探索数值方法与斜率限制器在日球层建模中的影响
太阳与恒星天体物理
2023-05-25 v1 计算物理
等离子体物理
空间物理
摘要
日冕物质抛射（CMEs）是靠近太阳表面的剧烈爆发，等离子体以高速向外喷射进入太空。当朝向地球方向时，它们会干扰地球磁场并引发强烈的地效风暴。为减轻潜在损害，已部署预报工具。近来，一种新颖的日球层建模工具 Icarus 被实现，其利用开源框架 MPI-AMRVAC 作为核心 MHD 求解器。该新模型借助自适应网格加密和渐进径向网格拉伸等先进技术，高效执行太阳风及行星际 CMEs 演化的三维 MHD 模拟。模拟中所采用的数值方法对模拟结果及模型效率有显著影响。本研究考虑了用于重构通量中基于边的变量的不同数值格式与斜率限制器组合的影响。我们探索了 MPI-AMRVAC 中可用数值格式的常用组合：TVDLF、HLL 和 HLLC，以及斜率限制器 'woodward'、'minmod'、'vanleer' 和 'koren'。为分析起见，我们选取了一种特定的太阳风构型，并研究了在 1 AU 赤道面上各变量的影响。目标是找到能以快速且稳健的方式产生准确结果的最优组合，使该模型可供空间天气科学家日常可靠使用。结论是，以这两项准则评估的最佳结果是 TVDLF 格式与 'woodward' 限制器的组合。
引用
@article{arxiv.2305.14905,
title = {Exploring the effects of numerical methods and slope limiters in heliospheric modeling},
author = {Tinatin Baratashvili and Christine Verbeke and Rony Keppens and Stefaan Poedts},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.14905},
year = {2023}
}
备注
17 pages, 9 figures, 4 tables, to appear in Sun and Geosphere