日冕磁场外推新方法研究

日冕磁场外推新方法研究

论文摘要

太阳日冕中发生的各种剧烈爆发活动是日地空间天气的主要驱动源,研究这些活动及其对地球空间活动的影响是空间物理学研究的重要内容。由于日冕环境的低等离子体beta特性,爆发活动的本质是日冕磁场系统发生不稳定性而剧烈释放磁能量的表现。但是日冕磁场的直接测量尚无法实现,目前研究中广泛采用的磁场外推法,即使用光球层矢量磁图作为底部边界条件来求解数值模型,从而获得日冕三维磁场。当前的日冕磁场外推法存在多种方法。但各种方法都存在一定的问题,如物理含义不明确,求解速度过慢等,同时所有方法都无法完全重现实际上高度复杂的日冕磁结构。本文在前人基础上开发了两种新的求解日冕磁场的算法并编写了计算程序,其中第一种为基于牛顿粘性流体的松弛法;第二种为电流与磁场Grad-Rubin的快速迭代法。论文中对几种典型的日冕磁场外推标准算例进行了严格测试,取得了较好的结果,证明两种方法的可行性。基于这些工作,预计后续可以发展成更高精度更大计算域乃至全球日冕磁场外推的全新方法。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题背景及研究的目的和意义
  •   1.2 日冕观测与日冕磁场
  •   1.3 日冕磁场的无力场描述
  •   1.4 本文的主要研究内容
  • 第2章 日冕磁场外推方法回顾
  •   2.1 引言
  •   2.2 势场外推
  •     2.2.1 势场能量最低定理(Potential minimun-energy therom)
  •     2.2.2 源表面势场外推(PFSS)的结果
  •   2.3 线性无力场外推
  •   2.4 非线性无力场外推
  •     2.4.1 Grad-Rubin方法
  •     2.4.2 向上积分法
  •     2.4.3 MHD松弛法和磁摩擦法
  •     2.4.4 最优化方法
  •     2.4.5 边界元积分法
  •   2.5 本章小结
  • 第3章 NEWTON RELAXATION法与GRAD-RUBIN法
  •   3.1 引言
  •   3.2 NEWTON RELAXATION方法
  •   3.3 GRAD-RUBIN迭代法
  •   3.4 数值求解
  •   3.5 本章小结
  • 第4章 算例外推结果及分析
  •   4.1 前言
  •   4.2 模型场算例
  •     4.2.1 两个解析无力场
  •     4.2.2 一个简单的偶极场
  •   4.3 参数指标
  •   4.4 外推结果
  •   4.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
  • 致谢
  • 附录
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 边新凯

    导师: 江朝伟

    关键词: 太阳,太阳爆发活动,日冕磁场,数值模型,磁场外推

    来源: 哈尔滨工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 天文学

    单位: 哈尔滨工业大学

    分类号: P182.62

    DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003071

    总页数: 70

    文件大小: 3455K

    下载量: 35

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