太阳耀斑过程的数值模拟研究

论文摘要

太阳耀斑是太阳大气中发生的强烈爆发现象,短时间内释放出大量的能量.太阳耀斑对地球大气和人类生活有着巨大的影响.对耀斑而言,目前的研究方式主要集中在观测研究和数值模拟研究,通过求解磁流体力学方程组研究太阳活动现象,但直接计算解析解非常困难.本文采用有限差分方法求磁流体力学方程组,并用CANS代码进行数值求解,研究太阳耀斑对大气加热的影响,以及耀斑通过磁重联进行等离子体运动和加热的过程.主要内容如下:首先,我们简单叙述了耀斑、日冕物质抛射和磁重联的基本知识,详细介绍了耀斑的研究背景、研究意义以及耀斑数值模拟的研究进展.其次,我们模拟了耀斑的加热和动力学演化过程.通过修正的Lax-Wendroff差分方法和Roe格式差分方法,进行了一维数值模拟.在我们的模拟中,耀斑环路的长度、加热开始的时刻和加热持续时间均取自观测结果.我们对耀斑环路的横截面积函数、过渡区的分辨率以及对称加热函数进行了修改,使得模拟结果与观测现象更加贴近.我们对耀斑加热的演化图进行了分析,数值模拟结果可以合理地描述耀斑加热和演化的物理特征,显示了耀斑加热、色球的蒸发和凝结形成及发展.然后,我们模拟研究了耀斑中磁重联过程.通过使用修正的Lax-Wendroff差分方法,进行了二维数值模拟.将观测值作为模拟中的初始参数,考虑重力项,并细化网格分布,得到数值模拟演化图.从模拟结果可以看出,在耀斑能量开始释放的过程中,磁拱上方有明显的Y型磁位型电流片.当电流片变得薄且长,就会形成一个X型磁位形,出现磁力线重联现象.随着耀斑环顶等离子温度的升高,在环顶产生明亮的软X射线环,这个模拟结果与观测现象一致.最后,总结全文并给出了本文的创新、展望和需要完善之处.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 太阳爆发现象介绍
•     1.1.1 太阳耀斑
•     1.1.2 日冕物质抛射、耀斑磁重联
•   1.2 耀斑数值模拟研究进展
•   1.3 研究内容
• 第2章 一维数值模拟
•   2.1 磁流体力学描述
•   2.2 一维物理计算模型
•   2.3 初始条件、边界条件
•   2.4 数值差分方法
•     2.4.1 修正的Lax-Wendroff差分方法
•     2.4.2 Roe格式
•   2.5 数值模拟结果、讨论
• 第3章 二维数值模拟
•   3.1 二维物理计算模型
•   3.2 初始条件、边界条件
•   3.3 数值差分方法
•   3.4 数值模拟结果、讨论
• 第4章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 沈月

导师: 胥成林

关键词: 太阳耀斑,磁重联,修正的差分格式,格式,磁流体力学,数值模拟

来源: 云南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 云南师范大学

分类号: P182.52

总页数: 46

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