本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的時變太陽風(fēng)磁流體數(shù)值模擬

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【摘要】：太陽風(fēng)在空間天氣學(xué)中占據(jù)著十分重要的位置,而三維磁流體模擬一直是研究太陽風(fēng)的重要手段之一。本文嘗試構(gòu)建一個從太陽表面延伸至1個天文單位(AU)以及更遠的時變太陽風(fēng)MHD模型。模擬所使用的代碼基于SIPAMR-CESE模型。該模型在自適應(yīng)(Adaptive Mesh Re?nement,AMR)的六片網(wǎng)格上使用時空守恒格式(space-time conservation element and solution element,CESE)來實現(xiàn)MHD演化。在此模型基礎(chǔ)上,本文首先加入一種負(fù)壓控制方法。我們通過一系列的開關(guān)函數(shù)檢測負(fù)壓容易出現(xiàn)的位置,并在這些位置使用壓強方程來代替MHD方程中的能量方程,從而使得負(fù)壓得到很好抑制。另一方面,本文在CESE格式的迭代求解時,使用了一種Row-scaling的方法,通過將MHD變量根據(jù)局地的值進行量級縮放,進一步增加了格式的穩(wěn)定性以及處理強磁場的能力。本文首先使用上述格式根據(jù)勢場模型和太陽觀測磁圖得到一個背景太陽風(fēng)結(jié)構(gòu),然后在此基礎(chǔ)上通過使用連續(xù)觀測的時變光球磁場來驅(qū)動太陽風(fēng)以獲得時變的太陽風(fēng)結(jié)構(gòu)。模型在內(nèi)邊界輸入根據(jù)較差自轉(zhuǎn)矯正過的高時間分辨率的磁圖,并借助從太陽光球逃逸的流通量限制,利用特征投影邊界條件來更新邊界條件,從而實現(xiàn)底邊界的數(shù)據(jù)驅(qū)動。本文使用上述模型以GONG提供的磁圖作為輸入研究了太陽風(fēng)結(jié)構(gòu)從2008年7月1日至8月11日的演化,并將結(jié)果和以前的太陽風(fēng)研究、日冕的SOHO/EIT觀測以及1 AU處OMNI的數(shù)據(jù)進行了比較。結(jié)果表明數(shù)據(jù)驅(qū)動MHD模型所給出的結(jié)果能夠給出和實際相符的日冕和行星際的動態(tài)大尺度結(jié)構(gòu),包括冕洞的位置和大小、冕流的位置和形狀、Alfv′en面的高度,以及太陽風(fēng)速度和磁場極性的分布。然而本文的模型并沒有捕獲赤道附近的小型冕洞及其對應(yīng)的高速束流,并且模擬得到的太陽風(fēng)在1 AU處的密度稍大、磁場偏弱。在未來的研究中,也許將高時間分辨率的光球磁場觀測數(shù)據(jù)(尤其是三維磁場的全球觀測數(shù)據(jù))和等離子體的一些觀測結(jié)合起來能夠使得數(shù)據(jù)驅(qū)動模型能夠更準(zhǔn)確地捕獲太陽風(fēng)的時變特征。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P353.8

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本文編號：1261081