面向地球物理拔尖学生的课程体系设计研究

该文以武汉大学弘毅学堂地球物理班为例,深入剖析当前地球物理专业课程体系的特点及其存在的主要问题。针对这些问题,从优化课程体系、教与学相互融合、个性化培养等多个方面提出优化设计方案。通过对深入挖掘现有的阶梯式课程体系进行全面重组,打破传统学科之间的壁垒,拓宽课程涉及范围,加深课堂教学与实践的结合,调整教学与自主学习,注重学生的个性化发展等思路,对面向地球物理拔尖学生的课程体系进行设计研究,为培养出具备创新能力和实践经验的地球物理学跨学科交叉型人才奠定坚实基础。

地球磁尾磁通量绳中哨声波的统计研究

哨声波被认为与地球磁尾磁通量绳的动力学有着密切的联系.之前的关于磁通量绳中哨声波的研究都是基于少数几个事件开展分析,并没有给出不同运动方向磁通量绳中的不同频带哨声波的空间分布特征,以及磁场功率谱密度和激发机制等.本文基于磁层多尺度卫星在2017年5月至8月穿越磁尾期间的观测数据,对地球磁尾磁通量绳中的哨声波进行了统计研究.根据磁场变化特征,磁通量绳被分成三个部分:前边界区、核心区和后边界区.根据与当地电子回旋频率(f_(ce))的相对大小,哨声波被分为下带(0.1f_(ce)~0.5f_(ce))和上带(0.5f_(ce)~f_(ce))哨声波.本文分别研究了地球磁尾地向运动和尾向运动磁通量绳中的下带和上带哨声波的空间分布特征,以及磁场功率谱密度和激发机制等.本文研究发现:(1)地球磁尾磁通量绳中观测到的哨声波主要是下带哨声波;(2)下带和上带哨声波都更易在地向运动和尾向运动磁通量绳的后边界区被观测到,并且在该区域它们的磁场功率谱强度也高于其他区域;(3)地向运动磁通量绳核心区的中心区域的下带和上带哨声波和尾向运动磁通量绳核心区的中心区域的下带哨声波可能是由垂直电子温度各向异性激发的;(4)在排除掉具有垂直电子温度各向异性的哨声波后,地向运动和尾向运动磁通量绳后边界区的上带哨声波可能是由电子束激发.本文的研究结果有助于理解哨声波对地球磁尾磁通量绳演化的影响和哨声波在磁尾动力学中所起的作用.

基于LWPC和IRI模型的NWC台站信号传播幅度建模分析

频率为3~30kHz的甚低频(VLF,Very Low Frequency)电磁波具有波长长、传播距离远的特点,能够沿地面-低电离层波导进行传播,在通信、导航等许多领域都被广泛应用.基于波导模理论的长波传播模型(LWPC,Long-Wavelength Propagation Capability)能够用于计算甚低频波的传播路径及幅度,进而研究耀斑、磁暴、地震等事件对电离层的扰动.本文利用国际电离层参考模型(IRI,International Reference Ionosphere)对LWPC中电子密度和碰撞频率进行改进,并将模拟结果与武汉大学VLF接收机实际观测到的NWC(North West Cape)台站信号幅度进行比较分析,结果表明改进后LWPC模型得到的幅度及变化趋势与实际值更加接近.LWPC模型给出的电子密度与IRI模型得到的电子密度在日间基本一致,但是在夜间存在差异,造成夜间部分区域NWC台站信号幅度的差异性,验证了电离层电子密度对于VLF信号传播具有的重要影响.传播路径上的晨昏变化也可以引起VLF信号幅度分布的突变,在日出和日落时间段内存在明显的过渡区域.基于IRI模型的LWPC,改善了VLF电波传播过程的预测分析效果,提供了一种长波导航通信质量的评估方法.

东西传播路径上JJI台站甚低频信号的日出效应研究

甚低频(VLF, Very Low Frequency)波的频率范围为3~30 kHz,因其在地球-电离层波导中传播损耗小、传输距离远而被用于低电离层遥测的相关研究.本文基于武汉大学自主研发的甚低频探测系统在湖北随州(31.57°N,113.32°E)的观测数据,详细研究了中纬度地区来自日本JJI(32.04°N,130.81°E)甚低频台站信号沿东西方向传播的日出效应.在对日出期间接收信号的幅度极小值进行统计分析后发现,幅度极小值出现时间的分布与随州或JJI日出时间的变化趋势基本一致.日出期间JJI信号的幅度响应主要包括type Ⅰ和type Ⅱ两种结构,分别对应2个幅度极小值和3个幅度极小值的情况.其中,type Ⅰ结构主要发生在春夏两季,幅度极小值出现的平均时间落后随州日出时间24 min左右;type Ⅱ结构主要发生在秋冬两季.基于波模干涉理论对日出期间两种不同模式的JJI甚低频信号进行模拟研究,结果表明,在JJI-随州的东西向传播路径上,若只考虑前两阶模的影响,模拟结果与观测结果差异明显;若考虑前三阶模的影响,那么模拟结果与观测结果基本一致.由此可见,JJI甚低频信号在短路径上传播时高阶模会对信号的传播产生较大的影响,分析此类路径上甚低频台站信号的传播特征时需要考虑前三阶模甚至更高阶模的作用.