日冕物质抛射及其触发机制的理论研究和数值模拟

We propose an effort to investigate in the MHD framework the evolution and the eruption of the coronal magnetic field, mechanisms of the triggering of the consequent eruption, including solar flares, eruptive prominences, and coronal mass ejections (CMEs). The investigation will be performed, associated with analyzing observational data of the events of interests. We are studying the interaction between the magnetic field and the plasma, which results in the energy conversion, transportation, storage and release. Various wave phenomena auch as EUV, Moreton waves and radio eruptions displayed in the eruption, the evolution in the related magnetic field, as well as the control of the new emerging flux from the photosphere on the triggering mechanism of CME and reaction of coronal magnetic field will be investigated. We will conduct theoretical studies and numerical simulations on the basis of observational results. Via comparing the results of theoretical and numerical simulations with observations, we are going to improve the existing expriment arrangments and theoretical models, and enhance the efficiency of using the computational resources.

本项目将通过数值模拟的方法，结合对太阳活动相关事件的观测数据的分析研究，在磁流体动力学（MHD）的框架内研究日冕磁场演化及太阳爆发事件（包括太阳耀斑、爆发日珥和CME）及其触发机制。将研究爆发前的磁场与等离子体之间的耦合，新浮磁场对CME触发机制的控制作用和日冕磁场的响应，以及这些过程中能量转换、传输、储存和释放；研究在爆发过程中CME的动力学特征及其对各层大气和周围环境扰动产生的各种波，如EUV波、Moreton波及各种射电暴等，研究它们的物理本质、形成机制，射电暴的表现和精细结构。以已有的观测、理论、数值实验结果为基础，设计新的理论研究和数值实验方案，参考新的观测结果，改进实验方案、推动理论研究发展。将理论和数值实验的结果与观测结果对比，以改进和完善理论模型、改善实验程序、提高实验程序运行效率。

本项目的预期目标是通过数值模拟的方法，结合对太阳活动相关事件的观测数据的分析研究，在磁流体动力学（MHD）的框架内研究日冕磁场演化及太阳爆发事件及其触发机制。计划研究爆发前磁场与等离子体之间的耦合，新浮磁场对CME触发机制的作用和日冕磁场的响应；研究在爆发过程中CME的动力学特征及其对周围环境产生的扰动，研究它们的物理本质、形成机制、射电暴的表现和精细结构。以已有的观测、理论、数值实验结果为基础，设计新的理论研究和数值实验方案，参考新的观测结果，改进实验方案、提高实验程序运行效率、推动理论研究发展。总之，本项目计划在以下三个方面开展工作：.1..针对CME等太阳爆发现象在MHD框架内开展数值实验，研究日冕磁场演化与太阳爆发机制；.2..考察爆发过程的动力学特征及其对各层大气和周围环境的扰动，为改善太阳爆发理论、优化计算方法提供观测依据；.3..设计新的理论研究和数值实验方案，推动理论研究发展，提高实验程序运行效率，为深化理论研究和数值实验提供新的视角和方法。. 本项目在执行过程中，对上述任务进行了适当地延伸和扩展，在以下几个方面取得了重要成果：.1..在太阳爆发灾变模型的基础上建立了磁星罕见爆发的理论模型；.2..部分电离等离子体环境下磁重联过程中的新发现；.3..日冕喷流及其中的Kelvin-Helmholtz不稳定性；.4..磁重联过程对带电粒子加速的实验室研究；.5..三维磁通量绳扭曲不稳定性磁结构爆发的数值实验；.6..日冕磁结构经准静态演化到达临界点之后失去平衡；.7..太阳爆发过程中磁重联电流片的大尺度湍流的数值实验；.8..关于光球磁亮点的新发现、新成果。. 截止到2018年11月30日，本项目到位经费330万元，结余13.13万元 。本项目预期发表SCI论文40-80篇。项目执行期间总共发表论文56篇，其中SCI论文42篇；一篇被被IOP出版社评为2015-2017中国区高引用文章，一篇被《天文学报》编辑部评为2017年优秀论文。本项目预期在执行期间培养硕士和博士研究生10—15 名，实际共培养12名。