COCONUT：一种用于日冕模拟的快速收敛新型 MHD 模型 I. 多方解的标准测试与优化
太阳与恒星天体物理
2022-08-31 v2
摘要
我们提出了一种名为 COCONUT 的新型全球三维日冕 MHD 模型，其第一阶段为多方模型，并基于时间隐式后向欧拉格式。与基于显式格式的当代 MHD 求解器相比，我们的模型大幅提升了运行性能，这在后续用于空间天气预报业务化运行时尤为重要。该模型是数据驱动的：我们使用综合图作为势场初始化的内边界输入，并作为后续 MHD 时间演化的内边界条件。该日冕模型作为 EUropean Heliospheric FORecasting Information Asset (EUHFORIA) 的一部分开发，将取代当前使用的更为简化的经验性 Wang-Sheeley-Arge (WSA) 模型。在太阳风已达超声速的 21.5 Rs 处，其与 EUHFORIA 的日球层模型耦合。我们用显式格式 Wind-Predict 模型对日冕模拟结果进行验证和基准测试，发现对于理想极限情形以及真实磁图均有良好一致性，同时对于简单理想情形计算时间减少达 3 倍，对于真实构型达 35 倍，并且我们证明所获时间收益随输入综合图空间分辨率提高而增加。我们还利用观测约束模型，表明其能恢复相关特征，如冕流的位置与形状（通过与日食白光图像比较）、冕洞（通过与 EUV 图像比较）以及电流片（通过与 0.1 AU 处的 WSA 模型比较）。
引用
@article{arxiv.2205.03341,
title = {COCONUT, a novel fast-converging MHD model for solar corona simulations: I. Benchmarking and optimization of polytropic solutions},
author = {Barbara Perri and Peter Leitner and Michaela Brchnelova and Tinatin Baratashvili and Blazej Kuzma and Fan Zhang and Andrea Lani and Stefaan Poedts},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.03341},
year = {2022}
}
备注
30 pages, 15 figures, accepted in the Astrophysical Journal (ApJ). B Perri and P Leitner contributed equally to this work