Vlasiator 等离子体模拟器中的自适应网格细化

在全球尺度上模拟空间等离子体对计算要求很高。以不同分辨率对不同区域建模，可在不严重牺牲模拟精度的前提下节省计算资源。本论文研究自适应网格细化（adaptive mesh refinement）作为优化 Vlasiator 中模拟的方法。论文考察了等离子体行为以及模拟中需考虑的不同特征尺度。研究了使用统计方法的动力学模型与流体方法。二者各有优势，Vlasiator 结合了这些方法。动力学地建模电子所需分辨率比离子高数个数量级，因此离子以动力学方式建模，电子作为流体建模。介绍了 Vlasiator 中使用的定向细化（targeted refinement）作为一种节省内存与计算的方法。由于磁层结构，所需分辨率在模拟区域中并不均匀。可将需要较高分辨率的区域进行细化，使细化区域作为模拟参数给定。基于模拟数据的自适应网格细化作为该方法的演进被引入。细化基于不同变量的无量纲梯度进行；所考察变量变化迅速的区域被细化，反之变化小的区域被粗化。测试结果表明自适应细化是改进 Vlasiator 的一种有前景的方法。细化参数产生与静态方法相似的结果，但给出的细化区域略有不同。进一步目标是运行时细化。