空间等离子体磁场重联过程地面实验装置及实验研究概述 被引量：1

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作者 范费彬 谢锦林 +5 位作者 陆全明 张乔枫 丁卫星 桑龙龙 孙玄 郑坚 《航天器环境工程》 2019年第6期655-661,共7页

磁场重联是空间等离子体环境中的重要物理过程。对磁场重联进行深入研究,于空间灾害预报以及各种空间探测活动而言都有重要意义。文章首先回顾磁场重联研究史中的几个重要模型;然后介绍国际上进行磁场重联地面实验的主要等离子体装置及... 磁场重联是空间等离子体环境中的重要物理过程。对磁场重联进行深入研究,于空间灾害预报以及各种空间探测活动而言都有重要意义。文章首先回顾磁场重联研究史中的几个重要模型;然后介绍国际上进行磁场重联地面实验的主要等离子体装置及有关实验研究;最后介绍国内磁场重联实验研究的现状,重点介绍中国科学技术大学的KLMP装置和最新实验结果,以及在建中的KRX等离子体装置。地面实验作为磁场重联的重要研究手段,还需要拓展装置尺寸及对不同条件下重联特征的研究。 展开更多

关键词 空间环境 磁场重联 等离子体装置 地面实验

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Madden-Julian振荡对北半球冬季中间层影响的动力学过程

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作者 孙聪 杨成昀 李陶 《中国科学：地球科学》 CSCD 北大核心 2021年第8期1227-1239,共13页

本研究揭示了北半球冬季Madden-Julian振荡(MJO)对北半球中间层大气的作用.卫星观测和数值模式模拟的结果表明,北半球高纬度中间层大气在MJO第4相位后约35天显著降温,这一现象滞后MJO引起的高平流层扰动约10天.在中纬度,向上传播的行星... 本研究揭示了北半球冬季Madden-Julian振荡(MJO)对北半球中间层大气的作用.卫星观测和数值模式模拟的结果表明,北半球高纬度中间层大气在MJO第4相位后约35天显著降温,这一现象滞后MJO引起的高平流层扰动约10天.在中纬度,向上传播的行星波增强还导致了中间层温度在滞后MJO第4相位25天左右时出现1波结构的温度异常. MJO引起的异常行星波可以调制平流层顶-低中间层区域纬向西风在MJO第4相位后约30天减弱.同时,由于重力波的临界层滤波机制,减弱的西风会引起中间层的气候平均西向重力波减弱.受到行星波和重力波变化的共同作用,中间层的经向环流在MJO第4相位滞后约35天显著减弱,并导致极区中间层降温. 展开更多

关键词 MJO 极区中间层冷却 行星波 重力波 垂直动力学耦合过程

原文传递

无碰撞磁场重联中的磁岛

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作者 陆全明 王荣生 +1 位作者 黄楷 王水 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1218-1228,共11页

在以下两个方面回顾了磁岛在无碰撞磁场重联中的作用:磁能到等离子体动能和热能的快速转化以及高能量电子的产生.重联的X点附近的电流片可能被拉伸并导致撕裂模不稳定性,并形成相互作用的次级磁岛.这种非稳态的磁场重联图像可以维持长... 在以下两个方面回顾了磁岛在无碰撞磁场重联中的作用:磁能到等离子体动能和热能的快速转化以及高能量电子的产生.重联的X点附近的电流片可能被拉伸并导致撕裂模不稳定性,并形成相互作用的次级磁岛.这种非稳态的磁场重联图像可以维持长时间的高重联率,进而有效地耗散磁能.电子可在磁岛内通过费米和betatron机制加速,也可在X点附近通过重联电场加速.磁岛间的相互作用可进一步加速电子.这些加速过程可导致高能量电子的幂律谱分布. 展开更多

关键词 无碰撞磁场重联 磁岛 耗散 高能量电子

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太阳极区冕洞内小尺度结构的紫外光谱研究

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作者 章敏 王东 刘果红 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1890-1893,共4页

