日冕物质抛射的数值研究

发布时间：2020-06-02 23:40

【摘要】： 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
【图文】：

图 1-1. 白光观测的 CME 图，开始为冕流结构的缓慢增大，并出现三部分结构，最后突然喷射。 外层亮环是高密度等离子体，是三维隆起结构，温度为 106K低，密度高。由于密度高，从临边观测日珥，日珥显得很亮。，发出αH 线。CME 内层日珥物质质量约为 1×1014gm ，CME环的质量约为 2.1×1015gm 。CME 在经度方向上展开的空间一超过 1800。表 1-1 列出了白光日冕观测到的 CME 数据(Gosling[1985,1986], Hundhausen [1994,1997a,b])表 1-1：CME 的一些平均观测特征

第一章：CME 观测、数值模拟研究现状和课题研究框架从αH 谱线的日冕观测来看，CME 一般和αH 观测到的暗条消失现象相关。暗条实际就是日珥，是同一种日冕现象相对于观测者不同位置造成的，日珥是发生在临边的日冕现象，如果发生在在日面上，αH 谱线就会观测到暗条（图 1-2）。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：P182.62

【引证文献】

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1 杨利平;背景太阳风的三维数值模拟研究[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2011年

本文编号：2693935