倪彬彬
- 作品数：12 被引量：36H指数：4
- 供职机构：中国科学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中国博士后科学基金全球变化研究国家重大科学研究计划更多>>
- 相关领域：天文地球理学一般工业技术电子电信更多>>
- 基于范阿伦卫星观测的槽区嘶声波冷等离子体色散关系的适用性评估被引量：2
- 2022年
- 等离子体层嘶声波对电子的散射损失是地球内外辐射带之间的槽区(1.8≤L≤3)形成的主要机制.冷等离子体色散关系被广泛地运用于量化嘶声波对高能电子的散射效应研究中,而在真实的磁层环境中,热等离子体的存在会修正嘶声波的色散特性.基于范阿伦双星的观测数据,对比了利用磁场观测数据得到的槽区嘶声波观测幅值和反演幅值,并研究了空间位置与地磁活动水平对嘶声波冷等离子体色散关系适用性的影响.结果表明,冷等离子体近似整体上高估了嘶声波的幅值,观测幅值与反演幅值的差异有着很强的日夜不对称性,而没有明显的地磁活动强度依赖性.此外发现,波动磁场的反演强度在低频(高频)处显著低于(高于)观测强度,意味着冷等离子体近似整体上高估(低估)了嘶声波对槽区较低(较高)能量电子的散射强度.研究证明,槽区嘶声波冷等离子体色散关系的适用范围有很强的空间区域与频率局限性,这对深入理解槽区电子的动态演化过程有非常重要的意义.
- 朱琪马新曹兴倪彬彬倪彬彬付松付松顾旭东
- 基于深度学习的内磁层等离子体密度动态演化模型被引量：1
- 2022年
- 等离子体密度作为空间环境的重要参量,它的全球实时分布信息不仅对理解内磁层带电粒子时空演化过程具有重要意义,对于预报和防范灾害性空间天气过程也有着潜在应用价值.利用范阿伦双星的高质量等离子体密度观测数据,本文基于机器学习算法训练得到一个稳定的深度神经网络模型:包含五个隐藏层;激活函数包括Sigmoid和ReLU函数;以太阳风参数、地磁指数以及卫星对应的位置信息作为输入.在测试集上,该模型输出值和观测值之间的线性相关系数约为0.93,均方根误差(RMSE)约为0.3,表明该模型性能良好.通过使用该模型对2012年4月24日磁暴事件中等离子体密度的全球动态变化进行模拟,我们成功重构了磁暴期间内磁层等离子体密度的全球变化过程,包括等离子体层的侵蚀和恢复,以及羽流的形成和消失.该内磁层等离子体密度的深度神经网络模型将有助于推动内磁层波粒相互作用的深入研究.
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- 关键词：地球磁层神经网络模型等离子体密度
- 基于LWPC和IRI模型的NWC台站信号传播幅度建模分析被引量：13
- 2019年
- 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.
- 易娟顾旭东李志鹏林仁桐蔡毅徽陈隆倪彬彬倪彬彬
- 2015年6月22日辐射带电子快速损失事件的三维数值模拟
- 地球辐射带区域充满了被地磁场捕获的高能电子,通常达Me V量级,高能电子会积累在航天器表面造成击穿影响其正常运行,故而研究复杂的辐射带电子变化对于航天器维护至关重要。辐射带电子的快速损失是辐射带电子变化中非常重要的一环,...
