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较小尺度磁螺旋线管相互作用的数值研究

空间科学学报 2008年第3期28卷 194-202页

作者：叶占银中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190

在子午面内,偶极子场和六极子场适当叠加得到势磁场,势磁场与太阳风长时间相互作用得到特殊的冕流背景结构.在这种背景结构下,两个较小尺度的磁螺旋线管模型能够连续浮入到计算域,在计算域内相互作用,触发了日冕物质抛射(CME).在数值模... 详细信息

在子午面内,偶极子场和六极子场适当叠加得到势磁场,势磁场与太阳风长时间相互作用得到特殊的冕流背景结构.在这种背景结构下,两个较小尺度的磁螺旋线管模型能够连续浮入到计算域,在计算域内相互作用,触发了日冕物质抛射(CME).在数值模拟这一过程时,较小尺度的磁螺旋线管模型具有同心圆形磁场结构,模型中心等离子压强与边界压强之比m=2,模型的半径分别取为a=0.07R_s和a=0.1R_s(R_s为太阳半径).在这两种情况下,得到了两种典型的计算结果.当a=0.07 R_s时,两个磁螺旋线管模型相互作用,在7 R_s内融合成一个磁螺旋线管模型,向外传播;当a=0.1 R_s时,两个磁螺旋线管模型相互作用,作为一个整体向外传播,在计算域内没有融合到一起,基本上保持各自的磁场结构.

关键词：太阳风日冕物质抛射 MHD方程组

无振荡、无自由参数格式在三维太阳风流动数值模拟中的应用

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空间科学学报 2000年第3期20卷 208-215页

作者：叶占银魏奉思冯学尚石勇中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080

从快速、有效地进行空间天气数值预报的需要出发，针对1998年5月份行星际太阳风暴事件，采用全三维流体力学（HD）模型进行数值试验，考察了无振荡、无自由参数（NND）格式在三维太阳风流动数值模拟中的应用。计算中内边界的密度分布由... 详细信息

从快速、有效地进行空间天气数值预报的需要出发，针对1998年5月份行星际太阳风暴事件，采用全三维流体力学（HD）模型进行数值试验，考察了无振荡、无自由参数（NND）格式在三维太阳风流动数值模拟中的应用。计算中内边界的密度分布由观测K日冕数据来确定，由此得到的源表面密度分布具有和源表面电流片相似的结构数值试验表明：虽然该格式不需要加入人工粘性，但是具有很好的计算稳定性，在扰动计算时激波间断耗散小，在三维任何方向上间断所占的网格数比较少，没有数值色散现象．

关键词：数值模拟 CME事件三维流动太阳风 NND

Ulysses观测的太阳风结构的三维MHD模拟

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科学通报 2001年第6期46卷 511-514页

作者：石勇魏奉思冯学尚叶占银中国科学院空间科学与应用研究中心空间天气学开放研究实验室北京100080

Ulysses是迄今为止第一次沿独特的日球纬度方向考察日球高纬度空间区域的飞船. 1994年9月～1995年6月首次从南极向北极的快速穿越过程中, 观测到子午面内太阳风除黄道面附近 ( 20o区域外, 高纬度区域存在大范围高速流. 以该期间具有一... 详细信息

Ulysses是迄今为止第一次沿独特的日球纬度方向考察日球高纬度空间区域的飞船. 1994年9月～1995年6月首次从南极向北极的快速穿越过程中, 观测到子午面内太阳风除黄道面附近 ( 20o区域外, 高纬度区域存在大范围高速流. 以该期间具有一般性和代表性的Carrington 1893周的太阳源表面磁场及K-日冕亮度的观测为依据, 将太阳表面的特征结合到模式的初边值中, 用三维MHD模式模拟得到了与Ulysses的观测基本一致的太阳风结构. 结果表明源表面磁场和等离子体数密度的分布是形成这种结构的主要原因, 采用的三维MHD模式具有模拟子午面太阳风大尺度结构的能力.

