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基于Fortran语言的地球外辐射带电子三维数据同化建模

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1285-1298页

作者：罗陶荣曹兴马新付松倪彬彬王晓宇雷源武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三... 详细信息

开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三维数据同化模型(Three-dimensional Data Assimilative Model of Outer Radiation belt Electrons,简称TDAMORE),实现对L^(*)=3~7、能量范围为0.1~5 MeV、投掷角范围为5°~90°的外辐射带电子时空变化过程的三维重构.通过对2018年8月期间外辐射带电子通量演化过程的重构,证实TDAMORE模型可以较好地重现不同能量和不同投掷角电子通量在磁暴前后的演化特征.通过分析电子通量的观测和同化结果之间的相关系数、平均误差、平均绝对误差和均方误差,发现对于能量低于4 MeV的电子,观测与同化结果之间的相关系数基本大于0.8且误差相对较低.而对于更高能量的电子,观测与同化结果之间的误差相对较高,这可能是同化模型忽略了电磁离子回旋波对电子的散射损失导致的.

关键词：地球外辐射带电子通量三维数据同化范阿伦卫星 Fortran语言

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基于二氧化钒微结构的光学调控性能研究

光学学报 2024年

作者：张钧杨文俊李磊张笑然朱亚彬北京交通大学物理科学与工程学院物理系

随着纳米技术和材料科学的发展，二氧化钒微结构的制备、性质调控和应用受到广大科研人员的高度关注，且二氧化钒微结构的光学调控性能在光化学性能、光学传感和光电子器件等方面有巨大的研究前景。为了更好的研究二氧化钒微结构的光学... 详细信息

随着纳米技术和材料科学的发展，二氧化钒微结构的制备、性质调控和应用受到广大科研人员的高度关注，且二氧化钒微结构的光学调控性能在光化学性能、光学传感和光电子器件等方面有巨大的研究前景。为了更好的研究二氧化钒微结构的光学调控性能，本项目采用低成本、工艺简单的人工方法制备成二氧化钒微结构，并对制得样品的激光衍射图样、近红外光谱测试等进行了深入的研究和讨论。

关键词：掺钨二氧化钒 W V O /glass微结构透过率衍射图样数字模拟

哨声模合声波对辐射带电子扩散系数的多维建模及损失时间尺度建模研究

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1679-1698页

作者：张琼月马新郭德宇付松倪彬彬武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对... 详细信息

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对论电子的重要来源.因此,快速准确地计算合声波对辐射带电子的扩散系数,对于优化地球辐射带动理学建模并深入理解电子通量的演化机制具有重要作用.本研究利用Full Diffusion Code(FDC)定量计算了典型合声波波模对辐射带电子的弹跳平均投掷角、能量和交叉扩散系数,并建立了地球内磁层空间中L为2~7、背景环境参数α^(*)为1~13,投掷角α_(eq)为0°~90°、能量Ek为10 eV~10 MeV的电子散射系数矩阵数据库.在此基础上通过线性插值方法可以快速得到不同L和α^(*)参数条件下的合声波对辐射带电子的扩散系数,并计算相对误差验证应用线性插值方法的合理性和准确性.基于扩散系数矩阵数据库,本研究还计算了合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,建立了以L、α^(*)和Ek为输入参数的电子损失时间尺度经验模型,从而可以快速获取合声波散射电子的损失时间尺度.结果表明,扩散系数矩阵数据库构建和线性插值方法的使用大幅度减少了获取不同L和α^(*)对应的扩散系数所需时间,同时建立的三维损失时间尺度经验模型可快速得到不同L、α^(*)和Ek所对应合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,这些结果提高了地球辐射带动理学建模效率,对于空间天气预报具有重要意义.

关键词：波粒相互作用合声波辐射带电子扩散系数损失时间尺度

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初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

地球物理学报 2024年第1期67卷 1-11页

作者：焦鹿怀付松倪彬彬张援农武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统... 详细信息

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法,我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象,发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象,且振荡频率与初始扰动的空间波数有关,电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论,求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率,进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响,对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.

关键词：双流不稳定性粒子云模拟初始扰动线性理论

分子动力学模拟中支持CIF蛋白质文件格式（英文）

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中国科学技术大学学报 2024年第3期 3-9页

作者：王恒越张志勇中国科学技术大学物理系

分子动力学(MD)模拟能够以非常精细的时间分辨率捕捉蛋白质的全原子动态行为，因此它已经成为蛋白质动力学研究的重要工具。当前有多种MD软件包被广泛使用。MD模拟需要从一个蛋白质初始结构开始，而初始结构一般来自蛋白质数据库(PDB)... 详细信息