SOHO/SUMER太阳紫外光谱仪的N Ⅳ谱线观测到太阳南极区冕洞内存在许多小尺度结构，其空间尺度约1～几角秒，寿命尺度约1～几min。小尺度结构沿狭缝方向呈条状，视向多普勒速度可至几十km · s-1。在有的南极区冕洞区域内，小尺度结... SOHO/SUMER太阳紫外光谱仪的N Ⅳ谱线观测到太阳南极区冕洞内存在许多小尺度结构，其空间尺度约1～几角秒，寿命尺度约1～几min。小尺度结构沿狭缝方向呈条状，视向多普勒速度可至几十km · s-1。在有的南极区冕洞区域内，小尺度结构的视向多普勒速度呈红、蓝移准周期性交错分布，持续时间长达100 min。部分小尺度结构在同一观测窗口的高温 Ne ⅤⅢ谱线还可清晰显现。有的小尺度结构在Ne ⅤⅢ速度演化图的时间和位置与N Ⅳ谱线速度图基本一致，但它们在Ne ⅤⅢ速度演化图中更延展和弥散。N Ⅳ紫外光谱显示部分小尺度结构谱线呈现非高斯形状，谱线两翼速度可达150 km · s-1，与太阳过渡区爆发事件的光谱特征相似。太阳过渡区爆发事件常出现在宁静区，SOHO/SUMER太阳紫外光谱仪的NⅣ谱线显示在南极区冕洞也可产生爆发事件，且具有较强的动力学特征。 展开更多

关键词 紫外谱线 冕洞 小尺度结构

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基于Davis-Smith方法计算卫星磁强计零位补偿的误差特征研究 被引量：9

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作者 孟立飞 潘宗浩 +2 位作者 易忠 王国强 张铁龙 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期3545-3551,共7页

卫星所携带的磁通门磁强计会随时间发生零位漂移,因此需要对其进行补偿.基于行星际磁场的剪切阿尔芬波动特性,利用Davis-Smith方法可计算磁强计的零位磁场.本文利用数值模拟,分析了总磁场幅度BT及压缩波动对Davis-Smith方法所产生零位... 卫星所携带的磁通门磁强计会随时间发生零位漂移,因此需要对其进行补偿.基于行星际磁场的剪切阿尔芬波动特性,利用Davis-Smith方法可计算磁强计的零位磁场.本文利用数值模拟,分析了总磁场幅度BT及压缩波动对Davis-Smith方法所产生零位补偿的误差特征.我们发现,BT越大,零位补偿误差越大;且当压缩波动频率和剪切波动频率不同时,磁场各分量的零位补偿之间的比值与对应背景磁场的比值近似相等;压缩波动的幅度越小,零位补偿的误差趋于更小;此外,压缩波动的频率和初始相位等也会影响零位补偿的误差.这些误差特征可为提高零位补偿的可靠性提供重要的理论依据. 展开更多

关键词 磁强计校准 Davis-Smith方法 补偿 误差特征

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基于卡尔曼模糊自适应PID的激光雷达斩光频率控制方法 被引量：5

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作者 王贤宇 方欣 李陶 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期608-617,共10页

为提高激光雷达回波信号斩光高度的稳定性,针对臭氧探测激光雷达系统后继光路中直流无刷电机的高转速高转矩控制系统,提出了模糊自适应PID控制方法.通过模糊推理实现不同状态下PID参数的在线自动整定,并利用卡尔曼滤波减少控制噪声和测... 为提高激光雷达回波信号斩光高度的稳定性,针对臭氧探测激光雷达系统后继光路中直流无刷电机的高转速高转矩控制系统,提出了模糊自适应PID控制方法.通过模糊推理实现不同状态下PID参数的在线自动整定,并利用卡尔曼滤波减少控制噪声和测量噪声的干扰.基于控制理论,用Matlab软件进行控制算法性能模拟,并用LabVIEW平台实现系统的控制算法.结果表明与普通PID控制方法相比,基于模糊自适应PID控制方法的激光雷达斩光频率阶跃响应调节时间减少33.3%,延迟时间短60%,上升时间短42.1%,斩光盘的频率抖动仅约为0.0492 Hz.模糊自适应PID控制系统稳态误差更小,有更好的适应性、稳健性和抗干扰性. 展开更多

关键词 激光技术 激光雷达 直流无刷电机 模糊自适应PID 卡尔曼滤波 斩光频率

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等离子体风洞中释放二氧化碳降低电子密度 被引量：2

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作者 刘祥群 刘宇 +6 位作者 凌艺铭 雷久侯 曹金祥 李瑾 钟育民 谌明 李艳华 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期150-155,共6页

