太阳日冕三维磁流体模拟研究

发布时间：2023-01-30 15:20

　　不仅仅源自日冕物质抛射（CMEs）的瞬态行星际扰动会影响空间天气活动,太阳风背景流以及太阳日冕磁场结构也会影响空间天气。因此,太阳风背景模拟也是空间天气研究的重要组成部分。本文主要利用三维路径守恒的磁流体（MHD）模型对太阳日冕进行数值模拟研究。通过Godunov-type有限体积方法（FVM）实现单流体太阳风等离子体磁流体方程在时间上的推进。文中所用的数值方法是路径守恒的,是通过引进一个简单的连接界面左右状态的直线段路径,利用高阶高斯——勒让德积分,得到对路径依赖的数值格式。代码是用FORTRAN语言编写的,通过消息传递接口（MPI）进行并行化,并且是在球坐标系下的六片网格系统上实现的,其中每一个网格都是四边为平截面,底和顶为弧状的六面体。首次利用路径守恒方法,我们建立了 Osher-Solomon-MHD与HLLEM-MHD两类太阳风模型。路径守恒Osher-Solomon-MHD模型黎曼解是一个使用全波的数值格式,它包含了 MHD方程的所有特征结构,并且每个特征场对应不同的数值粘性。该方法具有如下特性:它是非线性的、不需要熵修正、通量函数可微以及包含全波。在实现过程中,我们采用m... 

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 等离子体
    1.2 太阳
    1.3 太阳活动
    1.4 太阳风
    1.5 日冕磁场
    1.6 日球层电流片
    1.7 三维太阳风模拟概述
    1.8 小结
第2章 MHD控制方程和六片网格系统
    2.1 GLM-MHD控制方程
    2.2 EGLM-MHD控制方程
    2.3 G-EGLM-MHD控制方程
    2.4 准线性形式
    2.5 六片网格系统
    2.6 小结
第3章 路径守恒Osher-Solomon-MHD模型
    3.1 一维守恒双曲系统的路径守恒方法
    3.2 POS-GLM-MHD模型
    3.3 小结
第4章 数据驱动POS-GLM-MHD模型及其数值结果
    4.1 初边值条件:数据驱动过程
    4.2 POS-GLM-MHD模型数值结果
        4.2.1 冕洞
        4.2.2 冕流和伪冕流
        4.2.3 日冕等离子体密度和速度
        4.2.4 NOAA 11032上的非势场
    4.3 小结
第5章 路径守恒HLLEM-MHD模型
    5.1 HLLEM-MHD模型
    5.2 中间态U_*的计算
    5.3 HLLEM黎曼解的评论
    5.4 小结
第6章 路径守恒HLLEM-MHD模型定态模拟结果
    6.1 初边值条件:定态模拟过程
    6.2 路径守恒的HLLEM数值结果
        6.2.1 开闭磁场区域
        6.2.3 2.5R_s到20 R_s日冕结构变化
        6.2.4 映射的OMNI观测数据和模拟结果的对比
        6.2.5 相对磁场散度误差
    6.3 小结
第7章 总结与展望
    7.1 主要研究成果
    7.2 未来工作展望
第8章 附录
    8.1 特征系统
    8.2 粘性矩阵的近似
    8.3 一维非守恒双曲系统的路径守恒方法
    8.4 POS-EGLM-MHD模型
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Comparative analyses of current three-dimensional numerical solar wind models[J]. Shi Tsan WU,Murray DRYER.  Science China（Earth Sciences）. 2015(06)
[2]FULL-IMPLICIT CONTINUOUS EULERIAN SCHEME IN THE SPHERICAL COORDINATES AND ITS APPLICATIONS TO SOLAR PHENOMENA[J]. 王水,胡友秋,吴式灿.  Science in China,Ser.A. 1982(12)



本文编号：3733195