日冕物质抛射的大尺度磁场结构

基于对一组初发于可见日面的日冕物质抛射的源区研究, 证认两类太阳大尺度磁场结构, 指出这些大尺度磁场结构是太阳磁场的内禀分量, 它们的不稳定性、向外膨胀和抛入行星际空间的过程, 是导致日冕物质抛射的基本过程. 这两类大尺度太阳磁场结构是联结太阳南北半球两个活动带的巨磁环和巨暗条(暗条通道)及与之相关的磁场结构. 后者在光球全日面磁图和综合磁图上, 表现为排成两列的相反极性的黑子或谱斑磁场, 其磁场极性反变线(磁中性线)的长度一般超过50日面度. 把后一类大尺度磁场结构称为“超级A结构”. 它们有时表现为巨暗条及相关的大尺度磁场. 由于这类大尺度磁场结构尺度大, 向日冕延伸到很高的高度, 在通常以研究耀斑等活动区尺度现象为目标的太阳磁场观测中难以证认. 证认这些大尺度磁场结构, 成为理解日冕物质抛射产生的物理机制和预报日冕物质抛射的关键.     

磁层顶边界区磁场对涡旋流场的响应和重联

经典的磁场重联理论和近十年来的数值模拟研究,都只是考虑垂直于磁力线的流场对重联的驱动作用。我们提出了一种产生磁场重联的新机制,即切变流场形成的大尺度涡旋,可以形成磁岛和中性X线。本文建立了一个涡旋流场产生磁场重联的运动学模式,计算结果证实了上述的论点。对这种磁场重联机制的一些基本特性进行了讨论,结果表明。这种重联机制可用来解释在向阳面磁顶区观测到的某些局部重联现象,例如磁通量传输事件(FTE)。     

日冕扰动传播的数值模拟

本文应用一种新的磁流体力学模式和球坐标中的Euler全隐式计算格式,重新考察了太阳日冕扰动的传播特征。为了模拟太阳大气的磁场结构,文中采用解析和数值相结合的方法,得出了溪流状的磁场位形。在这种磁场模式下,我们讨论了太阳表面赤道附近冷物质径向喷射所引起的日冕动力学响应和伴随的物理过程,揭示了一些很有意义的物理现象。这些结果可以解释日珥的形成及伴随的日冕瞬变。     

有涨落效应的磁流体静力学关系

观测表明,在许多天体物理环境中,涨落场具有不可忽略的重要作用.本文在一阶光滑近似条件下,推导了普通湍流和随机波动两种条件下的磁流体静力学方程组,以及这些方程所要求的自洽性条件.在静力学问题中,涨落的洛伦茨力会对大尺度磁场位形有影响.具体研究这种影响对于解释观测的特征是十分必要的,特别是许多天体物理环境中,磁场(包括涨落磁场δB)是决定能量和动量平衡的重要因素.     

弹性应力波的双脉冲结构与平板冲击试验验证

对传统弹性应力波理论以及平板冲击下的应力波传播提出了重要修正.现有的弹性应力波理论在旋转运动以及与内力的对应关系、波动方程等方面存在理论缺失和不完备性.提出弹性体存在体积波和偏斜波,体积波可独立传播但偏斜波受体积波的影响,两种波构成一个弱耦合波系.平板冲击应为三维应变状态,体应变和偏应变两个波动变量依然保持二阶张量状态,但独立的波动变量可简化为一个体应变和一个偏斜主应变,波动方程简化为关于两个波动变量的弱耦合波动方程组.应力波的界面效应涉及了冲击加载面上应力波的激发和应力波在自由面上的反射,建立了加载面和自由面上边界条件与波动变量的依赖关系.冲击加载面上同时激发出体积波和偏斜波,但体积波与部分偏斜波组成一个以较快速度传播的复合脉冲,剩余偏斜波形成另一个以较慢速度传播的偏斜脉冲.两个入射脉冲在自由面上分别反射回来结构相同的复合脉冲和偏斜脉冲,即形成4个反射脉冲的传播.应力波的双脉冲结构与平板撞击下试件自由面速度的二次压缩现象是一致的,10发不同厚度的氧化铝平板冲击试验测得的二次压缩信号验证了偏斜脉冲的理论预测.     

