Dynamic variation and the fast acceleration of particles in Earth’s radiation belt

We have quantitatively investigated the radiation belt’s dynamic variations of 1.5-6.0 MeV electrons during 54 CME (coronal mass ejection)-driven storms from 1993 to 2003 and 26 CIR (corotating interaction region)-driven recurrent storms in 1995 by utilizing case and statistical studies based on the data from the SAMPEX satellite. It is found that the boundaries determined by fitting an exponential to the flux as a function of L shell obtained in this study agree with the observed outer and inner boundaries of the outer radiation belt. Furthermore, we have constructed the Radiation Belt Content (RBC) index by integrating the number density of electrons between those inner and outer boundaries. According to the ratio of the maximum RBC index during the recovery phase to the pre-storm average RBC index, we conclude that CME-driven storms produce more relativistic electrons than CIR-driven storms in the entire outer radiation belt, although the relativistic electron fluxes during CIR-related storms are much higher than those during CME-related storms at geosynchronous orbit. The physical radiation belt model STEERB is based on the three-dimensional Fokker-Planck equation and includes the physical processes of local wave-particle interactions, radial diffusion, and adiabatic transport. Due to the limitation of numerical schemes, formal radiation belt models do not include the cross diffusion term of local wave-particle interactions. The numerical experiments of STEERB have shown that the energetic electron fluxes can be overestimated by a factor of 5 or even several orders (depending on the pitch angle) if the cross diffusion term is ignored. This implies that the cross diffusion term is indispensable for the evaluation of radiation belt electron fluxes. Formal radiation belt models often adopt dipole magnetic field; the time varying Hilmer-Voigt geomagnetic field was adopted by the STEERB model, which self-consistently included the adiabatic transport process. The test simulations clearly indicate that the adiabatic process can significantly affect the evolution of radiation belt electrons. The interactions between interplanetary shocks and magnetosphere can excite ULF waves in the inner magnetosphere; the excited polodial mode ULF wave can cause the fast acceleration of "killer electrons". The acceleration mechanism of energetic electrons by poloidal and toroidal mode ULF wave is different at different L shells. The acceleration of energetic electrons by the toroidal mode ULF waves becomes important in the region with a larger L shell (the outer magnetosphere); in smaller L shell regions (the inner magnetosphere), the poloidal mode ULF becomes responsible for the acceleration of energetic electrons.     

中国湿地保护区与湿地公园空间分布差异

以等降水线、地表径流和干湿度地区为参考因子,讨论中国湿地保护区和湿地公园的空间分布差异。利用Arc GIS软件,分析中国湿地保护区和湿地公园密度分布相关性,计算两者重叠和互补性;通过基尼系数和综合密度等指数,在八大经济区域尺度上,比较湿地自然保护区和湿地公园空间分布的均衡程度。在年降水量为600~800 mm的区域,湿地保护区和湿地公园的数量最多;湿地保护区和湿地公园都趋向河流分布,湿地保护区距离河流更近;半湿润区湿地保护区数量和面积都最大,湿地公园面积都很小。湿地保护区和湿地公园平均核密度为0.49×10-4个/km2和0.45×10-4个/km2,二者的分布密度不相关(r=0.31)。湿地保护区和湿地公园空间的最邻近距离指数都小于1,呈现聚集分布。在区域尺度上,湿地保护区和湿地公园基尼系数分别为0.93和0.98,各经济区域之间综合密度分布差异较大。湿地保护区主要分布在有重要湿地资源的中国东北、东南和西南等地区,在湿地保护生态系统中发挥主要作用;而湿地公园多分布在经济发展较快的北部沿海和东部沿海地区,更贴近人类生活,有效补充了湿地保护区的不足。     

南海北部神狐海域天然气水合物差异性分布的控制因素

南海北部陆坡区具备天然气水合物形成聚集的地质条件,神狐海域的海底沉积层温度和压力条件符合水合物成藏的要求;源岩生烃潜力巨大且烃类运移条件良好,可以为水合物成藏提供充足的气源和通畅的运移通道。然而,钻探结果揭示了神狐海域天然气水合物在相似地质背景地区聚集分布的差异性,其机理及控制因素并不清楚。基于研究区8口钻探井的成藏地质条件,综合对比分析了成功获取及未获取水合物站位处的地震、测井、钻井、地球化学等数据,并以此探究南海北部神狐地区天然气水合物分布不均匀性的控制和影响因素。     

一种阵列式海洋磁力测量系统

基于多台海洋磁力仪、测深仪和GPS,研制了数据合成器、水下拖体、电源适配器、数据收录兼导航软件,最终构建了一种阵列式海洋磁力测量系统。该阵列式海洋磁力测量系统具备3个磁力仪通道,动态噪声≤0.3n T p-p,采样率为10Hz,水下部分总重量≤95kg,配迫降翼后入水深度可达22m。该阵列式磁力测量系统曾被应用于董家口港区某锚地的未爆炸物探测,最终确定了多个疑似物位置。     

辽西牛营子凹陷北票组烃源岩生物标志化合物特征——以辽凌地1井为例

采用气相色谱、气相色谱-质谱技术,研究了辽西牛营子凹陷辽凌地1井1527.91~1722.78 m(未见底)北票组烃源岩的生物标志化合物特征,剖析其沉积环境、有机质生源、有机质热演化程度等方面的信息. 牛营子凹陷北票组烃源岩样品的正构烷烃相关参数间接表征烃源岩成熟度较低,多为未成熟-低成熟阶段;有机质输入以陆源输入为主,有部分低等生物输入; Pr/Ph值主要介于0.94~5.01之间,平均为3.40,具有典型煤系地层有机质特征,形成于偏氧化性环境; C₂₄TeT/C₂₆TT-(C₂₀ +C₂₁)TT/(C₂₃+C₂₄)TT值整体偏高,指示一种高等植物来源; C₂₄-四环二萜/C₂₆三环萜烷比值分布于1.15~5.28,平均值为2.76,表明其陆源高等植物贡献较为充足;伽马蜡烷指数分布在0~0.04,平均值为0.02,反映当时的沉积环境为淡水环境;在m/z217质量色谱图中样品甾烷呈现C₂₉甾烷占优势的反"L"型,表示为高等植物输入占绝对优势. 综合研究认为牛营子凹陷北票组烃源岩形成于淡水的偏氧化性环境,具有典型煤系地层有机质特征,有机质来源为陆源高等植物贡献,具有油气勘探前景.     

