太阳风暴的日冕/行星际过程的数值预报建模研究

面向空间天气数值预报不可或缺的重要环节- - 太阳风暴的日冕与行星际过程数值预报这一科学前沿，建立描述太阳风暴的日冕与行星际过程的快捷高效稳定、高时空分辨率的自适应并行GPU数值预报模式，利用模式和SOHO、WIND、ACE、STEREO、SDO等相关的太阳和行星际观测以及IPS数据，模拟研究日球三维太阳风结构、多CME/行星际激波相互作用过程,考察如何由数值模拟给出激波上下游磁场南向分量的结构，探索CME/行星际激波结构与相应地磁扰动时间变化剖面之间基本物理关联等科学问题，发展快捷的适合研究太阳日冕－行星际耦合数值模拟的新计算技术和新可视化技术，实时再现地球轨道附近太阳风参数的时变变化，为预报近地空间天气变化提供行星际风暴数值化输入条件。

高效快捷基于物理的太阳风暴日冕行星际过程的三维数值建模研究, 不仅具有了解太阳风暴在行星际空间传播的动力学过程的科学意义,还具有预测太阳风暴吹到地球的时间、强度和可能引起的地球空间天气效应，从而减轻或避免太阳风暴所造成的损失的现实意义。 本项目基于三维太阳行星际-时空守恒磁流体力学(SIP-CESE MHD)模式，提出了适合日地模拟球壳区域的重叠网格系统，在重叠网格系统下实现了自适应网格细分(AMR)，建立了光球磁场观测驱动的日冕及太阳风时变MHD模型，并利用CPU/GPU 异构计算技术，发展了描述太阳风时变背景的高效稳定的、高时空分辨率的、并行自适应的CPU/GPU快捷数值模式，并用于研究日冕太阳风结构、典型灾害性空间天气事件及行星际太阳风扰动的效应研究；同时，基于CESE-MHD算法发展了非线性无力场模型(CESE-MHD-NLFFF)，重构太阳活动区的磁场结构，并建立了观测数据驱动的太阳活动区演化模型，初步实现用数值模拟的手段再现活动区的太阳爆发过程；此外，为了分析和处理空间天气观测和模拟产生的海量数据，并集成相关的空间天气模式，设计并初步开发了空间天气模式集成系统(SWIM)。这些工作有力地推动了三维太阳风结构、太阳扰动的初发和传播研究，为进一步建立以现有观测数据驱动太阳爆发活动的日地空间传播模式，发展性能更优的业务化太阳风暴日冕行星际过程数值预报模式奠定了基础。. .项目执行期间，发表论文72篇，其中SCI论文60篇；博士后出站1人, 6人获博士学位，4人获硕士学位。项目组参与主办全国性或国际性学术会议4次，参加国际会议38人次，做邀请报告7次，参加国内会议40人次。