水平环状日珥的静力学平衡

北京天文台曾于1980年观测到了罕见的环平面与太阳表面平行的完全闭合的环状日珥,其特征寿命约1—2天。本文讨论了这种水平等离子体环在磁力、重力和压力同时作用下的静力学平衡问题。在轴对称矩形截面假定下建立方程组,采用闭合磁场边值,得到零阶磁场(无力场)和密度(压力)解,进一步求得了零阶磁场和密度以及一阶磁场的一个本征解,从而给出水平闭合环状日珥中的一种可能的磁场和密度分布。本文得到的环状日珥的闭合式磁场结构与外界日冕磁场的力线不连通,有助于说明日珥与日冕之间的巨大温度差别。     

非均匀基流上扰动的演变

本文用WKBJ方法统一处理了叠加在非均匀气流上的小扰动随时间的演变问题,得到了二维正压大气中重力-惯性波(快波)和涡旋波(慢波)具有不同的演变规律.前者发展时伴随着波长变短,衰减时波长变长;涡旋波与此正相反.由此可推知:在实际大气中只有短波长的快波比较显著,波长较长的快波不明显,从而不易观测到.还可解释:一个移动性的高空槽脊发展时它加宽,而衰减时总以收缩(波长变短)北退(强度减小)的形式出现.上述两种波的不同演变特性,主要由气流的不均匀性和波动的类别所决定.对于科氏参数为零的情况也对.科氏力的影响只是给波包以附加的弥散,给能量变化过程以次要的影响,并使慢波满足地转风关系.     

由孤波到行波涌浪

动力论Alfven波在反常阻尼作用下解有两个分支,慢波V_p<V_Acosθ则成为波破碎状态。这种涌浪结构是典型自组织现象,其形态由表征阻尼大小的参数β控制,高β得到激波样的结构,低β则在峰面上呈若干孤波的结构.联系非线性动力学中自组织现象,对孤波、激波和涌浪形成机制考察,可以给出波动的普适定义.     

涡旋流动的空间不稳定性分析

本文研究无粘、不可压缩流体的涡旋流动的空间不稳定性,假定扰动波的波数k=k_r+ik_i是一复数,而它的频率ω为一给定的实数。这一假定意味着扰动沿涡旋流动的轴向随距离的增长而增长,但不随时间而增长。这种扰动的产生称之为空间不稳定性;与之相对应的是时间不稳定性,扰动波的波数k为一实数,而频率ω=ω_r+iω_i是一复数。本文的结果表明空间不稳定性分析是全面认识涡旋流动不稳定性的一种有用的工具。     

球坐标中的Euler全隐式计算格式及其对太阳物理现象的应用

为了研究太阳大气中全球性的问题,本文将Eular全隐式计算格式(FICE方法)推广到球坐标情况。文中应用逐线法求解压力的差分方程,并采用投影特征线方程来确定顶部和底部的边界条件。对于全球性的大尺度现象,还考虑到引力场随高度的变化,同时在径向采用了非均匀网格。作为一个数值例子,文中还讨论了在偶极子磁场模式下,太阳表面赤道附近存在径向的物质喷射,所引起的太阳大气中的物理过程,其结果可以解释日珥及伴随的日冕瞬变现象。     

2000年7月15~16日磁暴期间高纬地磁场的响应

根据IMAGE台链的地磁资料, 对2000年7月15~16日磁暴期间高纬电离层等效电流和极光带电集流进行了分析. 结果表明在磁暴期间, 高纬地区出现大尺度等效电流的涡旋结构, 午后一侧的电流涡可能对应行星际磁场北向时NBZ场向电流、Ⅰ区和Ⅱ区场向电流共同作用形成的4涡等离子体对流的图像. 当行星际磁场转南后, 电离层恢复双涡对流, 因此在清晨一侧仅可观测到单涡的等效电流体系. Harang不连续带出现在IMAGE台链磁当地时子夜之前, 从高纬到低纬该不连续带内电流流向的结构为西向-东向-西向. 磁暴初相期间, 东向电集流的中心所处纬度往低纬迁移, 在修正地磁坐标系(CGM)中, 其最低到达58~59°纬度. 主相开始后西向电集流迅速增强, 其电流中心到达、甚至超过观测台链的最南端(56.45°).     

太阳色球磁场结构的诊断

讨论了太阳色球磁场测量, 并通过分析太阳光球和色球磁图的分布特征来确定太阳低层大气中磁场的空间结构. 同时讨论了这一领域研究中可能存在的问题.     

