太陽磁場の状態遷移：電磁流体計算で探る太陽活動のグランドミニマムへのトリガー

太阳磁场的状态转变：利用磁流体动力学计算探索太阳活动极小值的触发因素

基本信息

批准号：
18K03700
负责人：
政田洋平
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Fukuoka University (2022)Aichi University of Education (2018-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は, 強密度成層下の２種類のMHD熱対流シミュレーションモデルを定量的に比較することで、対流が担う乱流輸送について研究を行った。用意したのは①局所駆動型の熱対流モデル、と②冷却駆動型（非局所駆動型）の熱対流モデル、である。局所駆動型モデルでは, 計算領域全域をsuper-adiabaticに設定し, 負のエントロピー勾配で局所的に対流を駆動する。一方, 冷却駆動型モデルでは, 計算領域の大部分はadiabaticな状態に設定し, 計算領域の表面にのみ『光球における放射冷却』を模擬した冷却関数を組み込む。冷却によって熱エネルギー（エントロピー）を失った流体素片が、負の浮力によってadiabaticな下層域に落ちていくことで、コヒーレンスの高い対流が非局所的に駆動される。これら２つの熱対流モデルから『乱流energy fllux』を抽出し、定量的に比較した結果、以下の2点を明らかにした：①局所駆動型熱対流による乱流energy fluxは、渦粘性を仮定した勾配拡散モデルで再現できる②冷却駆動型熱対流による乱流energy fluxは、勾配拡散モデルからは大きく乖離している冷却駆動型熱対流による乱流energy fluxには、対流層表面直下で大きなenhancementが見られ、これを説明するために、下降流プルームによる非平衡な熱輸送を考慮する必要があることがわかった。我々はコヒーレントな対流プルームによる非平衡な熱輸送まで考慮した乱流輸送の理論モデルを構築、そのモデルを使って、冷却駆動型熱対流による乱流エネルギー輸送を定量的に再現できることを示した。これらの成果は、Yokoi, N., Masada, Y. , Takiwaki, T. (2022), MNRAS, Vol. 516, 2, pp.2718-2735としてまとめられ、出版済みである。

今年，我们通过定量比较两种强分层下的MHD热对流模拟模型，对对流发挥的湍流输送作用进行了研究。我们准备了①局部驱动的热对流模型和②冷却驱动（非局部驱动）的热对流模型。在局部驱动模型中，整个计算区域被设置为超绝热，并且对流以负熵梯度进行局部驱动。另一方面，在冷却驱动模型中，大部分计算域被设置为绝热状态，并且仅在计算域的表面加入模拟“光球层中的辐射冷却”的冷却函数。由于冷却而失去热能（熵）的流体碎片由于负浮力落入绝热下部区域，从而非局域地驱动高度相干对流。从这两个热对流模型中提取“湍流能通量”并进行定量比较，我们发现以下两点：（1）局部驱动的热对流引起的湍流能通量呈现涡粘性。冷却驱动的热对流可以使用梯度扩散模型重现，与梯度扩散模型有很大不同。在对流层表面下方观察到通量的大幅增强，为了解释这一点，我们发现有必要考虑下沉气流羽流的非平衡热传输。我们构建了一个湍流传输的理论模型，该模型考虑了相干对流羽流导致的非平衡热传输，并表明使用该模型可以定量再现冷却驱动的热对流导致的湍流能量传输。这些结果已总结并发表为 Yokoi, N., Masada, Y., Takiwaki, T. (2022), MNRAS, Vol. 516, 2, pp.2718-2735。