磁層頂三維數(shù)值模型.pdf

1、shue et al.[1997]模型中提出了一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù):
　　 r=r0(2/1+cosθ)α
　　 其中(r,θ)是磁層頂?shù)目臻g參數(shù),用來表示磁層頂?shù)奈恢谩是特定θ角下地球中心到磁層頂?shù)倪B線距離,θ角是此連線和日地連線的夾角。(r0,α)是磁層頂?shù)奈恍螀?shù),用來描述磁層頂?shù)某叨群托螤睢0是日下點(diǎn)距離,表示地球中心到日下點(diǎn)的距離即磁層頂尺度,α是磁層頂張角,表示磁尾閉合或張開的特性即磁層頂形狀。由Shue97模型

2、可知,日下點(diǎn)距離r0和張角α是太陽風(fēng)條件(太陽風(fēng)上游地區(qū)的行星際磁場南北分量BZ和太陽風(fēng)動(dòng)壓DP)的函數(shù)。
　　 本文使用的資料是全球太陽風(fēng)-磁層-電離層MHD模擬數(shù)據(jù),利用太陽風(fēng)流線方法判斷磁層頂,以Shue97模型為基礎(chǔ)研究三維情況下磁層頂位形參數(shù)和太陽風(fēng)條件的關(guān)系,并給出磁層頂三維數(shù)值模型。因?yàn)镾hue97模型是二維模型,所以我們在空間參數(shù)(r,θ)基礎(chǔ)上加入方位角ψ把二維磁層頂模型擴(kuò)展到三維。磁層頂位形參數(shù)(r0,β)不

3、僅是太陽風(fēng)條件(BZ,DP)的函數(shù),首先是方位角ψ的函數(shù)。(r0,α)的函數(shù)形式是:
　　 r0=a0+a2 cosψ
　　 α=b0+b2 cosψ
　　 系數(shù)(a0,a2；b0,b2)和ψ無關(guān),只是太陽風(fēng)條件的函數(shù),根據(jù)Shue97模型中(r0,α)的函數(shù)形式可知(a0,a2；b0,b2)的函數(shù)形式是:
　　 a0=(c01+C02BZ)DP1/c03
　　 a2=(c21+c22BZ)DP1

4、/c23
　　 b0=d01+d02BZ+d03DP+d04BZDP
　　 b2=d21+d22BZ+d23DP+d24BZDP
　　 這樣我們就得到了一個(gè)磁層頂三維模型,可以計(jì)算任一太陽風(fēng)條件下的磁層頂三維形狀。根據(jù)本文模型計(jì)算赤道面磁層頂位形參數(shù)(r0,α)和太陽風(fēng)條件(BZ,DP)的關(guān)系。BZ北向增大時(shí),r0略微增大,α減?。籅Z南向增大時(shí),r0略微減小,α減小。DP增大時(shí),r0明顯減小,r0和DP是冪函數(shù)

5、關(guān)系,α幾乎不變。磁場主要影響磁層頂形狀,動(dòng)壓主要影響磁層頂尺度?？傮w來說赤道面磁層頂形狀隨太陽風(fēng)條件的變化不大,說明赤道面磁層頂具有較強(qiáng)的自相似性。
　　 根據(jù)本文模型計(jì)算子午面磁層頂位形參數(shù)(r0,α)和太陽風(fēng)條件(BZ,DP)的關(guān)系。BZ北向增大時(shí),r0略微增大,α減小；BZ南向增大時(shí),r0略微減小,α增大。DP增大時(shí),r0明顯減小,r0和DP是冪函數(shù)關(guān)系,α幾乎不變。磁場主要影響磁層頂形狀,動(dòng)壓主要影響磁層頂尺度。太陽風(fēng)