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实验室科研人员在背景太阳风模拟方面取得进展

2021年12月08日 星期三 16:31:37

背景太阳风是研究行星际扰动传播预测空间天气状况的基础, 磁流体(MHD)模拟是背景太阳风研究的重要手段, MHD方程是唯一一个自洽的描述大尺度的空间天气现象的方程组,数值MHD模拟使我们能够捕捉太阳风等离子体流的基本结构和瞬态现象。

太阳风数值模拟当中普遍存在着密度压力出现负值以及散度不为零的问题,近日,实验室冯学尚研究员团队的张嫚副研究员等建立了一种保正的CT方法,采用自洽的重构保正结合HLL通量保正,确保了密度和压力为正,在磁场散度处理方面,我们采用CT方法,CT方法可保持磁场散度维持初值不变,因此,初始磁场由最小二乘法结合散度为零的表达式重构得到,在此基础上模拟了日地空间的背景太阳风,图1为散度随时间的演化,散度误差可达10-12左右,低于机器误差,图2是模拟的CR2210和Parker Solar Probe的对比,模拟结果和Parker Solar Probe飞船观测吻合的很好,这也为CME的研究提供了更加接近观测的真实的背景。

相关结果发表于The Astrophysical Journal Supplement Series上, 文章列表和链接为Zhang Man,Feng Xueshang,Liu Xiaojing,Yang Liping (2021). A Provably Positive, Divergence-free Constrained Transport Scheme for the Simulation of Solar Wind, The Astrophysical Journal Supplement Series, 257, 32。

https://robots.iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ac1e29



图1 散度随时间的演化,横坐标为时间,纵坐标是以10为底的对数,左边为CR22210,右边为CR2215

图2 模拟的CR2210和Parker Solar Probe的对比,红色为模拟结果,黑色是Parker Solar Probe观测

 

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