【摘 要】
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采用理想磁流体力学方程组(MHD)作为太阳大气动力学过程的控制方程组,定性数值模拟日冕物质抛射(CME)现象。首先,根据不同形式MHD方程组的特点,发展与之相适应的数值算法。首次推广了无振荡、无自由参数格式(NND),把它应用于守恒形式的MHD方程组。主要做了两个方面的工作,第一,为了降低由磁场散度数值上不为零造成的Lorentz力误差,把磁场分解成两部分,一部分为势场,不随时间变化,另一部分为非
【机 构】
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中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
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采用理想磁流体力学方程组(MHD)作为太阳大气动力学过程的控制方程组,定性数值模拟日冕物质抛射(CME)现象。首先,根据不同形式MHD方程组的特点,发展与之相适应的数值算法。首次推广了无振荡、无自由参数格式(NND),把它应用于守恒形式的MHD方程组。主要做了两个方面的工作,第一,为了降低由磁场散度数值上不为零造成的Lorentz力误差,把磁场分解成两部分,一部分为势场,不随时间变化,另一部分为非势场,随时间变化,得到改进的守恒形式MHD方程组。第二,针对MHD方程组的特点 提出了一种适用于守恒型MHD方程组的通量分裂方法,这种方法能够把NND格式有效地应用于MHD方程组。对非守恒形式的MHD方程组,把二阶精度的MacCormackII格式推广应用到三维MHD方程组,首次把无反射投影特征线边界条件应用于三维情况下的内边界,有效地稳定了数值计算。采用这种数值模式进行计算,得到了1998年5月1935卡林顿周稳定和自洽的背景太阳风,这为模拟CME事件打下了基础。其次,为消除一般两维MHD模式在太阳子午面内极区的几何奇异性,引入两维MHD方程组的新模式,采用这种模式成功地模拟了98年5月2日观测到的子午面内日冕亮度图。最后数值模拟CME在日冕内的传播特征。CME传播所需的背景结构是采用时间松弛方法计算得到的,这保证背景结构是自洽和稳定的。触发CME时采用具有同心圆磁场位形的触发模式,触发的CME事件具有和磁云横截面磁场相似的结构。模拟结果给出在太阳表面不同位置触发CME事件在太阳子午面内的传播特征,数值上验证了CME向电流片的偏转传播效应。在两冕流间CME事件的数值模拟过程中,采用偶极子场和六极子场适当迭加得到初始猜解磁场,由猜解磁场和太阳风流动相互作用计算出稳态自洽解,稳态自洽解的背景磁场在太阳南北极符号相反,这符合观测。在两个冕流间采用具有同心圆磁场位形的触发模型触发CME事件,研究CME的日冕传播特征。模<WP=3>拟结果表明,CME被约束在两冕流间传播,CME闭磁场位形和磁云横截面磁场位形相似,可以解释1AU处观测磁云的部分特征;在CME附近,存在压力和Lorentz起主要作用的区域,这可以为分析1AU处CME的观测数据提供帮助
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