地球磁层超过 20 年的全球磁流体力学模拟
空间物理
2022-11-18 v2
摘要
我们提出使用大统一磁层-电离层耦合模拟第 5 版（GUMICS-5）对太阳风-磁层-电离层系统超过 20 年进行建模的方法。作为输入，我们使用 1998 年至 2020 年先进成分探测器（ACE）卫星的 16 秒分辨率磁场和 1 分钟等离子体测量数据。模拟区间被划分为 28 小时模拟段，各段包含 4 小时重叠。我们使用最大磁层分辨率 0.5 地球半径（Re），直至距地球约 15 Re，更远处分辨率递减。在电离层中，我们在 ±58 度磁纬度向极侧使用约 100 km 的最大分辨率，向赤道方向分辨率递减。相较于前一版本 GUMICS-4，我们使用消息传递接口对 GUMICS-5 的磁层部分进行了并行化，并做了若干改进，例如降低了数值扩散。我们将模拟结果与若干经验模型及由地面磁场测量导出的地磁指数比较。GUMICS-5 再现了磁层顶停距和磁层瓣场强的观测太阳周期趋势，但在等离子体片压力和电离层跨极盖电势方面的一致性较低。与地磁指数比较显示对 Kp 指数的结果优于 AE 指数。模拟结果可从 https://doi.org/10.23729/ca1da110-2d4e-45c4-8876-57210fbb0b0d 获取，包含完整的电离层文件和尺寸优化的磁层文件。图中所用数据可从 https://doi.org/10.5281/zenodo.6641258 获取。我们广泛的结果可作为例如基于物理与黑箱结合的近地空间实时预测的基础，或作为内磁层、上中层大气等其他基于物理的模型的输入。
引用
@article{arxiv.2112.01864,
title = {Over 20-year global magnetohydrodynamic simulation of Earth's magnetosphere},
author = {Ilja Honkonen and Max van de Kamp and Theresa Hoppe and Kirsti Kauristie},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.01864},
year = {2022}
}