日冕物质抛射的数值研究

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1、中国科学院空间科学与应用研究中心博士学位论文日冕物质抛射的数值研究姓名：叶占银申请学位级别：博士专业：空间物理指导教师：魏奉思2003.6.1=

2、=】文摘要日冕物质抛射的数值研究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，ji=性数值模拟同冕物质抛射(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方程绀。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

3、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疗程组的特点提出了一种适用于：于恒型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MacCo瑚ackII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卡林顿周稳定和自治的背景太阳风，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

4、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同冕亮度图。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问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

5、洽解，稳念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何刷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。模中文摘要拟结果表明，CME被约束在两冕流M传播，CME闭磁场位形和磁云横截面磁场位形相似，可以解释lAu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lAu处CME的观测数据提供帮助。天键词：R冕物质抛射、行星际扰动、数值模拟英文摘要NumericalResearchaboutCoronalMassEjectionsYeZhanyin(SpacePhysics)

6、DirectedbyProfbssorWeiFengsiAbstractTheidealMaglletohydrod”amicequations(MHD)，血egovemingequationsofthesolaratmospheredyn咖icalpmcess，aretakenton啪ericallysimulateCoronalMassEjection(cME)phenomena．Atfirst，wedevelopsuitablenumericalalgorimmscorresponmI培tomefeatllresofd蕊rentf0肌sofMH

7、Dequations．Wcgenemlize№n·oscillatoⅨN0n-丘eepararneterDiscretescheme(NND)formefirsttimeandapplyitto1heconservativefomofMHDequati叫s．nleworkliesinMomainaspects：1)Toe虢ctiVelyreducetheerrorofLorentzforcecausedbythenon—zeromImericalvalueofmagneticflelddivergence，wedividedma髓eticneldin

8、totwopans，oneispot豇malfieldinv耐antoftime锄dtheo山crisnon-potentialfieldvaryingwitll佃ne粕dgetanirnpmVedconservativefoHnofMHDequatio璐．2)Conside曲gMHDequ撕on岛籼es，weputfonvardanuxspl埘ngme￡hodapplicablefor也econser删vefbnnofMHDequations．Wim也ememodwecaIl印plyNNDsch锄etoM肋equatione髓cliVelyAbou

9、tnon．conservativefb啪ofMHDequations，weapplysecondordera