题目：磁尾等离子体片中偶极化锋面的三维数值模拟研究

磁层等离子体片中的偶极化锋面与磁尾中粒子和能量，以及亚暴之间具有密切联系，因而受到学术界的广泛关注。等离子片中发生的高速流在近地受到压强梯度力作用减速并停止，将大量的磁通量带入内磁层，并引起磁场的堆积，在近地形成偶极化锋面，随着堆积的进行，堆积锋面不断地后撤。对偶极化锋面与亚暴触发之间相关性的研究具有重要意义。虽然由局地在轨卫星观测到的偶极化锋面不一定就是亚暴偶极化，但是它经常与全球亚暴现象相关联。偶极化锋面伴随着电流片中电流密度在晨昏方向剧增，磁场Bz分量的变化与越尾电流的突然增大有关。然而受限于观测数据以及数值模拟模型方程和方法的欠缺，目前锋面形成机制、演化和电流特征等尚不完全清楚。本文试图通过三维大尺度磁流体数值模拟研究研究爆发性整体流以及其产生机制，探讨偶极化锋面的演化过程和主要特征，及其与地向高速流的关系，特别是偶极化锋面观测中的Bz分量的不对称“双极”扰动现象。
本文利用守恒型TVD格式对八波模型磁流体方程组的数值模拟研究了磁尾中偶极化锋面的物理和演化特性。首先构建了由BBF类型通量管机制产生的偶极化锋面的数值模拟模型，该模型由磁尾平衡模型、亚暴增长相模型和亚暴触发及BBF形成模型三部分组成。数值模拟结果很好地再现了磁尾中BBF类型通量管机制产生的偶极化锋面的特性。伴随着高速流的出现，磁场Bz分量呈非对称双极变化结构，即锋面前减小为负值，在锋面上急剧增大。当Bz增大到极大值后回落并趋于稳定。随着偶极化锋面伴随着地向高速流向地球运动，偶极化锋面上Bz的变化越来越小。高速流以及偶极化锋面的产生使得流动在越尾方向上的流速产生较大的梯度。因此磁场Bz分量锋面前的下凹，可以解释为偶极化锋面的地向运动压缩锋面前的等离子体，从而产生越尾方向的速度梯度所引起的。对偶极化锋面上的受力分析表明在偶极化锋面之前，热压梯度力由尾向变为地向，使得等离子体受到地向合力作用而加速。在偶极化锋面之后等离子体受到指向尾向的合力而减速，主要是由热压梯度力的增大引起。