被逐渐应用于我国海产品的藻毒素检测和质量监控,虾夷扇贝毒素在我国近海多个海域的贝类样品中被检测出来,但是我国对于该类毒素的毒性作用研究相对较少。本文综述了虾夷扇贝毒素的生物来源、地理分布、化学结构、毒性作用机制及检测方法的研究进展,结合我国国内的调查研究现状,为海洋生态环境监控提出新的建议,即目前除了对常规浮游植物类群进行监控以外,还应加强有毒甲藻孢囊多样性监测,同时,基于虾夷扇贝毒素的毒性作用机制,为海洋药物活性开发和利用提供了新思路。     

中国近海原多甲藻的形态鉴定

原多甲藻物种的分类与鉴定是其分类学研究中最困难的一项工作。本研究通过追溯原多甲藻属的分类学历史,厘清了原多甲藻属的分类学地位,并初步鉴定出23种我国近海原多甲藻属物种,描述了每个种的形态特征以及壳板模式,本文还探讨了一些相似种的区别特征,我们得出:P. oceanicum和P. murry,P. tumidum and P. fatulipes,以及P. globules和P. majus都分别是单独的物种而并非同种异名;P. diabolum为有效拉丁名而Peridinium globosum及Peridinium longipes均为别名;至于P. punctulatum和P. subinerme的分类学关系则需进一步研究才能确定。     

等离子体层嘶声散射辐射带电子的损失时间尺度建模研究

等离子体层嘶声(Plasmaspheric hiss)是地球辐射带中的一种常见哨声模波动,主要存在于等离子体层中.嘶声波可以通过回旋共振散射辐射带电子,在辐射带槽区的形成过程和反转能谱的演化过程中具有重要作用.因此,在辐射带动态建模中需要考虑嘶声波的作用,常用的方法是在辐射带电子扩散方程中加入嘶声波导致的损失项,用损失时间尺度(loss timescale)代表电子损失的快慢.本文基于等离子体层嘶声对辐射带电子的投掷角散射系数模型计算了嘶声波导致辐射带电子损失的时间尺度.建立了包含L(范围为3~6)、冷等离子体参数α^*(范围为3~30)以及电子能量(范围为1 keV~10 MeV)的电子损失时间尺度参数化模型.基于该模型,可以快速计算电子在嘶声波散射效应下的损失时间尺度.通过与卫星实际观测的电子损失时间尺度对比,验证了本文建立的嘶声波损失时间尺度模型的合理性,可为实现辐射带的快速建模提供有利支持.

     

多频段EMIC波共振散射辐射带相对论电子的损失时间尺度研究

作为地球磁层中一种分布广泛的电磁波,电磁离子回旋波（Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波）是地球辐射带相对论电子的重要损失机制.EMIC波通常呈现H⁺、He⁺和O⁺三种不同频段,不同频段对相对论电子的散射效应和损失时间尺度大不相同.准线性理论是定量分析不同频段EMIC波对地球辐射带相对论电子散射效应的重要工具,我们利用基于准线性理论开发的Full Diffusion Code（FDC）,分别计算了H⁺、He⁺、O⁺三种频段EMIC波在不同空间范围、背景等离子体条件以及不同传播角模型下对辐射带相对论电子的弹跳平均投掷角散射系数,建立了L=1.5~7,背景等离子体参数α^*（=f_pe/f_ce）＝6~30范围内的多频段EMIC波电子散射系数矩阵库.进而,我们计算了辐射带相对论电子在不同频段EMIC波散射作用下的损失时间尺度,获得了在不同磁层条件下EMIC波损失沉降相对论电子的定量信息.这些结果对于提升地球辐射带动力学过程建模水平、开展辐射带空间天气预报具有重要价值.