- 郭德宇项正倪彬彬倪彬彬付松曹兴顾旭东
- 文献传递
- 地基甚低频台站信号对地球辐射带的人工调制效应被引量：2
- 2022年
- 地球辐射带中充满被地磁场捕获的能量电子,通常被槽区分隔形成内、外电子辐射带.其中,波粒相互作用作为一种基本的物理过程,在辐射带动力学过程中发挥着重要作用.近年来,空间卫星系统提供的高质量波动、粒子观测数据不断积累,覆盖近地空间环境各个区域,产生了内磁层物理领域的一系列重要发现,也使人们对人类活动能否及如何影响近地空间环境有了进一步的认知.文章重点关注地基甚低频台站信号对地球辐射带的人工调制效应.首先,详细回顾了基于卫星就位观测建立的人工甚低频波在地球空间的全球分布特性,包括不同地面台站VLF信号强度的日夜侧不对称性、地理分布、季节不对称性、地磁活动依赖性,以及不同频率VLF波动的传播特性.其次,基于准线性扩散理论,通过理论计算和观测分析量化了人工甚低频信号对辐射带电子的散射系数及其随空间位置和地磁活动条件的变化.进而,通过Fokker-Planck扩散模型模拟辐射带电子的演化过程并将其与卫星实际观测结果对比,直观证明了人工甚低频台站信号泄露进入内磁层后可以通过空间波粒相互作用散射内辐射带能量电子,从而产生呈现双峰结构的电子内辐射带径向分布,为人工甚低频波影响近地空间环境提供了关键定量证据.最后,综述讨论了开展人工甚低频波研究亟待解决的关键科学问题,展望了通过人工VLF波动影响地球辐射带环境的一些研究设想,这将为未来人工主动调制近地空间环境的潜在可能性提供重要参考与借鉴.
- 倪彬彬倪彬彬顾旭东顾旭东付松曹兴马新
- 伴随等离子体密度下降的磁声波与辐射带电子的波粒相互作用及其散射效应被引量：5
- 2020年
- 利用范阿伦卫星的高质量观测数据,我们报道了伴随等离子体密度下降的磁声波现象.通过选取分别发生于2013年7月26日(事件A)和2013年9月19日(事件B)的两个相应事件进行细致分析,我们开展试验粒子模拟计算了磁声波对辐射带电子的散射系数,并求解二维福克-普朗克扩散方程量化了磁声波散射导致的辐射带电子动态变化.结果表明,事件A中的磁声波的散射作用主要发生于投掷角范围为60°~80°、能量范围为20~200keV的辐射带电子,而事件B中的磁声波的散射作用主要发生于投掷角范围为50°~80°、能量范围为20~400keV的辐射带电子;两个事件中的磁声波均能导致辐射带电子的蝴蝶状投掷角分布,但是由于事件B的磁声波幅度更强,形成的电子蝴蝶状分布更明显.
- 顾旭东何颖倪彬彬倪彬彬付松项正
- 关键词：等离子体密度磁声波
- 磁暴期间辐射带电子相空间密度的多卫星联合观测被引量：3
- 2020年
- 地球外辐射带是一个高度动态变化的空间环境,辐射带电子通量的变化在磁暴期间尤为明显.要分析潜在的电子动态变化机制,需要排除绝热效应产生的影响.在以三个绝热不变量组成的相空间坐标中,利用相空间密度(PSD)可以反映电子的真实加速和损失情况.本文详细分析两颗范艾伦卫星和三颗GPS导航卫星在2013年3月的同步电子通量观测数据,发现在3月17日磁暴期间,当太阳风动压增大、行星际磁场南向时,辐射带电子通量会发生骤降.进一步将电子通量转换成电子相空间密度并利用不同第一、第二绝热不变量(μ,K)组合条件下PSD径向分布的差异性,深入探究磁暴期间辐射带电子的动态变化机制.结果表明:磁暴初期由于电子的局地加速导致PSD不断上升;磁暴主相期间,由于磁层顶阴影效应以及伴随的向外径向扩散损失导致PSD快速降低;位于不同空间位置的多颗卫星观测为明晰辐射带电子动态物理过程提供了重要的便利.