航天器从近地空间进入大气层过程中,由于激波加热,会在航天器外表面形成等离子体鞘套,导致航天器与地面之间的无线电通信中断,即“黑障”效应.为了缓解“黑障”效应,国内外学者进行了多方面的技术研究,其中化学物质释放被认为是一种有... 航天器从近地空间进入大气层过程中,由于激波加热,会在航天器外表面形成等离子体鞘套,导致航天器与地面之间的无线电通信中断,即“黑障”效应.为了缓解“黑障”效应,国内外学者进行了多方面的技术研究,其中化学物质释放被认为是一种有效的方法.以往,主要针对卤族元素和水开展理论和实飞研究.本文基于二氧化碳不易在高温流场中发生裂解的特性,利用电弧和高频风洞产生等离子体流场,主动释放二氧化碳降低等离子体电子密度.结果表明,在风洞等离子体中,释放不同流量的二氧化碳可使电子密度下降1-2个量级,为解决再入过程中黑障问题提供了一种可行方法. 展开更多

关键词 等离子体鞘套 二氧化碳 电子密度

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热层大气密度反演与建模研究进展 被引量：1

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作者 雷久侯 李若曦 +2 位作者 任德馨 翁利斌 阮海炳 《地球与行星物理论评（中英文）》 2023年第4期434-454,共21页

热层是位于地球表面大约90 km到近1000 km的大气圈层,它与电离层和低层大气都存在着复杂的耦合关系;同时热层作为人类航天器空间活动的主要区域,其大气直接影响着各类低轨航天器的运行轨迹.近年来,热层大气观测资料的逐步增加推动了热... 热层是位于地球表面大约90 km到近1000 km的大气圈层,它与电离层和低层大气都存在着复杂的耦合关系;同时热层作为人类航天器空间活动的主要区域,其大气直接影响着各类低轨航天器的运行轨迹.近年来,热层大气观测资料的逐步增加推动了热层大气变化特性的研究和大气模式的发展.本文首先综述了基于多源卫星观测数据的热层大气密度反演算法.着重介绍了基于精密轨道数据以及加速度计数据反演密度的主要算法,以及各种反演策略的优缺点.总结了当前工程常用的MSIS、Jacchia以及DTM热层大气模式在数据源、算法实现过程及其适用范围等方面的异同.接着介绍了基于当前最新大气密度观测数据结合已有大气模式,应用多项式、稀疏矩阵拟合以及数据同化等技术的大气模式优化研究进展.最后概述了基于观测数据研究热层大气响应磁暴、耀斑以及日食等空间事件方面的科学进展. 展开更多

关键词 热层 密度反演 热层大气模式

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电离层电子密度剖面和特征参数对两次日食事件的响应研究

9

作者 李振兴 栾晓莉 +1 位作者 李娜 党童 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2219-2235,共17页

本文利用亚洲和美洲地区多个测高仪台站的观测,并结合三维电离层-热层耦合理论模型进行数值模拟,对2020年6月21日和2017年8月21日两次日食事件期间电离层电子密度剖面的变化特征进行分析,并探讨这两次事件中日食效应的异同及形成机制.... 本文利用亚洲和美洲地区多个测高仪台站的观测,并结合三维电离层-热层耦合理论模型进行数值模拟,对2020年6月21日和2017年8月21日两次日食事件期间电离层电子密度剖面的变化特征进行分析,并探讨这两次事件中日食效应的异同及形成机制.分析结果表明,在这两次日食期间,位于电离层低高度的E层和F1层的电子密度变化与太阳辐射的变化基本同步;且F1层峰值密度的日食响应幅度大于E层.该结果与以往观测一致,且日食响应无明显的经度变化.进一步地,通过分析观测和模拟结果中电子密度日食衰减效应的高度变化和时延特征,我们发现:(1)观测和模拟结果均表明,食甚时电子密度的最大相对衰减的位置一般不在F1层峰的位置,而是在其上方约几十公里的高度;模拟结果显示该现象是由日食期间F1层上方光化学过程与动力学过程共同作用导致;(2)在中纬地区,在F2层峰附近及以上区域中电离层电子密度最大日食衰减相对太阳辐射变化的时延具有显著的经度变化,其相对衰减在亚洲地区随高度增加而减少,在北美地区随高度无明显变化,与以往报道的欧洲地区随高度增加而增加的趋势也不同;(3)日食电子密度衰减时延的高度变化受到日食发生的地方时的显著影响,如上午时段与午后时段的响应有明显不同.模拟结果表明F2层峰及以上高度的日食效应受到中性风和双极扩散的影响较大,而受电场漂移的影响相对较小;模拟结果同时显示在午后这些动力学输运过程及其日食响应比在午前更强,该现象与午前和午后背景电子密度的大小差异有关.这可能是观测到的日食电子密度衰减时延的高度依赖具有经度变化的原因. 展开更多

