Comparison of various cusp models with high- and low-resolution observations

Three major cusp models are systematically compared with low-resolution (large-scale) and high-resolution (fine-scale) low-altitude observations. Those models are (a) global magnetohydrodynamics (MHD) models (including MHD+drift models), (b) turbulent/diffusive entry models, and (c) direct flowing entry models. Although low-resolution data are mostly consistent with MHD models, high-resolution data mostly contradicts them. The data instead supports the other models in which the cusp is considered as a local `extra' open region. This is a good lesson to us: past supportive `tests' of MHD cusp models might have essential flaws in the methodology, and high-resolution data is necessary even for large-scale modelings.     

太阳风速度的源表面二维结构

以IPS观测数据为基础，在考虑了加速剖面对太阳风源位置和速度大小的影响下，探讨了1984年1745-1755Carrington周太阳风速度在源表面上的二维分布.结果显示：观测和理论结果均显示出此期间北半球太阳风速度明显高于南半球，特别是经度0一30°，300-360°N的高速流均有不同程度的从极区向南侵的现象.低速带与磁中性线有一定程度的类似即均为单峰结构.但理论和观测给出的低速带的峰值位置与磁中性线的峰值位置略有差异，而且磁中性线的报幅大于观测和理论的结果.     

非结构网格的高超声速粘性MHD流场数值模拟

应用数值方法在非结构网格上对磁场干扰下的二维高超声速钝头体粘性绕流进行了数值模拟。控制方程为N-S方程耦合Maxwell方程的粘性MHD方程组,空间离散采用有限体积方法,对流项用AUSM格式计算,粘性项用中心格式求解,时间推进用显式5步Runge-Kutta格式,引用双曲型散度清除技术加强▽.B=0的条件。计算模型为二维钝头体,在高超声速来流条件下,分别对有、无均匀磁场干扰下的流动进行了数值模拟。计算结果表明,在均匀磁场干扰下,激波脱体距离显著增加,物体表面压力急剧下降。对比表明文中发展的计算方法可以准确地进行二维粘性MHD流场的数值模拟。     

What are the physical mechanisms of eruptions and CMEs?

CMEs are due to physical phenomena that drive both, eruptions and flares in active regions. Eruptions/CMEs must be driven from initially force-free current-carrying magnetic field. Twisted flux ropes, sigmoids, current lanes and pattern in photospheric current maps show a clear evidence of currents parallel to the magnetic field. Eruptions occur starting from equilibria which have reached some instability threshold. Revisiting several data sets of CME observations we identified different mechanisms leading to this unstable state from a force free field. Boundary motions related to magnetic flux emergence and shearing favor the increase of coronal currents leading to the large flares of November 2003. On the other hand, we demonstrated by numerical simulations that magnetic flux emergence is not a sufficient condition for eruptions. Filament eruptions are interpreted either by a torus instability for an event occurring during the minimum of solar activity either by the diffusion of the magnetic flux reducing the tension of the restraining arcade. We concluded that CME models (tether cutting, break out, loss of equilibrium models) are based on these basic mechanisms for the onset of CMEs.     

球坐标系六片网格下三维定态行星际太阳风模拟

采用二阶MacCormack差分格式, 利用稳态的磁流体(MHD)方程组在球坐标系六片网格下模拟研究了行星际太阳风. 六片网格系统能有效避免极区奇性和网格收敛性. 迭代按径向方向推进求解, 很大程度上减少了计算量, 节约了计算时间. 内边界条件根据太阳与行星际观测确定, 比较测试了5种内边界条件, 模拟给出了1922卡林顿周的背景太阳风结构. 几种内边界条件所得模拟结果与行星际观测基本吻合. 太阳风速度采用McGregor 等的经验公式给出, 磁场由水平电流片(HCCS)模型得到, 密度和温度分别根据动量守恒和气压守恒得到, 研究表明采用这样的边界条件模拟结果最佳.      

电离层等效电流体系对行星际激波的响应研究

行星际激波是导致地球磁层-电离层系统发生扰动的重要原因之一,其可以通过对磁层-电离层系统电流体系的改变来影响地磁变化.本文采用全球三维磁流体力学数值模拟方法,分析了行星际激波作用下电离层等效电流体系的即时响应.模拟结果表明,在激波作用下伴随着异常场向电流对的产生,电离层在午前午后出现一对反向的等效电流涡.这对涡旋一边向极侧和夜侧运动,一边经历强度增强和减弱直至消失的过程.激波过后等效电流体系图像逐渐演化为激波下游行星际条件控制的典型图像.这个响应过程与行星际激波强度有关,激波强度越强,则反向的等效电流涡旋强度越大,寿命也就越短.      

磁尾等离子片中偶极化锋面的数值模拟研究

利用守恒型TVD格式对8波模型磁流体方程组进行数值模拟, 对磁尾中偶极化锋面的物理和演化特性进行研究. 构建了由BBF类型通量管机制产生的偶极化锋面数值模拟模型, 该模型由磁尾平衡模型、亚暴增长相模型和亚暴触发及BBF形成模型三部分组成. 数值模拟结果很好地再现了磁尾中BBF类型通量管机制产生的偶极化锋面特性. 伴随着高速 流的出现, 磁场B_z分量呈非对称双极变化结构, 即锋面前减小为负值, 在锋面上急剧增大. 当B_z增大到极大值后回落并趋于稳定. 随着偶极化锋面伴随地向高速流向地球运动, 偶极化锋面上B_z的变化越来越小.      

基于HLLC格式的理想MHD方程数值模拟

针对理想MHD(magnetohydrodynamics)方程数值求解困难的问题,基于原始的HLLC (Harten-Lax-Van Leer Contact wave)近似黎曼解方法,发展出一种新的适用于理想MHD问题的通量计算格式。控制方程采用有限体积法离散,时间推进采用隐式的LU-SGS（lower-upper symmetric Gauss-Seidel）格式,并且采用双曲型散度清除技术来抑制磁场散度的累积。通过一维激波管问题的数值模拟表明,HLLC-MHD格式能准确的分辨并捕捉复杂的磁流体力学波系结构,保证数值计算的精度,最大的数值计算误差不超过10%;通过二维的Rotor问题的数值模拟研究表明,HLLC-MHD格式能够应用于多维理想MHD问题的数值模拟,并且能够准确捕捉多维情况下磁流场中的阿尔文波;通过对比有、无散度清除的Rotor问题计算结果表明,双曲型散度清除技术可以将磁场散度峰值从50降低到2,有效抑制高磁场散度区域的散度累积,同时也会将误差传播到低散度区域,并且引起边界处散度的累积,影响计算的稳定性。      

电阻磁流体力学模拟的CESE方法

利用时空守恒元解元方法(CESE)和两种改进方法, 即库朗数不敏感(CNIS)方法与高阶CESE方法求解2.5维电阻磁流体力学(resistive MHD)方程组, 模拟了两个单电流片重联问题. 并考察了上述三种方法所得结果的磁场散度. 分析表明, 三种方法所得到的磁场位形基本没有差别, 但在磁场散度上存在一定差异, 相比另外两种方法, CNIS方法在控制磁场散度方面表现得更好.