太阳宁静期全球三维时间相关磁流体力学数值模拟中18太阳半径处内边界值的建模
太阳与恒星天体物理
2018-10-04 v1 空间物理
摘要
太阳风速度在CME离开太阳的传输中起着关键作用，并最终决定CME驱动激波在日球层中的到达时间。在此，我们建立了用于全局三维MHD模型(G3DMHD)或其他等效模型的18太阳半径(Rs)内边界处太阳风参数的经验模型。该模型采用2.5 Rs处的太阳磁场图(基于势场源表面PFSS模型)，并利用Wang和Sheeley[1990a]的算法将太阳风等离子体与磁场插值到18 Rs。使用公式V_{18Rs} = V1 + V2 fs^{\alpha}计算18 Rs处的太阳风速度，其中V1在150–350 km/s范围内，V2在250–500 km/s范围内，fs为膨胀因子，由Wang和Sheeley(WS)算法在2.5 Rs处导出。为估算18 Rs处的太阳风密度与温度，我们假设不可压缩太阳风与总压恒定。通过在太阳风宁静区间CR2082期间调整模拟结果以匹配( Wind卫星的)原位观测，对超过54种V1、V2与{\alpha}的组合确定了三个自由参数。我们发现V18Rs = (150 +/- 50) + (500 +/- 100) fs^-0.4 km/s不仅能较好地预测CR2082、也能较好地预测其他太阳宁静期的1 AU处太阳风参数。将本研究结果与WSA[Arge等 2000; 2004]比较，我们得出结论：i) 以全自转数据(FR)作为驱动G3DMHD模型的输入时，使用V_{18Rs}的结果优于WSA使用FR或每日更新的结果。ii) 当使用改进的每日更新提前4天的太阳风速度预测时，WSA表现略优于我们的G3DMHD。iii) 以V_{18Rs}为输入时，G3DMHD模型表现远优于WSA公式。我们论证了WSA中所用额外角宽度({\theta}b)参数的必要性。
引用
@article{arxiv.1810.01755,
title = {Modeling Inner Boundary Values at 18 Solar Radii During Solar Quiet time for Global Three-dimensional Time-Dependent Magnetohydrodynamic Numerical Simulation},
author = {Chin-Chun Wu and Kan Liou and Simon Plunkett and Dennis Socker and Y. M. Wang and Brian Wood and S. T. Wu and Murray Dryer and Christopher Kung},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.01755},
year = {2018}
}