外加剪下流下三維磁重聯動力學過程的研究

《外加剪下流下三維磁重聯動力學過程的研究》是依託浙江大學，由馬志為擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：外加剪下流下三維磁重聯動力學過程的研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：馬志為
• 項目類別：面上項目

項目摘要

電阻性撕裂模不穩定性在實驗室和空間電漿中都扮演著十分重要的角色。在以前的研究中，認為當亞阿爾芬速度剪下流足夠大時撕裂模可以被致穩甚至可能完全穩定。但是我們的研究發現在不可壓2D MHD下當剪下流的寬度超過一個臨界值時剪下流可以使撕裂模解穩。在可壓2D MHD模型下，當電漿的比壓值較大時得到了和不可壓縮2D MHD模擬類似的結果。 然而在比壓值較小時有激波產生，此激波將抑制磁重聯的發展。另外，還發現超阿爾芬剪下流對磁重聯的發展在非線性階段可能不僅不能加速磁重聯反而導致磁重聯速度減慢，這主要是由於在入流區形成阿爾芬共振層。最近，初步研究發現3維模型下磁重聯的過程與二維的結果有很大的區別，所以希望利用3維MHD 模擬深入研究包含和不包含地球偶極場時剪下流對磁重聯的影響，希望通過此研究的開展可以揭示剪下流對磁重聯影響的物理機理，以便更好的解釋一些衛星觀測現象。

結題摘要

在此面上基金支持下，我們開展如下二方面的研究： 一、我們獨立自主地開發了三維可壓縮Hall磁流體力學全局模擬程式，並利用此程式在真實地球磁場結構下太陽風和地球磁層相互作用中過程。當太陽風攜帶的電漿流存在 方向的流速 時，地球磁尾區域會發生很大的偏轉，磁尾電流片偏轉的角度與 呈線性增長關係。當太陽風攜帶的 存在 分量時，我們第一次通過三維全球性磁流體動力學模型發現在地球的磁尾區域附近出現了磁場 ，而且地球磁尾附近出現的磁場 的最大值主要分布在磁尾電流片區域且大小已經超過 。 二、我們提出了無碰撞磁重聯過程中，磁重聯區附近有效電阻模型。在磁重聯過程中，在磁重聯區附近磁場的彎曲將會對帶電粒子造成自散射效應，該效應非常類似於經典庫侖碰撞效應並會極大地改變該區域的耗散性質導致快速重聯發生。通過研究帶電粒子在磁重聯區附近運動特徵，導出了無碰撞電漿環境中有效電阻的表達式。該表達式可以通過少量的環境參數來自適應地得到各磁重聯階段環境下的有效電阻值。我們的理論結果與PIC模擬得到的數值結果符合得非常好。並進一步利用此有效電阻模型與MHD方程進行整合，發現改良後的MHD模擬磁重聯結果與PIC的模擬結果變得更加一致。