一类TVD型组合差分方法及其在磁流体数值计算中的应用

根据太阳风数值模拟的特点，考虑到算法的质量（收敛速度、稳定性、精度等），结合磁流体数值计算的特性，对三维球坐标磁流体动力学（MHD）方程组中的流体部分采用一种修正Lax-Friedrichs差分法而对磁场部分采用MacComack格式，发展了一类快捷的具有TVD特性的组合数值新方法，作为格式的检验，在一维情况下，将其与PPM格式进行了比较，对一维快慢磁流体激波问题得到了与PPM格式精度相同的结果，然后将其诮到定态太阳风的数值模拟上，在不同等离子体β情形下，可得到理想的太阳风定态结构，为今后将此数值模式应用到具有复杂磁场位型或三维直实太阳风暴的数值模拟研究奠定了基础。     

在强地磁活动期间热层大气成份和密度的变化

选用了１９７４－０７－０６,１９８２－０３－０２和１９８２－０９－０６三次强地磁活动时的Ａｐ值,由ＡＥ－Ｃ和ＤＥ－Ｂ卫星所测得的热层成份数据,进行统计分析,结果表明;在强地磁活动期间,热层大气密度涨落变化十分清晰、涨幅随高度增高而增大,高度６００ｋｍ附近涨幅可直达４倍,热层大气成份中Ｎ２的数密度涨幅最大,而原子氧的丰度在强地磁活动期间明显地下降。     

太阳风质子的波能串级-回旋共振加热机制的初级模型

空间飞船Helios 1和2的观测表明, 由0.3AU, 至1AU, 质子的磁矩T_p⊥/B随日心距离增加而增加, 而纵向绝热不变量T_p∥B2/N_P2则随日心距离增加而下降。这说明质子在垂直于行星际磁场方向上受到加热, 而在平行磁场的方向上受到冷却。以往没有理论能满意地解释上述现象, 本文在Alfvén脉动串级理论的基础上利用回旋波的准线性理论分析研究了串级能量转化为太阳风质子热能的机制, 解释了上述观测事实。      

月表磁异常影响的太阳风电子反射运动

模拟太阳风电子向月表运动的轨迹, 研究由于月表磁异常的存在造成的电子反射运动. 首先设定行星际磁场Bsw 指向月球并与月表垂直, 将月表的磁异常区看成是一个磁偶极子, 偶极矩大小为Mcb; 然后分别考察该偶极矩与行星际磁场方向平行, 反平行以及±90° 的情形, 通过计算发现, 被反射的电子数目会随着磁偶极矩和行星际磁场的方向改变而改变. 在偶极矩与行星际磁场平行的情况下, 反射率最大; 随着夹角的增大, 反射率减小. 这些结果为利用电子反射法高精度遥测月表磁场提供了很重要的信息.      

两冕流间CME事件数值模拟的改进

通过偶极子场和六极子场适当叠加，改进猜解磁场，使猜解磁场在太阳南北极符号相反，然后采用理想磁流体力学方程组(MHD)，由猜解磁场与太阳风流动相互作用计算出稳态自洽解，得到定性上与观测比较接近的具有两个冕流的背景结构．在两个冕流间采用具有同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．模拟结果表明，CME被约束在两冕流间传播，CME闭磁场位形和磁云横截面磁场位形相似，可以解释1AU处观测磁云的部分特征；在CME附近，存在压力和Lorentz力起主要作用的区域，这可以为分析1AU处CME事件的观测数据提供帮助．     

萤火一号火星探测计划的科学目标

与其他行星相比火星是与地球最为相似, 也是最有可能在其上发现地球以外生命现象的一颗行星, 因此特别受到人类的关注. 近年来, 有国家已经发射了火星探测器, 并启动了载人火星探测研究计划. 中国是世界上第五个具备自主发射人造卫星的国家, 也是世界上第三个具备自主开展载人航天活动的国家. 但是中国在深空探测领域才刚刚起步. 2007年中俄两国签署了联合探测火星计划, 俄罗斯负责将中国研制的一颗微小卫星------萤火一号发送至火星轨道. 萤火一号将开展自主探测, 并与俄罗斯的火卫一探测器开展联合探测. 本文综述了萤火一号任务提出的科学背景及科学目标, 简要介绍了为实现科学目标配置的有效载荷, 以及入轨后的主要探测任务, 并对其科学探测结果进行了初步的展望.      

