Collaborative Research: Substorm Particle Injection into the Ring Current--MagnetoHydroDynamic (MHD) with Embedded Particle-In-Cell (PIC) Simulation Approach

合作研究:亚暴粒子注入环流——磁流体动力(MHD)与嵌入式粒子在细胞(PIC)模拟方法

基本信息

  • 批准号:
    2040330
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-12-01 至 2023-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Magnetic storms generate energetic particles and strong wave activity in the magnetosphere. Modeling this system is of critical importance both for its societal and scientific relevance. This work will use a combined fluid-particle modeling approach to understand the role of kinetic processes in the inner magnetosphere. A graduate student will be trained and a new more realistic model of the storm time inner magnetosphere magnetic field, including the ring current, will be made publicly available to the space weather community.The project will study the process of particle injection from the magnetotail by developing, validating, and using a self-consistent particle-in-cell (PIC) simulation embedded in a global magetohydrodynamic (MHD) simulation of the solar wind-magnetosphere-ionosphere system. By using the multi-scale particle-in-cell (MSPIC) approach featuring an implicit PIC system that encompasses a large fraction of the inner magnetosphere, they will investigate ring current injection and acceleration during magnetic storm related substorms. This will enable the study of wave-particle interactions missing from other large-scale ring current simulation models.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
磁暴在磁层中产生高能粒子和强烈的波活动。对该系统进行建模对于其社会和科学意义都至关重要。这项工作将使用组合的流体-粒子建模方法来了解内部磁层中动力学过程的作用。将培训一名研究生,并将向太空天气界公开提供风暴时内磁层磁场(包括环流)的新的更真实模型。该项目将通过以下方式研究从磁尾喷射粒子的过程:开发、验证和使用嵌入太阳风-磁层-电离层系统的全球磁流体动力学(MHD)模拟中的自洽细胞内粒子(PIC)模拟。通过使用多尺度细胞内粒子 (MSPIC) 方法,该方法具有包含大部分内磁层的隐式 PIC 系统,他们将研究磁暴相关亚暴期间的环流注入和加速。这将使研究其他大型环流模拟模型中缺失的波粒相互作用成为可能。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Magnetohydrodynamic Turbulence in the Earth’s Magnetotail From Observations and Global MHD Simulations
通过观测和全球 MHD 模拟得出地球磁尾中的磁流体动力湍流
  • DOI:
    10.3389/fspas.2021.620519
  • 发表时间:
    2021-03-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.3
  • 作者:
    M. El‐Alaoui;R. Walker;J. Weyg;G. Lapenta;M. Goldstein
  • 通讯作者:
    M. Goldstein
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
    Giovanni Lapenta
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