数据驱动的日冕行星际背景太阳风模拟及其结果评估

发布时间：2023-02-26 16:57

　　三维磁流体力学(Magnetohydrodynamics,简称MHD)太阳风模型是背景太阳风研究和预报的重要工具。它可以获得背景太阳风的物理参数在整个日冕-行星际空间的分布,从而弥补了卫星数据观测在空间、时间上的缺失,也为空间天气预报由经验预报向数值预报发展提供了不可或缺的工具。本论文建立了灵活的日冕-行星际背景太阳风耦合模式,使之既能使用经验日冕模型进行行星际太阳风的MHD数据驱动模拟,又能利用日冕MHD模式和行星际MHD模式,进行从太阳表面到1AU的MHD数据驱动模拟。使用模型的这两种工作模式,模拟了2008年全年的背景太阳风演化,对大尺度结构的演化进行了分析,并利用定量评估方法对模拟结果做了评估。在CESE-HLL数值模式的基础上,本论文对模式的数值方法和计算实现做了若干改进,包括:(1)调整近日区和远日区的位置,利用耦合层网格实现日冕-行星际模型的耦合,使日冕MHD模型和行星际MHD模型既可以独立运行,又可以耦合运行;(2)在日冕模型的内边界上实现了时变的投影特征边界条件,使日冕的数据驱动模拟成为可能;(3)建立了利用经验日冕模型驱动行星际模型模拟时变背景太阳风的方法;(4)改...

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 空间天气的太阳驱动源
    1.2 日冕和行星际太阳风的背景态
    1.3 三维磁流体力学太阳风模型
    1.4 本论文的研究动机与章节安排
第2章 日冕-行星际三维MHD背景太阳风模式
    2.1 控制方程
    2.2 基于CESE格式和阴阳网格的日冕模型
    2.3 基于HLLD格式和自适应网格的行星际模型
    2.4 日冕-行星际耦合的数据驱动实现
第3章 背景太阳风模拟结果的定量评估方法
    3.1 L1点太阳风参数时序数据的产生
    3.2 太阳风参数时序的评估方法
    3.3 行星际磁场极性及其反转的评估方法
    3.4 SIR的评估方法
第4章 2008年背景太阳风的经验日冕-MHD行星际数据驱动模拟结果
    4.1 经验日冕模型驱动方法
    4.2 选取2008年作为研究时段的考虑
    4.3 模拟结果的全球结构分析
    4.4 L1点模拟结果的定量评估
第5章 2008年背景太阳风的MHD日冕-MHD行星际数据驱动模拟结果
    5.1 模型设置
    5.2 日冕和行星际全球结构分析
    5.3 L1点模拟结果的定量评估
第6章 总结与展望
    6.1 本文工作的总结
    6.2 未来工作的展望
    6.3 最后的话
附录A 用于数值计算的理想MHD方程的各种形式及其特征系统
    A.1 用于数值计算的理想MHD方程的各种形式
    A.2 通量密度
    A.3 非守恒形式的MHD方程及其雅克比矩阵
    A.4 特征系统
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢



本文编号：3750552