旋涡星系的演化和旋臂结构

考虑到星系演化与旋臂结构间可能的相互影响,在本文中讨论了缓慢演化着的星系中的密度波理论,文中以轴对称不稳定基态代替通常的稳定基态,求出了在星系盘中旋涡状密度波列的色散关系、波作用守恒方程和波能量方程。本文着重阐明了以下几点:1.密度波与星盘的较差运动交换能量。2.从理论上可把导波和曳波区分开来,由星系演化的趋势、膨胀或收缩,确定星系中是曳波还是导波占优势。3.对于只能观测到曳行臂的星系,星系的演化特征是膨胀。4.对于银河系,在太阳附近的膨胀速度12公里/秒,演化时标10~9年。     

地球上各地昼夜长短的计算公式

高一地理教科书中讲到这样的知识 :地球是一个不发光、也不透明的球体 ,所以在同一时间里 ,太阳只能照亮地球表面的一半 .地球绕太阳公转时 ,受黄赤交角的影响 ,太阳直射点在赤道南北做回归运动 .从而导致地球各地昼夜长短呈周期性变化 .那么 ,昼长与太阳直射点的位置存在着怎样的数量关系 ?如何用数学方法计算地球与昼夜长短就成为人们研究探讨和有待解决的科学问题 .本文用中学数学知识 ,推导出了昼夜长短的数学计算公式 ,并通过对公式的应用 ,定量分析了地球上昼夜长短变化中出现的特殊现象 .由此 ,不仅能使我们发现一种解决地理问题的数…     

气体中火焰传播的数学

<正> 人类生活离不开火,在大约一百万年前,我们的祖先已经能够使用天然火,至少在一万多年前,我们的祖先已经懂得人工取火.但是,对火焰传播现象进行系统的科学研究工作的历史并不长,运用现代的数学工具对火焰作定性和定量的分析,可以说还刚刚开始.在气体中火焰的传播实际上是一种波动现象,人们通过长期的观察发现有两种基本的波型:爆燃波和爆轰波.前者反映了一种在气体中较为缓慢的燃烧过程.例如,在汽车和飞机发动机燃烧室内产生的就是这种波.而后者是一种猛烈且高速的燃烧过程,这种过程的结果往往是破坏性的.例如,当煤矿坑道中飞扬的煤粉达到一定浓度以后,就会产生爆轰波,引起爆炸事故.又如面粉厂中面粉的粉尘浓度过大时,也会造成工厂的爆炸事故.这样的事故在国外和我国都曾发生过.大型的运油船如果漏油,就会在周围形成大片可爆炸气云,爆轰波可能在这种气云中形成,这是必须防止的一个潜在危险.利用爆轰波原理,人们制造了气浪弹,这是一种装有环氧乙烷的装置,使用时首先将装置炸开,使     

波动方程的边界单元法

本文从三维波动方程的Kirchhoff积分公式出发,首先经离散化给出无限均匀介质中的边界单元法公式.其后,在引入了波在不同介质面和自由面上的反射、折射系数以后,给出了三维波动方程在分区均匀介质中的边界单元法公式.     

磁层顶涡旋诱发撕裂模不稳定性的二维MHD数值模拟研究——饱和后长时间渐近状态

用二维磁流体力学数值模拟方法,研究了磁层顶边界区剪切流涡旋诱发撕裂模不稳定性饱和后的准定常渐近状态。该渐近态由大尺度涡旋及同心磁岛组成,磁涡旋管与涡管重合。管内流线、磁力线和等涡度线接近互相平行,等离子体密度和电流密度近似为常数。管内磁场的法向分量显示出双极特征。这一特征及管内外密度变化均与卫星对FTE的观测特征相符。磁涡旋管的直径¹R_E,也与观测一致。     

3维Ginzburg-Landau方程涡旋集的结构

在假定外加磁场|hex|=o(|lnε|)以及涡旋能量以|lnε|阶爆破的前提下,借助几何测度论工具,分析了三维Ginzburg-Landau超导方程涡旋集的结构.粗略地说,它是由线段构成的一维可求长集合.     

湍流边界层外区大尺度相干结构的理论模型及与实验的比较

本文基于流动稳定性理论,提出了一种解释湍流边界层外区大尺度相干结构产生机理的理论模型.将计算所得流线、等涡线分布及利用相干结构理论模型计算湍流边界层中平均温度分布的结果与实验比较,结果是比较满意的.     

太阳低层大气中的磁重联

向量磁场的观测,为确定太阳活动区的磁场拓扑,提供了决定性的约束,从而,为证认可能的物理过程,提供了观测基础,从向量磁场观测和理论探讨两方面证实,由视向磁图观测发现的磁对消现象,反映了两个独立的磁环系统的相互作用,主要是发生在太阳低层大气的磁重联过程,这一重联过程可能通过向上层大气输运磁通量和磁螺度,影响上层大气的磁活动,并可能导致日冕内的快重联,提供太阳耀斑所需的能量.