太阳扰动传播问题的三维自适应模式研究

如何解决日冕-行星际耦合模拟中所涉及计算区域大、时空尺度变化大等特点的要求，发展并行快捷、高分辨率的数值模式是空间天气数值预报的重要关键科学问题之一，而近些年发展的自适应网格技术为解决该问题提供了有效途径。本项目针对日冕-行星际区域的多时空尺度特征，选择适合太阳风模拟的球壳区域的多面体数据结构，采用合适的误差估计公式，实现三维自适应网格技术，并在加密放粗过程中考虑磁场无散度问题及粗细网格交界面处数值通量和磁场通量的守恒性等问题，建立日冕-行星际三维自适应高效并行数值模式，为近地空间预报模式提供科学输入。

本项目执行期间共发表14篇SCI论文，所取得的成果总结如下：.(1).我们采用一种三维球形等离子体团模型模拟研究1997年11月4日CME事件的日地传播过程。其定态太阳风结构采用3D SIP-CESE MHD模型得到。在得到的背景太阳风基础上，采用一个高速，高压，高密度的球形等离子体团模型引入CME。1AU的模拟结果和WIND飞船观测吻合很好，比如南向行星际磁场和CME磁场南向到北向的大尺度光滑旋转。.(2).我们提出了一种3D AMR SIP-CESE MHD模型,并用于4个卡林顿周的背景太阳风模拟。首先，通过守恒变换将笛卡尔坐标系下的MHD方程变换到曲线坐标系下，利用并行自适应的程序包PARAMESH，首次建立一般曲线坐标系下的AMR-CESE MHD模式。并实现六片网格系统下SIP-CESE MHD模式中的自适应网格技术，建立SIP-AMR-CESE MHD模式。利用该模式研究了不同太阳活动期的背景太阳风结构,结果显示日冕和行星际空间的模拟结果和SOHO卫星及OMNI的其他卫星的观测数据很吻合。.(3).我们在耦合网格的基础上提出一种混合的太阳风模型。日地空间被划分成近太阳和远太阳区域，分别用阴阳嵌套网格系统和笛卡尔自适应网格系统来构造。近太阳区采用CESE格式，而远太阳区采用Harten-Lax-Leer格式。利用该模式研究了CR 2069的背景太阳风结构，与多观测数据对比显示，在日冕和行星际空间都模拟出了真实的太阳风结构。