论文题目: 磁尾准稳态结构与动力学过程的研究——磁层全球三维MHD模型的建立与模拟应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 空间物理学磁层物理
作者: 郭九苓
导师: 刘振兴
关键词: 磁层,模拟,磁尾,磁重联
文献来源: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
发表年度: 2005
论文摘要: 三维磁层MHD(Magnetohydrodynamics)模型对于日-地空间物理问题的研究和空间天气预测等都有非常重要的意义。我们基于理想磁流体力学方程,采用迎风格式差分和可变格点大小的数据结构,建立了一个三维磁层MHD模型,并实现了准稳态运行。本模型一个突出的特点是地磁场和IMF(Interplanetary Magnetic Field)可分开处理,从而可用简单的方法控制磁层顶磁重联是否发生(不受数值耗散的影响)。这样,对某些磁层现象是否受磁层顶重联的影响及影响程度如何等问题,就提供了一种有效的研究手段。采用此数值模型,我们对磁尾磁鞘区晨-昏不对称性、磁尾磁层顶重联图像、等离子片粒子注入与对流图像、磁尾大尺度拓扑结构、磁尾磁层顶附近粒子加速与超(太阳)风速流等问题进行了模拟研究,主要结果如下:晨-昏侧不同的激波条件是导致晨-昏侧不对称性的主要原因,与磁层顶重联没有明显关联;在北向IMF时钟角较小时,磁层顶重联发生在磁尾10-12个地球半径处的晨昏侧,此时磁层顶重联导致粒子由磁鞘区向等离子片注入,并使中、近磁层的等离子片出现大尺度的四涡旋结构;在磁尾磁层顶重联引起磁鞘粒子向磁层注入和各向异性的IMF压力的共同作用下,磁尾和电流片表现出相对于磁赤道面的旋转特征及扁平化现象;在一定尾向距离内,磁鞘弯曲的IMF场线和磁尾磁层顶重联都会引起粒子尾向加速并出现超(太阳)风速流,粒子加速现象受IMF大小和时钟角的影响非常显著,IMF时钟角较大或IMF较小时加速作用明显减弱并且不容易出现超风速流。
论文目录:
第一章 引言
第二章 磁层全球三维MHD模型的建立
2.1 基本模型
(1) 模型的物理构思
(2) 基本方程
(3) 数据结构
(4) 程序初始化处理
(5) 边界条件
(6) 差分格式与计算方法
2.2 初步模拟结果
(1) 模拟条件与参数
(2) 结果与分析
本章总结
第三章 准稳态磁层晨-昏不对称性模拟
3.1 研究背景与问题
3.2 模拟结果与分析
(1) 晨-昏侧粒子分布不对称性
(2) 晨-昏侧粒子通量的不对称性
(3) 日下点晨-昏侧粒子分流的不对称性
(4) 晨-昏侧磁场强度的不对称性
(5) 晨-昏侧等离子体β值的不对称性
(6) 晨-昏侧等离子体温度的不对称性
本章总结
第四章 磁尾重联与等离子片粒子输运过程
4.1 研究背景与问题
4.2 结果与分析
(1) 等离子片内流场分布
(2) 磁尾晨-昏侧磁层顶重联
(3) 粒子由磁鞘进入等离子片的通道
(4) IMF时钟角的影响
本章总结
第五章 磁尾横断面大尺度结构的模拟
5.1 研究背景与问题
5.2 结果与分析
(1) 典型太阳风条件下磁尾位形
(2) IMF时钟角对磁尾位形的影响
(3) 太阳风动压对磁尾位形的影响
(4) IMF强度对磁尾位形的影响
本章总结
第六章 磁尾粒子加速与超风速粒子流的研究
6.1 研究背景与问题
6.2 结果与分析
(1) 典型太阳风条件下磁尾磁层顶附近的粒子尾向加速现象
(2) 磁尾磁层顶重联对粒子尾向加速的作用
(3) 磁尾磁层顶附近粒子尾向加速流与磁层顶的相对位置关系
(4) IMF时钟角对粒子尾向加速作用的影响
(5) IMF大小对粒子尾向加速作用的影响
(6) 太阳风流速对尾向加速作用的影响
本章总结
第七章 总结与讨论
(1) 主要工作成果与结论
(2) 问题与讨论
(3) 进一步的工作展望
参考文献
附录:源程序
1 初始化与主循环(Mathematic程序)
2 变格点程序(Mathematic程序)
致谢:
附录:作者与主要工作成果
作者简介
博士期间主要工作成果
参加的全国及国际性学术会议
发布时间: 2005-05-12
参考文献
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