河西地区NDVI变化及其对气温和降水的响应

针对不同地区植被变化对气温和降水的响应不一致的现象,该研究基于MODIS-NDVI遥感影像及同期33个气象站点数据,采用斜率分析和相关分析等方法,探究了河西地区2000-2017年生长季植被覆盖的年际和年内变化及其与气候因子的关系.结果表明:河西地区生长季NDVI的总体水平偏低,空间上由东南向西北逐步递减;近18年,河西地区NDVI的趋势变化为整体增加,增加速率为0.022/(10 a).年尺度上,河西地区NDVI变化与气温相关性较小,主要受降水影响,86.80％的区域与降水呈正相关.月尺度上,植被覆盖随温度升高而逐渐增加,20℃时趋于最大;月降水量在0～60 mm之间时,NDVI随降水量增大而快速增加;超过60 mm后,则稳定在0.16左右.河西地区植被对降水的响应存在2个月滞后性,而与气温则无明显时滞性.     

一阶速度-应力双相介质方程逆时偏移及GPU加速实现

实际地下储层是含流体的双相介质,常规的弹性波叠前逆时偏移多基于单相介质理论,不能充分考虑地层中的双相介质对地震波场的影响。为研究双相介质中地震波传播对逆时偏移结果的影响,基于Biot的双相介质理论实现了一阶速度-应力双相介质方程的逆时偏移,并基于CUDA实现了双相介质方程逆时偏移的GPU加速。模型实验结果表明,在含流体的双相介质中,双相介质方程逆时偏移的结果比弹性波方程和声波方程的结果更接近真实的构造形态,同时与基于CPU的双相介质逆时偏移相比,基于GPU的逆时偏移可达到27倍的加速比。因此基于GPU加速的双相介质逆时偏移不仅能够实现对双相介质地层的精确偏移成像,而且能够有效提高逆时偏移的计算效率。     

天津南港工业区海水淡化工程附近海域水质调查

海水淡化工程带给城市经济社会效益的同时,也给海洋环境带来负担。海水淡化工程产生的大量排海浓海水在温度、盐度、有机物和营养盐、重金属、酸度、余氯、溶解氧和机械卷载效应等方面对海洋生态环境和海洋生物会产生一定影响,甚至对人类健康产生间接的危害。文章在2018年调查天津南港工业区海水淡化工程附近海域水质状况的基础上,分析海水水质变化趋势。研究表明：2018年调查区域主要污染因子为无机氮,其次为化学需氧量;其局部海域范围内无机氮和化学需氧量的含量各自呈现规律性变化;其他指标均未出现明显波动;南港工业区海水淡化工程附近海域的调查指标未发生明显变化。     

钢—混凝土组合连续刚构桥墩梁连接节点抗震性能比较研究

钢-混凝土组合连续刚构桥的关键在于墩梁连接节点,设计了双层钢箱混凝土、钢筋混凝土和钢管混凝土等3种不同类型墩柱的连接节点构造形式。基于OpenSees平台建立了墩柱截面纤维有限元模型,并利用双层钢箱混凝土墩柱拟静力试验结果验证了数值模型的有效性,进而基于纤维有限元模型对3种不同类型墩柱节点进行了非线性滞回性能计算分析。结果表明:纤维模型能够模拟拟静力作用下组合连续刚构桥墩梁连接的滞回性能,双层钢箱混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁连接节点的整体抗震性能要优于钢筋混凝土墩柱和实心钢管混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁的连接节点,建议的刚性节点构造合理和传力路径明确,可为钢-混凝土组合连续刚构桥设计提供参考。     

基于正交各向异性介质理论的地应力地震预测方法

地应力是评价页岩气储层是否可压裂成网的重要参数.利用地震资料进行地应力参数预测可以根据水平应力差异比(DHSR,Differential Horizontal Stress Ratio)值大小来判断.现阶段计算水平应力差异比主要基于具有对称轴的横向各向同性介质理论,即HTI介质假设,欠缺对页岩中实际大量存在的VTI特征的考虑.本研究同时考虑页岩气地层VTI和HTI特征的作用,利用正交各向异性介质岩石物理关系,推导出水平应力差异比与弹性参数及各向异性参数之间的关系.首先,在分析应力应变本构方程的基础上,对正交各向异性介质(OA)的本构方程进行推导,通过胡克定律一般形式获得正交各向异性介质的应力和应变关系;其次,利用该应力和应变关系推导出最大水平应力、最小水平应力和水平应力差异比与地层弹性参数和各向异性参数的关系并定义了参数正交各向异性水平应力差异比(ODHSR,Orthorhombic Differential Horizontal Stress Ratio);最后,对正交各向异性水平应力差异比ODHSR与具有水平对称轴的横向各向同性介质的DHSR进行了对比,证明了本文的正交各向异性水平应力差异比(ODHSR)计算公式.