分子动力学(MD)模拟能够以非常精细的时间分辨率捕捉蛋白质的全原子动态行为，因此它已经成为蛋白质动力学研究的重要工具。当前有多种MD软件包被广泛使用。MD模拟需要从一个蛋白质初始结构开始，而初始结构一般来自蛋白质数据库(PDB)。直到2014年，PDB文件格式一直是蛋白质结构的标准格式。然而，PDB格式存在一些内在缺陷，例如以固定宽度存储结构信息，这对于超大型蛋白质复合物来说存在问题。因此，CIF文件格式被提出来替代PDB格式，前者的特点是具有出色的扩展性。据我们所知，目前主流的MD软件包只支持PDB格式，而不直接支持CIF格式。在本研究中，我们修改了一个MD软件包GROMACS的源代码，使其能够支持输入CIF格式的蛋白质结构文件，并生成拓扑文件。这项工作将简化大型蛋白质复合物MD模拟中的预处理过程。

关键词：蛋白质数据库 PDB格式 CIF格式分子动力学模拟 GROMACS

基于偶极子天线辐射反向创建空间球形聚焦光斑

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光学学报 2024年第10期44卷 428-435页

作者：王俊杰杨艳芳何英李琦王昆峰上海大学理学院物理系上海200444

与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同,本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处,... 详细信息

与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同,本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处,通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场,并选择合适的偶极子天线长度,就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明,创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致,球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活,可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑,这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。

关键词：物理光学球形聚焦光斑偶极子天线 4Pi聚焦系统

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黑洞是如何从无到有形成的？（英文）

中国科学技术大学学报 2024年第7期 36-40页

作者：吴忠超浙江工业大学物理系

使用同步坐标，沉浸在德西特时空中的史瓦西黑洞的创生可以被视为一族类时测地线的相干创生。先前假设的圆锥奇性在约束瞬子的视界中并不存在。相反地，不可避免的无规性在量子跃迁表面的其他地方表现为不消失的第二基本式。相同的论证... 详细信息

使用同步坐标，沉浸在德西特时空中的史瓦西黑洞的创生可以被视为一族类时测地线的相干创生。先前假设的圆锥奇性在约束瞬子的视界中并不存在。相反地，不可避免的无规性在量子跃迁表面的其他地方表现为不消失的第二基本式。相同的论证可以适用于带电、拓扑或更高维的黑洞。

关键词：黑洞创生量子黑洞量子宇宙学

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入口压强对离心式压缩机性能影响的数值研究

清华大学学报（自然科学版） 2024年第9期64卷 1666-1676页

作者：黄东洋周文必姜东君潘建雄清华大学工程物理系北京100084

为探究入口压强小于1个标准大气压时对离心压缩机性能及流动结构的影响,该文以Krain离心式叶轮为研究对象,采用Spalart-Allmaras(S-A)方程湍流模型的有限体积法求解Reynolds时均Navier-Stokes(Reynolds time-averaged Navier-Stokes, RANS)方程组,得到入口体积流量恒定时入口压强400~101 325 Pa条件下离心叶轮的性能及内部流场结构。结果表明:随着入口压强减小,Krain叶轮总压比和总等熵效率先缓慢减小再急剧减小;相比于在101 325 Pa压强下,当压强为400 Pa时,Krain叶轮总压比和总等熵效率减小幅度超过10%。入口压强减小使叶轮及无叶扩压器内气体比熵增增加,其中由叶轮出口处反流、无叶扩压器轮盘侧边界层导致的比熵增显著增加。入口压强在1 333~101 325 Pa变化时,叶轮及扩压器内流场特征差异性较小,但轮盘侧边界层厚度随压强减小而增加,当入口压强减小至400 Pa时,叶轮出口处反流速度增大、区域扩大,扩压器内轮盘侧边界层厚度显著增加,使流动损失增加。故在负压压缩机初始设计阶段中采用基于正压的一维模型预测性能时,应考虑对性能进行负修正,且修正程度随入口压强减小而增加。

关键词：离心压缩机性能入口压强比熵增速度

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从学习角度看人工智能与教育

物理 2024年第6期53卷 379-383页

作者：吴大琪香港科技大学物理系

人工智能和其他颠覆性技术的快速发展正在对人类社会产生重大影响，教育也不例外。关于人工智能可以如何改善教育，有很多从人工智能技术角度的讨论。在这篇文章中，我将尝试从教育和学习的角度来讨论这个问题。教育领域拥有这些强大的...

人工智能和其他颠覆性技术的快速发展正在对人类社会产生重大影响，教育也不例外。关于人工智能可以如何改善教育，有很多从人工智能技术角度的讨论。在这篇文章中，我将尝试从教育和学习的角度来讨论这个问题。教育领域拥有这些强大的人工智能技术对师生意味着什么？教育需要做出哪些调整？当人们试图将人工智能纳入教育时，有什么后果？必需承认，许多想法仍处于探索阶段。我想提出的是，对教育的挑战程度可能超出了大多数人的认知。

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