磁场散度为零的变分重构法在日冕太阳风数值模拟中的应用

摘要

本文利用保持平均磁场散度为零的限制条件,设计出了满足全局散度为零的变分重构方法(Globally solenoidality-preserving variational reconstruction approach,VR-GSP),并将其应用于日冕太阳风磁流体力学(Magnetohydrodynamics,MHD)数值模拟中的磁场重构.为评估该方法的有效性,我们模拟了2234卡林顿周(Carrington rotation,CR)的日冕结构.在模拟中,我们将VR-GSP方法与Feng等(2019)中的基于最小二乘法的全局磁场散度为零的重构方法(Globally solenoidality-preserving least-squares method,LSQ-GSP)作了比较.比较结果显示,基于VR-GSP方法的MHD模拟同样再现了Solar Dynamics Observatory(SDO)卫星、Solar and Heliospheric Observatory(SOHO)飞船以及Wind卫星观测到的包括冕流以及高低速流等大尺度日冕结构,而且相比于LSQ-GSP,基于VR-GSP的MHD模拟的计算效率更高,从而也说明其更有助于在有限体积框架下设计出满足磁场散度为零的高效和紧致的数值方法,并应用于研究复杂强磁场环境下的磁流体力学问题.