太阳大尺度爆发事件的数值模拟研究

日冕物质抛射（CMEs）是与耀斑相伴的大尺度太阳爆发事件，是空间灾害性天气的主要驱动源。近些年，很多观测仪器（SOHO、STEREO、HINODE和怀柔的向量磁场望远镜等）为研究CMEs的源区、初发以及早期加速提供了有价值的观测数据。观测表明CMEs常发生在复杂的磁场结构中，源区的尺度通常都远大于活动区尺度，并且与爆发暗条、耀斑、冕环等具有明显的时间和空间相关性。我们通过引入与观测相对吻合的复杂磁场拓扑，通过观测数据分析获得贴近实际的初边条件，利用MHD数值模拟研究CMEs的爆发过程。通过研究源区磁场演化，了解CMEs爆发前的源区特征，进而为预报CMEs的发生提供一些理论依据。

许多观测和理论表明CMEs、暗条爆发和耀斑是同一个物理过程在不同大气结构中的不同表现形式。CMEs常发生在具有复杂的磁场结构中，与此同时通常会发现有磁浮现及磁剪切等现象伴随CMEs的爆发。很多观测也暗示CMEs和暗条中含有磁绳结构，因而磁绳模型已经成为当前太阳大尺度爆发事件数值模拟研究的主流模型之一。在本项目中我们引入四极背景场，通过求解2.5维MHD方程组，以磁通量浮现作为储能机制，研究暗条的形成及爆发现象。利用二级磁绳灾变模型（Zhang et al. ）， 我们发现源区浮现磁通量的大小对太阳宁静区的暗条形成和爆发具有重要影响。当浮现的磁通量在一定范围内时，磁绳系统发生第一次灾变后，磁绳上有横向电流片下有垂直电流片连接太阳表面，此时显示磁绳浮现于太阳内冕中，即形成暗条；而当第二次灾变发生后，存在于内冕中的暗条就作为CMEs的重要组成部分爆发到行星际空间。进一步地，我们研究了太阳内冕中的中性点在暗条形成和演化中的作用，发现中性点处的磁通量值越大，磁绳系统越容易发生灾变，但是中性点处的磁通量大小对CMEs的速度没有明显的影响。我们从理论上论证了宁静暗条必然形成于具有内冕中性点的复杂源区，而不能形成于没有内冕中性点的简单磁场拓扑结构，如偶极场。.我们通过研究爆发前源区中浮现磁通量的累积程度，很好地解释了太阳宁静区暗条的形成和爆发，进一步完善了CMEs及暗条爆发的理论，进而为预报CMEs及暗条爆发提供一些理论依据。