利用地磁脉动预报地球同步轨道相对论电子通量的方法研究

本文利用低纬地磁台站的Pi1、Pi2地磁脉动（Pi1-2）资料和地球同步轨道的Pc5地磁脉动资料,对2004年1月到2006年12月38个磁暴事件的地磁脉动参数进行了统计分析.在此基础上,考虑相对论电子的局部加速机制,并加入损失机制,建立了一个初步的磁暴期间地球同步轨道相对论电子通量对数值的预报模型.利用该模型,我们对上述38个磁暴事件进行预报试验,最优化结果是：相对论电子通量对数值的预测值和观测值之间的线性相关系数为0.82,预报效率为0.67.这说明该模式具有较好的预报效果,也表明利用地磁脉动参数进行相对论电子通量预报是可行的.     

同步轨道相对论电子通量长期倒空事件的统计研究

地球辐射带中有"杀手"电子之称的相对论电子通量增强和损失过程一直是空间物理学和空间天气学研究的热点.本文通过对2000—2016年间,地球同步轨道相对论电子通量降低至背景通量水平并持续时间长达3天以上这一特殊现象进行了相关统计研究.从事件的时间分布角度,本文研究了约1.5个太阳活动周内共62例事件随太阳活动水平高低的分布情况,结果表明:在太阳活动周下降期有较少的事件发生,而在峰年、谷年这类事件的发生率与太阳活动水平的高低并没有直接联系.随后,我们对这62例事件在开始、持续、结束三个阶段分别做了一些相关参数的统计,探讨相对论电子通量长期倒空事件的客观规律和产生机制.研究结果表明:事件发生前,太阳风动压、密度的显著增加引起磁层顶向内收缩,等离子体层顶一直维持在高L区域,IMF B_z分量南向和磁暴过程使相对论电子通量通过绝热和非绝热等物理损失机制降至背景通量水平.当这些相对论电子达到背景通量水平后,较弱的太阳风条件和地磁活动水平不足以提供充分的可以使相对论电子通量增长的源;虽然有些相对论电子通量长期倒空事件期间存在中、小磁暴过程,但这些强度较弱的磁暴很可能不会显著地影响...     

1998年4—5月地球同步轨道MeV电子通量增强事件

采用GOES9卫星观测的能量大于2MeV和大于4MeV电子通量和行星际飞船ACE太阳风参数的高时间分辨率资料,以及磁暴指数Dst资料,分析了1998年4—5月期间地球同步轨道电子通量增强事件的时间和能量响应特征及其与行星际太阳风参数、磁暴和亚暴等扰动条件的对应关系.结果表明,地球同步轨道相对论性（MeV）电子通量增强事件有明显的周日变化,中午极大和午夜极小.4月22日和5月5日开始的两次大事件中,能量大于2MeV电子通量中午极大值上升到最大值的时间尺度分别约为4天和1天,中午极大值高于背景水平的持续时间分别为13天（4月22日—5月4日）和16天（5月4日—20日）以上.每次MeV电子通量增强事件的能量范围不完全相同.两次大事件的上升段都对应于磁暴的恢复相,与太阳风动压脉冲、高速流脉冲和负Bz分量关系密切.     

2000年7月14日太阳高能粒子事件引起地球同步轨道区相对论电子通量巨幅增加

2000年7月14日10:24UT一个X5.6级的耀斑暴发生在太阳中心子午线附近(AR 9077), 同时伴随着一个朝向地球的CME事件及太阳高能粒子(Solar Energetic Particle, SEP)事件. 这次耀斑暴发及CME事件引起了地球磁层、电离层及高层大气的强烈扰动. 中国“风云二号(B)”卫星上的高能粒子探测器(EPD)观测到SEP事件期间, 同步轨道区高能质子、相对论电子有非常剧烈的增加. SEP期间, 高能质子对相对论电子通量的探测造成严重的污染. 结合“风云二号(B)”卫星上的高能粒子探测器(EPD)的特性, 建立了一种从相对论电子通量探测中“清除”高能质子“污染”的方法, 并对相对论电子通量的探测数据实施“清洁”处理. “纯净的”相对论电子通量探测结果显示, 当行星际磁场南向时, 上游太阳风中的高能电子使同步轨道区相对论电子通量有大幅度的增加.     

