日冕物質(zhì)拋射(CME)是災(zāi)害性空間天氣的主要驅(qū)動(dòng)源，如何針對(duì)特定的CME/太陽(yáng)風(fēng)暴事件,了解其日冕/行星際傳播及演化過(guò)程，預(yù)報(bào)是否以及何時(shí)到達(dá)地球軌道，預(yù)測(cè)近地空間太陽(yáng)風(fēng)狀態(tài)的變化，是空間天氣科學(xué)界一直關(guān)注的重要課題之一。 

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心沈芳研究員團(tuán)隊(duì)以漸變圓柱殼（GCS）模型為基礎(chǔ)，建立了一種新的三維CME磁繩模型，在三維MHD背景下對(duì)快速CME的傳播過(guò)程中的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象和CME模型的初始參數(shù)設(shè)定所對(duì)行星際空間模擬結(jié)果產(chǎn)生的不同影響進(jìn)行了深入分析與探討。 

　　共轉(zhuǎn)相互作用區(qū)（CIR）是太陽(yáng)風(fēng)中的一種重要的結(jié)構(gòu)，當(dāng)快速CME傳播在行星際空間中，與CIR發(fā)生相互作用時(shí)，也會(huì)改變?cè)械膫鞑ヂ窂?。因此，?duì)CIR影響下的CME偏轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究是十分重要的。沈芳團(tuán)隊(duì)的博士生劉佑生等人基于GCS模型構(gòu)建了一種新的三維CME磁繩模型（如圖2），模擬了快速CME在行星際空間的傳播及偏轉(zhuǎn)過(guò)程。結(jié)果表明：當(dāng)快速CME在行星際空間傳播時(shí)，其傳播方向會(huì)向東偏轉(zhuǎn)；當(dāng)其與西側(cè)的CIR發(fā)生相互作用時(shí)，由于受到CIR的阻礙，其偏轉(zhuǎn)情況跟前者相比會(huì)有所加劇（圖2），圖2(a)和（c）表示有CIR作用情況下快速CME的偏轉(zhuǎn)，圖2(b)和（d）表示沒(méi)有CIR作用情況下快速CME的偏轉(zhuǎn)。相關(guān)工作發(fā)表于The Astrophysical Journal雜志. 

　　圖1：基于GCS模型構(gòu)建的CME磁繩模型 

　　圖2：存在CIR影響以及沒(méi)有CIR影響下快速CME在背景太陽(yáng)風(fēng)中偏轉(zhuǎn)情況 

　　沈芳等人還對(duì)新的CME磁繩模型的初始幾何參數(shù)和物理設(shè)定對(duì)于不同位置處行星際空間模擬結(jié)果的影響開(kāi)展了細(xì)致的參數(shù)研究。主要討論了CME初始參數(shù)，包括密度、幾何大小、質(zhì)量以及磁場(chǎng)對(duì)地球和火星位置處數(shù)值模擬結(jié)果的影響，數(shù)值模擬中采用IN-TVD-MHD數(shù)值模式、六片網(wǎng)格技術(shù)及GCS-based CME flux rope模型。 

　　該模擬工作主要針對(duì)初始CME傳播方向沿著日地連線的情況下展開(kāi)，選取了卡林頓周2093時(shí)位于地球和火星兩個(gè)位置的結(jié)果作為研究對(duì)象，針對(duì)包括CME模型初始的密度、磁繩初始幾何尺寸、總質(zhì)量以及初始磁場(chǎng)大小和方向在內(nèi)的初始參數(shù)，進(jìn)行了總計(jì)18組CME事件的研究（表1），對(duì)地球和火星位置處的激波到達(dá)時(shí)間，各參數(shù)峰值及南向磁場(chǎng)持續(xù)時(shí)間等模擬結(jié)果進(jìn)行了定量對(duì)比分析（表2）。 

　　研究結(jié)果表明：改變初始磁場(chǎng)會(huì)影響CME到達(dá)地球時(shí)的地磁效應(yīng)，但幾乎不會(huì)影響CME在行星際空間傳播的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；改變初始密度或幾何尺寸會(huì)影響CME的傳播過(guò)程，包括CME激波到達(dá)地球和火星的時(shí)間以及CME在行星際空間的傳播速度；若同時(shí)改變初始密度和幾何尺寸但保持初始質(zhì)量不變，CME的傳播過(guò)程則沒(méi)有明顯改變, 這可能是因?yàn)槲覀兊难芯繀^(qū)域集中在行星際空間，相對(duì)于磁能，動(dòng)能在CME傳播過(guò)程中占主導(dǎo)地位。強(qiáng)的南向磁場(chǎng)往往與大的地磁暴密切相關(guān)，因此南向磁場(chǎng)的峰值和持續(xù)時(shí)間都很重要，結(jié)果表明不僅初始磁場(chǎng)，而且CME的初始密度(質(zhì)量)也會(huì)影響到南向磁場(chǎng)的持續(xù)時(shí)間。本研究?jī)H討論了初始質(zhì)量（包含初始密度和幾何尺寸）和初始磁場(chǎng)（包括大小和方向）的影響，并且僅考慮了傳播方向沿日地連線，在未來(lái)的工作中，結(jié)合Parker Solar Probe 以及 Solar Orbiter的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)更為豐富的初始參數(shù)，不同太陽(yáng)風(fēng)背景，以及對(duì)不同的行星際位置處的影響將展開(kāi)進(jìn)一步的參數(shù)研究，希望對(duì)行星際空間的空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)等方面做出新的貢獻(xiàn)。相關(guān)工作發(fā)表于The Astrophysical Journal Supplement Series雜志。 

　　表 1：不同初始密度、初始幾何形狀、初始總質(zhì)量和初始磁場(chǎng)的18組CME事件的具體初始參數(shù)設(shè)定 

　　表 2 不同初始密度、初始幾何形狀、初始總質(zhì)量和初始磁場(chǎng)的18組CME事件的數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比 

　　Citation： 

　　(1)    Liu, Y., Shen, F.* and Yang, Y., 2019. Numerical Simulation on the Propagation and Deflection of Fast Coronal Mass Ejections (CMEs) Interacting with a Corotating Interaction Region in Interplanetary Space. The Astrophysical Journal, 887, 150.  https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab543e  

　　(2)    Shen, F.*, Liu, Y. and Yang, Y., 2021. Numerical Research on the Effect of the Initial Parameters of a CME Flux-rope Model on Simulation Results. The Astrophysical Journal Supplement Series, 253,12.   https://doi.org/10.3847/1538-4365/abd4d2