嵌套闭磁场结构内CME产生和传播的数值模拟

给出了特殊类型的日冕物质抛射(CME)数值模拟定性结果,这种CME核心闭磁场结构前半部分磁力线的方向与太阳整体偶极场磁力线的方向相反．计算结果表明,这种CME核心闭磁场结构磁力线与太阳整体偶极场反向磁力线之间存在过渡磁场结构,在向外传播时过渡磁场结构所占的面积逐渐增大．这一结果可以用来解释飞船为什么能够观测到一类双极磁云,这类磁云前半部分磁场方向与太阳整体偶极场方向相反．为了模拟这一数值结果,强调需要采用包含嵌套闭磁场的冕流背景结构,并在合适的位置触发CME．     

三维试验粒子轨道法在磁层粒子全球输运中的应用

根据磁层粒子动力学理论, 通过偶极磁场模型验证利用三维试验粒子轨道方法模拟近地球区(r < 8R_e)带电粒子运动特征的可靠性. 在此基础上, 以太阳风和磁层相互作用的全球MHD模拟结果为背景, 利用三维试验粒子轨道方法, 对非磁暴期间南向行星际磁场背景下太阳风离子注入磁层的情形进行数值模拟, 并对北向行星际磁场背景下太阳风离子注入极尖区以及内磁层的几种不同情形进行了单粒子模拟. 模拟结果反映了南向和北向行星际磁场离子向磁层的几种典型输入过程, 揭示出行星际磁场南向时太阳风粒子在磁层内密度分布的晨昏不对称性以及其在磁鞘和磁层内的大致分布, 并得出统计规律. 模拟结果与理论预测和观测结论相一致, 且通过数值模拟发现, 行星际磁场北向时靠近极尖区附近形成的非典型磁镜结构对于能量粒子经由极尖区注入环电流区域过程有重要的影响和作用.      

ACE和STEREO-B太阳风速度的统计分析

采用小波分析方法讨论了2008—2011年ACE和STEREO-B卫星太阳风速度的27天周期特性,运用一元线性回归分析方法计算了两颗卫星太阳风速度的线性表达式,分析和计算结果表明,ACE和STEREO-B卫星探测到的太阳风速均在8～16d,16～32d的频域尺度上较为显著,在局部相同时域上,二者太阳风速的27天周期均较为显著;当太阳活动为低年时,相关性好. 作为应用实例,使用STEREO-B卫星太阳风探测数据,预测2012年10月1—17日的ACE太阳风速度,结果表明,预测值与实测值趋势一致,CME过程对预测值有一定影响. 通过本项研究,初步统计出了ACE与STEREO-B太阳风速度的关系,利用STEREO-B能够提前数天监测到即将由太阳吹向地球的太阳风特性,为建立直观的重现型地磁暴中期预报模型奠定了基础.      

太阳风中小尺度磁通量管边界重联的统计研究

通过对WIND卫星1995—2005年的数据,利用程序筛选及人工识别两种不同方法确定的小尺度磁通量管进行比较,发现程序筛选法中41%的小尺度磁通量管有边界重联现象,与人工识别法确定的小尺度磁通量管的统计结果接近;通过人工识别和程序筛选两种方法确定的小尺度磁通量管的边界重联特征,包括磁场剪切角、磁场强度以及重联耗散区的持续时间等,也具有相同的统计趋势.结果表明,两种方法确定的小尺度磁通量管在重联特性上没有本质区别,因此采用这两种方法得到的数据作为样本来统计小尺度磁通量管前后边界重联事件.本文共确定了71个重联事件,统计结果显示有50个(70%)重联耗散区磁场的减小超过20%,47个(66%)磁场剪切角大于90°;多数重联事件的磁场剪切角大于90°,表明小尺度磁通量管边界中主要发生的是反平行重联.将小尺度磁通量管的前后边界重联分开进行统计,结果显示其前后边界重联的特征是相似的,与磁云前后边界存在差异的性质不同,这意味着太阳风中的小尺度磁通量管并不具有磁云这种大尺度磁通量管的膨胀特征.