1998年4-5月地球同步轨道MeV电子通量增强事件

采用GOES9卫星观测的能量大于2MeV和大于4MeV电子通量和行星际飞船ACE太阳风参数的高时间分辨率资料,以及磁暴指数Dst资料,分析了1998年4-5月期间地球同步轨道电子通量增强事件的时间和能量响应特征及其与行星际太阳风参数、磁暴和亚暴等扰动条件的对应关系.结果表明,地球同步轨道相对论性（MeV）电子通量增强事件有明显的周日变化,中午极大和午夜极小.4月22日和5月5日开始的两次大事件中,能量大于2MeV电子通量中午极大值上升到最大值的时间尺度分别约为4天和1天,中午极大值高于背景水平的持续时间分别为13天（4月22日-5月4日）和16天（5月4日-20日）以上.每次MeV电子通量增强事件的能量范围不完全相同.两次大事件的上升段都对应于磁暴的恢复相,与太阳风动压脉冲、高速流脉冲和负Bz分量关系密切.     

磁层相对论电子通量变化与磁暴/亚暴的关系

本文分析了1 AU处的行星际磁场、太阳风速度、Kp指数、Dst和AE的变化关系,以及它们和地球同步轨道附近相对论电子通量的变化关系.分析说明,当行星际磁场Bz分量出现南向扰动和太阳风速度增大超过500 km/s时,地球磁层中常常发生磁暴/亚暴活动.在磁暴主相期间,相对论电子(能量E≥1 MeV)通量下降;而在磁暴恢复相期间,相对论电子通量恢复上升.但是,只有在伴随有高强度（AE≥500 nT）的持续性亚暴活动的磁暴恢复相期间,相对论电子的通量才能增长到超过暴前通量值,且能量低于300 keV的亚暴电子的通量越高,相对论电子的通量越高,反之则越低.亚暴注入电子数的多少很大程度上决定了磁暴恢复相期间相对论电子数的多少,这说明亚暴活动注入能量低于300 keV的亚暴电子是磁层相对论电子的一个重要来源.     

行星际扰动和地磁活动对GEO相对论电子影响

利用1988—2010年小时平均的GOES卫星数据,对地球同步轨道(GEO)相对论电子变化进行了统计分析,研究了相对论电子通量(Fe)增强事件的发展过程,探讨了利于相对论电子通量增强的太阳风和地磁活动条件.主要结论如下:(1)GEO相对论电子通量即使是峰值,也具有明显的地方时特性,最大电子通量出现在磁正午时.午/夜电子通量比率随着太阳风速度(Vsw)增加而增大;在Dst-50nT时相对论电子具有规则的地方时变化.在太阳活动下降相,电子通量与各参数的相关性较好,与其相关性最好的Vsw、Kp指数以及三次根号下的太阳风密度(N)分别出现在电子通量前39~57h、57~80h和12~24h.(2)强(日平均电子通量峰值Femax≥104 pfu)相对论电子事件,在距离太阳活动谷年前两年左右和春秋分期间发生率最高,较弱(104Femax≥103 pfu)事件无此特点;大部分强相对论电子事件中,电子通量在磁暴主相开始增加,较弱事件中则在恢复相开始回升.(3)太阳风密度变化对相对论电子事件的发展具有重要指示作用.电子通量在太阳风密度极大值后0~1天达到极小值,太阳风密度极小值后0~2天达到极大值.(4)90%以上相对论电子事件是在磁暴及高速太阳风的条件下发生的,与其伴随的行星际参数和地磁活动指数极值满足以下条件:Vswmax516km/s,Dstmin-31nT,Nmin2.8cm-3,Nmax14.1cm-3,Bzmin-2.9nT,AEmax698nT.(5)磁暴过程中,Dstmin后日平均电子通量大于103 pfu的发生概率为53%左右,强/弱相对论电子事件占总数比例分别为36%/64%左右,磁暴强度对其无影响.磁暴过程中的Vsw、N和AE指数大小对于能否引起相对论电子增强起着指示作用.     

等离子体湍流对电子的加速

本文讨论了等离子体湍流对电子加速的两种模型:（1）假定在空间中存在一个空间均匀的等离子体湍流区,当具有一定初始分布的电子束通过此湍流区时,研究湍流场对电子束的加速过程;（2）在某一封闭的区域中,存在着具有一定初始分布和空间均匀的等离子体,当某种类型的等离子体波突然传入此等离子体区,然后考察此区中电子的加速过程。在这两种模型中,可能存在着某种电子消失机制。假定湍谱是幂指数形式,我们给出了不同类型湍流扩散系数的普遍形式。利用较简单的数学方法,求解了包括消失过程的一维准线性动力学方程,对于给定的初始分布,得出了分布函数的解析解,并给出了平均能量时间关系的表达式。另外,对于特定的湍谱指数,解出了当平行电场和湍流同时存在时的分布函数。最后,对所得结果进行了数值分析和讨论。     