关键词 日食 测高仪观测 数值模拟 电子密度高度变化 电子密度经度变化

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电子束流激发的电子声波数值模拟

10

作者 于彬 高新亮 +1 位作者 樊凯 杜爱民 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期3536-3544,共9页

通过一维静电粒子模拟程序研究了电子束流不稳定性,其中束流电子的温度远大于背景电子的温度.结果发现,所激发的波动主要是电子声波,波动的演化经历了线性增长和非线性饱和两个阶段.在非线性饱和阶段,由于电子声波相速度随频率是变化的... 通过一维静电粒子模拟程序研究了电子束流不稳定性,其中束流电子的温度远大于背景电子的温度.结果发现,所激发的波动主要是电子声波,波动的演化经历了线性增长和非线性饱和两个阶段.在非线性饱和阶段,由于电子声波相速度随频率是变化的,它可以通过非线性相互作用将背景比较冷的电子加速到很高的能量.此外,还研究了束流电子的温度、束流电子和背景电子的相对密度以及束流电子的漂移速度对电子束流不稳定性的影响. 展开更多

关键词 电子束流 电子声波 粒子模拟

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火星和地球上山峰最高高度及其差异研究

11

作者 陈出新 常震 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第11期949-952,共4页

火星的半径只有地球半径的一半多一点,而火星的最高峰奥林匹斯山比地球的最高峰珠穆朗玛峰的两倍还高,火星上还有不少比珠峰还要高得多的山峰.为解释这种与天体尺度不成比例的山峰或凸起的出现原因,建立了一个山峰的应力模型,发现影响... 火星的半径只有地球半径的一半多一点,而火星的最高峰奥林匹斯山比地球的最高峰珠穆朗玛峰的两倍还高,火星上还有不少比珠峰还要高得多的山峰.为解释这种与天体尺度不成比例的山峰或凸起的出现原因,建立了一个山峰的应力模型,发现影响山峰高度的主要因素是重力加速度.越是小的天体,它的表面重力加速度越小,表面的凸起就越显著.同一模型亦较好地估算出与实际相近的地球最深海沟的深度. 展开更多

关键词 火星 地球 山峰 最大高度

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东北较高纬度地区夏季闪电与雷暴相关参数的关系研究 被引量：4

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作者 高颖颖 祝宝友 马明 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期904-912,共9页

利用V L F／L F闪电定位系统数据，并结合多普勒雷达以及卫星云图资料，对2009～2010年较高纬度东北地区夏季的闪电与雷暴相关参数的关系进行了研究。结果表明：闪电多发生在雷达回波强度大于40 dBz的区域，雷暴发生闪电时其30 dBz雷达... 利用V L F／L F闪电定位系统数据，并结合多普勒雷达以及卫星云图资料，对2009～2010年较高纬度东北地区夏季的闪电与雷暴相关参数的关系进行了研究。结果表明：闪电多发生在雷达回波强度大于40 dBz的区域，雷暴发生闪电时其30 dBz雷达回波最大高度大于6 km ；在雷暴的演变过程中，闪电的峰值时间略滞后于30 dBz雷达回波最大高度的峰值；闪电频数和30 dBz雷达回波最大高度存在指数增长关系；闪电主要发生在云顶红外温度在210～240 K的区域，在消散阶段，雷暴云云顶高度降低、红外温度较高。 展开更多

关键词 东北地区 雷暴 闪电 30 dBz雷达回波最大高度 云顶红外温度

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