关键词： Ulysses飞船太阳风结构数值模拟三维MHD模式大尺度结构源表面磁场等离子体数密度

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1998年5月日冕三维结构的数值模拟

空间科学学报 2001年第4期21卷 289-296页

作者：叶占银魏奉思冯学尚石勇姚久胜中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080

采用三维理想磁流体力学（ＭＨＤ）模式，内边界条件把二维投影特征线边界方法推广应用到三维计算，有效地稳定了数值计算并保证稳态解的自洽性；初始猜解磁场由１９３５卡林顿周光球磁场观测数据得到，这样计算得到的１９９８年５月份... 详细信息

采用三维理想磁流体力学（ＭＨＤ）模式，内边界条件把二维投影特征线边界方法推广应用到三维计算，有效地稳定了数值计算并保证稳态解的自洽性；初始猜解磁场由１９３５卡林顿周光球磁场观测数据得到，这样计算得到的１９９８年５月份期间日冕三维结构比较符合实际．计算结果表明：（１）计算得到的源表面非径向磁场量值在磁中性线附近不超过２μＴ，表明源表面磁场基本径向．（２）模拟得到的源表面径向磁场量值除了在磁中性线附近的区域外变化不大，这和观测一致．（３）由源表面磁场按平方反比的规律计算出１ＡＵ处磁场量值更接近观测值．（４）计算得到的日冕结构和观测定性一致．三维数值模拟结果还表明，日冕的三维大尺度背景结构主要是由磁场决定的，在闭磁场处或者电流片附近，太阳风的密度高，速度低；在开场区，太阳风的密度低，速度高．

关键词：三维理想磁流体力模式 MHD数值模拟日冕三维结构日地空间太阳风

1998年5月2日日冕亮度观测图的数值研究

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空间科学学报 2001年第2期21卷 105-113页

作者：叶占银魏奉思冯学尚石勇姚久胜中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080

采用数值手段模拟了１９９８年５月２日日冕亮度观测图．计算模式改进为球坐标系下特殊的二维理想磁流体（ＭＨＤ）模型，即把（γ，φ）坐标建立在ＳＯＨＯ观测日冕亮度的子午面上，消除了子午面极区的几何奇异性．根据ＳＯＨＯ日冕观... 详细信息

采用数值手段模拟了１９９８年５月２日日冕亮度观测图．计算模式改进为球坐标系下特殊的二维理想磁流体（ＭＨＤ）模型，即把（γ，φ）坐标建立在ＳＯＨＯ观测日冕亮度的子午面上，消除了子午面极区的几何奇异性．根据ＳＯＨＯ日冕观测布置磁极子得到初始磁场位形，内边界条件采用自洽的投影特征线边界条件，计算迭代出稳态的多冕流磁场结构，得到了与观测基本一致的亮度图．计算结果表明在太阳表面附近磁场位形对太阳风等离子参数分布起控制作用．

关键词：太阳风磁流体力学 MDH数值模拟 1998年日冕亮度观测图

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日冕物质抛射和冕流结构相互作用的数值研究

中国科学（E辑） 2002年第4期32卷 510-515页

作者：叶占银魏奉思冯学尚石勇姚久胜中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080

采用具有同心圆形闭磁场结构的二维模型作为日冕物质抛射（CME）的触发模型,并使这种触发模型分别在偏离冕流结构对称中心 10°和45°的位置浮出,数值模拟这时产生CME事件的特征.模拟结果可以定性解释SOHO飞船观测到的部分CME事件特征,... 详细信息

采用具有同心圆形闭磁场结构的二维模型作为日冕物质抛射（CME）的触发模型,并使这种触发模型分别在偏离冕流结构对称中心 10°和45°的位置浮出,数值模拟这时产生CME事件的特征.模拟结果可以定性解释SOHO飞船观测到的部分CME事件特征,模拟结果表明:（1）在两种情况下,二维触发模型的浮出都可以触发CME事件,和CME事件相关的磁场结构闭合并呈现非对称性.（2）CME事件的闭磁场结构在向外传播的过程中,将不断向电流片偏转,这种偏转效应主要发生在几十个太阳半径的范围内,最终CME事件沿着电流片传播.（3）不同位置处浮出触发模型触发的CME事件,将有不同的磁场位形,在10°位置浮出触发模型所触发CME事件的磁场结构近似呈圆形,而在45°浮出触发模型所触发CME事件的内部磁场结构近似呈月牙形.