- 刘泽源倪彬彬倪彬彬付松郭建广曹兴曹兴顾旭东易娟郭德宇王敬之
- 关键词：外辐射带GPS卫星
- 地球电子外辐射带的数据同化建模与分析被引量：3
- 2021年
- 地球电子外辐射带对太阳与地磁活动呈现高度动态变化的响应,了解外辐射带的全球动态变化过程对于近地空间粒子辐射环境的理解认知和预测预报具有重要意义.基于卡尔曼滤波数据同化方法,本文利用范阿伦A星、B星和GOES-13和GOES-15四颗卫星的辐射带电子观测数据,分别利用三种不同维度的辐射带物理模型,将观测结果与数值结果有机融合,对2013年3月地球外辐射带电子通量的径向分布与变化进行数据同化分析.结果表明,考虑了磁层波动与辐射带电子共振作用引起的径向扩散、投掷角扩散以及能量扩散过程的三维同化模型可有效、合理地重现外辐射带电子通量的径向分布.本文进一步利用该三维同化模型对2013年一整年外辐射带电子的相空间密度分布进行重构与分析,得到了不同绝热不变量和不同地磁活动条件下电子辐射带的时空演化过程,从而为深入理解外辐射带电子的变化过程和动力学机制提供了强有力信息.通过分析同化过程中的新息矢量以及度量同化过程中观测数据在多大程度上修改了物理模型结果,还有助于定量分析现有辐射带物理模型中的源项和损失项的相对贡献以及可能忽略的物理机制或过程.
- 朱佳楠郭建广倪彬彬倪彬彬曹兴付松付松顾旭东
- 基于卡方分布函数的辐射带电子蝴蝶状投掷角分布的优化判别方法
- 2022年
- 受不同物理过程影响,辐射带电子呈现多种投掷角分布类型,其中蝴蝶状分布尤为引人关注,其特征为通量在90°投掷角附近有极小值、在较低投掷角处达到峰值.现有研究普遍通过对几个特定投掷角间的通量比值进行限定来识别蝴蝶状分布,然而,该方法所挑选的电子分布并不一定符合蝴蝶状分布特征,这为准确研究电子蝴蝶状分布的现象学规律及其背后物理机制带来了一定困难.针对该问题,本文建立了一个基于卡方分布函数的判别模型,通过比较电子观测通量剖面与模型模拟的理想蝴蝶状分布剖面的相似性来判别电子蝴蝶状分布.使用范艾伦卫星上REPT仪器提供的L-shell>3空间区域内两组不同投掷角分辨率的电子通量数据对该判别方法进行验证,结果表明该方法能明显提升判别效果,分别使基于17个投掷角和36个投掷角的电子通量数据判别蝴蝶状分布的误判率下降12.6%和27.5%.本文的分析结果证实了提高投掷角精度有利于准确确定辐射带电子的投掷角分布类型,发展的模型方法也对深入开展地球与行星磁层中电子蝴蝶状分布的统计学研究具有重要价值.
- 罗琼倪彬彬倪彬彬曹兴顾旭东易娟郭德宇周若贤龙敏义
- 关键词：辐射带
- 基于人工神经网络和随机森林方法的L1点处太阳风速度重构与预测
- 2023年
- 太阳风是由太阳大气膨胀形成的等离子体流,它能够将太阳的物质和能量传递到地球空间环境中.剧烈的太阳风暴能够引起地球空间天气中灾害性事件,而太阳风参数作为表征太阳活动的重要指标,对太阳风关键参数进行重构和预测,有助于理解地球空间天气演化的重要机理和规避或减轻灾害性空间天气.本文以1963—2018年的地面观测数据(Kp指数、Dst指数、AE指数、F10.7和太阳黑子数)作为输入,通过特征选取技术对输入参数进行筛选,然后利用人工神经网络和随机森林两种算法分别对日地L1点处(第一拉格朗日点)的太阳风速度进行重构和提前3小时预测.结果表明,两种算法均能在测试集中有效重构和预测太阳风速度的变化情况,其中人工神经网络的性能更好,重构结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~58 km·s^(-1)和~0.84,预测结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~61 km·s^(-1)和~0.82,而随机森林的性能分别为~63 km·s^(-1)和~0.81以及~64 km·s^(-1)和~0.80.我们进一步利用所训练的模型对2015年3个强磁暴事件期间的太阳风速度变化进行定量分析,人工神经网络在预测中表现出了较好性能.本文建立的太阳风速度重构和预测模型可以被用于以太阳风参数作为驱动的空间天气建模研究.
- 陈伟鑫付松郭德宇童湘源郭英杰曹兴马新王市委倪彬彬
- 关键词：太阳风速度神经网络特征选取
