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行星际激波传播模式 (ForSPA) 精选

已有 7138 次阅读 2013-1-13 20:39 |系统分类:科研笔记

近日,课题组发展的行星际激波传播模式(ForSPA)顺利通过国家卫星气象中心/国家空间天气监测预警中心组织的项目结题验收。该模式是在国家公益性行业(气象)科研专项经费项目—《空间天气定量化预报技术及其集成》项目支持下完成的。

日地空间是人类航天、空间军事活动、空间探测与开发的关键区域。在开发和利用空间的过程中,常会受到空间天气的巨大威胁。空间天气是指“太阳上和太阳风、磁层、电离层和热层中可影响天基和地基技术系统的正常运行和可靠性,危及人类健康和生命的条件或状态”(摘自1995年美国《国家空间天气战略计划》)。很多卫星在轨故障都是由空间天气灾害事件引起的;而且人类空间活动规模越大、空间技术水平越发达,空间天气的危害就越突出、越严重。

行星际激波是太阳爆发--日冕物质抛射过程所驱动产生的重要参数剧变结构,可引起地球空间系统的强烈骚扰。此模式是课题组成员为能实现行星际激波传播过程的数值预报而进行的有益尝试。所发展的ForSPA模式是在磁流体力学(MHD)框架下使用逐段抛物线数值计算格式完成的。核心思想是事先通过大量计算求得不同情况下的行星际激波传播数值解,从而构建出解集数据库;在实际操作中则通过插值程序,根据用户的交互输入参数获得激波传播的数值解,从而实现基于MHD物理过程的数值预报。

该模式的优点在于物理基础牢靠,可预报的参数物理信息丰富,能动态演示激波传播数值解,显示效果较好,并有效避免了MHD计算耗时的缺点;同时,分析表明,模式在激波到达时间方面的预报水平与HAFV2等国际模式大致处于同一水平。

此项工作说明构建解集数据库方法是解决基于物理的空间天气学快速预报问题的一条可能途径;然而,也必须认识到用于科学研究的数值模型在向业务预报转化时仍面临很大困难,特别难于考虑贴近实际的、复杂的日地空间环境条件,这对能否正确预报具有很大影响。

 

 

  图:行星际激波传播模式(ForSPA)的输出界面。图中心黑色圆圈为解域底边界,距离太阳0.1个天文单位(21.5个太阳半径)。各图依次为:等离子体密度分布、太阳风速度分布、行星际磁场强度分布和三个参数的径向剖面图。图中的螺旋结构为大尺度的行星际共转相互作用区,旁边圆形结构对应于日冕物质抛射导致的、向地球快速运动的大尺度扰动,最前方为激波结构。

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