等离子体湍流对电子的加速

本文讨论了等离子体湍流对电子加速的两种模型:（1）假定在空间中存在一个空间均匀的等离子体湍流区,当具有一定初始分布的电子束通过此湍流区时,研究湍流场对电子束的加速过程;（2）在某一封闭的区域中,存在着具有一定初始分布和空间均匀的等离子体,当某种类型的等离子体波突然传入此等离子体区,然后考察此区中电子的加速过程。在这两种模型中,可能存在着某种电子消失机制。假定湍谱是幂指数形式,我们给出了不同类型湍流扩散系数的普遍形式。利用较简单的数学方法,求解了包括消失过程的一维准线性动力学方程,对于给定的初始分布,得出了分布函数的解析解,并给出了平均能量时间关系的表达式。另外,对于特定的湍谱指数,解出了当平行电场和湍流同时存在时的分布函数。最后,对所得结果进行了数值分析和讨论。     

哨声模波对高能电子槽区和外辐射带的调节作用

本文利用磁层哨声模嘶声和合声波的幅度分布模型、近赤道背景电子(能量在eV量级)的数密度分布模型和IGRF10磁场模型建立了一个高能电子(能量大于50 keV)准线性扩散模型.模型的数值结果表明,在不同的地磁条件下,等离子体层顶位置的变化改变了磁层背景电子数密度的空间分布,从而改变了哨声模嘶声对高能电子有效的投掷角扩散（损失）区域,同时也改变了哨声模合声波对高能电子有效的动量扩散（加速）区域.哨声模嘶声对电子投掷角扩散区域的变化和RRES卫星探测到的高能电子的槽区变化是一致的,而合声波对电子的动量扩散区域的变化和卫星探测到外辐射带的变化相同.这种对应关系说明：在不同的地磁条件下,哨声模波对高能电子扩散区域的变化是造成高能电子槽区和外辐射带的空间位置和大小变化的一个重要因素.在一些强磁暴期间,由于嘶声对部分能量范围电子的投掷角扩散作用消失,这些电子的槽区也随之消失,从而使内外辐射带连接在一起.     

西藏高原羊易地热田深部构造的近震转换波研究

首次利用三分量数字地震仪在西藏羊易地热田区记录到近震转换波,并用于研究深部构造取得了结果.查明了测区基底构造的基本特征,发现热田区发育了NNW和NEE向一系列断裂,其延深可达6-9km,不同方向断裂的交汇对热田有控制作用.在热田内基底形成一近NS向断块状局部隆起.经过热田深部传播的近震转换波的频谱主频和振幅比均有明显降低,这些特征显示热田深部可能有局部熔融的岩脉沿深断裂活动.表明在热田区的微震观测中同时利用近震转换震相研究深部构造是可行的.     

利用重力资料反演三维密度界面的质面系数法

文中给出一深度为h的水平矩形质面在地面产生的重力公式,对比了此公式算出的重力异常与三维长方体公式算出的重力异常,得出:当三维地质体的厚度与其埋深之比小于0.2—0.4时,二者的重力效应几乎相等,它们之间最大偏差在1—3％以内。用给出的重力公式进一步导出了重力反演三维密度界面的质面系数法。用理想模式检验,结果表明,本文给出的方法收敛快,反演误差较小,计算效果较好。最后用一实例,验证了方法的适用性。     

由静中动判据对1996年2月3日丽江7级大震的中长期预测

历史地震活动有高低潮之分．低潮中6级以上地震活动的地方,暗示当地地下有较多的能量或是积能较快,下次大区域大震高潮来临时,这些６级左右地震发生地区往往会发生7级和7级以上大震．我们把上述预报大震的判据称为静中动判据．这种判据对预报大震发生地方比较有效,一般震中误差不到100km．我们按此判据对1996年云南丽江7级大震作了较成功的中期预报,地点误差约50km．另外,1994年台湾海峡7.3级大震、1995年滇缅接壤地区的7.2级大震,以及1997年北玛尼7.9级大震,也符合静中动判据的回顾性预报．我们在1992年的统计发现静中动窗口是1940～1945年、1958～1961年和1979～1986年．静中动判据在用于中国大陆内部时,静中动地震为6级左右;在喜马拉雅地震带和太平洋地震带以及新疆西北边缘地震带,则静中动地震可达7级,它们对应未来比7级更大的地震．对中国大陆从构造和几千年历史地震活动上看,无7级大震可能的地区则不宜用静中动判据．