关键词：冕流结构相互作用太阳风日冕物质抛射 MHD方程组数值模拟触发模型磁硫体力学方程组

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两冕流间CME事件数值模拟的改进

空间科学学报 2004年第1期24卷 1-7页

作者：叶占银魏奉思王赤冯学尚向长青中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080

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... 详细信息

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1 AU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1 AU处CME事件的观测数据提供帮助.

关键词： CME事件数值模拟磁流体力学方程组太阳风冕流结构日冕

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扭转Alfvén波共振的数学描述

空间科学学报 2003年第4期23卷 241-247页

作者：叶占银魏奉思王赤罗庆宇冯学尚中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080

提出完备正交函数基(OFSE)展开方法,求解冕环中无耗散扭转Alfvn波。每个基函数对应冕环中每根磁力线的一个固有角频率ω_n,当冕环足点驱动频率等于磁力线的固有频率时,Alfvn波将在这根磁力线处发生共振。采用OFSE方法求解了双足点驱动... 详细信息

提出完备正交函数基(OFSE)展开方法,求解冕环中无耗散扭转Alfvn波。每个基函数对应冕环中每根磁力线的一个固有角频率ω_n,当冕环足点驱动频率等于磁力线的固有频率时,Alfvn波将在这根磁力线处发生共振。采用OFSE方法求解了双足点驱动时冕环Alfvn波的时变演化问题,给出了时变解析解的新形式,其中包含共振项,从共振项可以发现,在共振角频率为ω的共振磁力线附近,在时间t为π/ω的整数倍时,出现δ型间断;在t为π/(2ω)的奇数倍时,出现1/x间断。共振磁力线振幅随时间线性增加,增加的斜率正比于Alfvn波速,反比于冕环长度,与驱动频率无关。

关键词：扭转Alfvén波共振磁力线完备正交函数基冕环解析解耗散量

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冕环中扭转Alfvén波和快波的耦合共振

空间科学学报 2004年第6期24卷 401-411页

作者：叶占银魏奉思王赤冯学尚罗庆宇中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080

推广完备正交函数系(OFSE)展开方法,应用它研究冕环中无耗散扭转Alfven波和快波耦合的时变过程.采用这种方法,从数学上描述了总体波模的固有角频率,从理论和数值计算结果两方面分析了Alfven波和快波耦合时冕环中磁力线Alfven波固有角频... 详细信息

推广完备正交函数系(OFSE)展开方法,应用它研究冕环中无耗散扭转Alfven波和快波耦合的时变过程.采用这种方法,从数学上描述了总体波模的固有角频率,从理论和数值计算结果两方面分析了Alfven波和快波耦合时冕环中磁力线Alfven波固有角频率.采用这种方法,分析了耦合驱动项和Alfven波共振的关系.计算结果给出了耦合共振出现位置Alfven波和快波的波幅特征,发现如果足点驱动角频率不等于冕环总体波模的固有角频率,在耦合共振位置当扭转Alfven波幅出现δ断面时,快波振幅沿径向梯度很大,有时近似为一个间断,非常有利于快波耗散;如果足点驱动角频率等于总有体波模的固有角频率,Alfvn波振幅出现δ断面时在径向出现丰富的小尺度结构,共振位置近似为一个间断,非常有利于Alfven波耗散.

关键词：角频率近似间断耗散数系共振耦合波幅扭转位置