地球電磁流体力学における新しい計算手法

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05302024
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 寺沢 敏夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (30134662)
• 研究分担者: 羽田 亨 九州大学, 工学部, 助教授 (30218490) ; 荻野 竜樹 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教授 (00109274) ; 本蔵 義守 東京工業大学, 理学部, 助教授 (00114637) ; 田中 高史 郵政省, 通信総合研究所, 主任研究官 ; 江尻 全機 国立極地研究所, 教授 (30013692)
• キーワード: 計算物理学 / 設併計算 / 磁力線再結合 / MHD乱流 / プラズマ非線形波動 / 有限体積TVDスキーム / MHDダイナモ / ウエーブレット解析

研究概要

(1)並列処理と汎用ベクトル計算機における処理の効率を比較し,最適アルゴリズムのための指針をまとめた(田中・荻野・金子).また、本研究で得られた可視化技術を用いて磁気圏太陽風相互作用の数値計算結果の効率的表示を行った(荻野・田中).
(2)平成5年度に開発した数値手法を適用し非/弱磁化惑星・太陽風相互作用問題(松田・田中・荻野・町田),磁気圏対流問題の自己無撞着解法(江尻・藤本)の解を得た.また,電子慣性効果を取り入れた新しい2流体/ハイブリッド法アルゴリズムを開発した(寺沢・星野).地球電磁流体乱流問題の数値実験を行い非線形過程についての新しい知見を得た(羽田・星野).
電磁流体衝撃波形成の数値実験の結果見いだされた中間衝撃波(intermediate shocks)の存在に関して新たな理論的解釈を与えた(羽田).モンテカルロ・シミュレーション手法を磁力線再結合領域における粒子加速問題に適用し,これまで無視されていた遅進衝撃波(slow shocks)における統計的粒子加速機構の存在を示した(寺沢).
(3)平成5年度に購入した並列処理計算機を用いて,球面調和関数展開法によるダイナモ計算高速化のアルゴリズムを完成した(本蔵・松島・河野・浜野).それにより,今後の超大型並列処理計算機によるダイナモ計算への指針が得られた.
(4)ウエーブレット法を磁気圏電磁流体乱流問題へ適用し,この解析手法の有用性を示すとともに,〈テアリングモードによる磁気島形成→合体・カスケードによる乱流化〉という磁気圏尾における乱流形成に関する新しいシナリオを得た(山田・星野).

研究成果

• [文献書誌] T.Terasawa: "Ion Acceleration" Adv.Space Res.(in press).
• [文献書誌] T.Hada: "Nonlinear Evolution of Alfven Waves in Space Plasmas" Proceedings of III Kiev-V Potsdam International Workshop on Nonlinear Processes in Physics. (in press).
• [文献書誌] T.Hada: "Function of Large Amplitude Alfven Waves in the Solar Wind with -1" Geophy,Res.Letts.20. 2415-2418 (1993)
• [文献書誌] T.Hada: "The Soliton Transform and a Possible Application to Nonlinear Alfven Waves in Space" Geophys.Res.Letts.20. 779-782 (1993)
• [文献書誌] M.Hoshino: "Turbulent Magnetic Field in the Distant Magnetotail:Bottom Up process of plasmoid Formation?" Geophys,Res.Letts.(in press).
• [文献書誌] M.Hoshino: "Formation of Non-Thermal,High Energy Particles in Relativistic Magnetosonic Shock Waves" Adv,Space Res.(in press).
• [文献書誌] T.Ogino: "A Global Magnetohydrodynamic Simulation of the Response of the Magnetosphere to a Northward Turning of the Interplanetary Magnetic Fie" J.Geophys.Res.99. 11027-11042 (1994)
• [文献書誌] M.Fujimoto: "Anomalous ion mixing within an MHD scale Kelvin-Helmholtz vortex2.Effects of inhomogeneity" J.Geophys.Res.(in press).
• [文献書誌] M.Fujimoto: "Anomalous ion mixing within an MHD scale Kelvin-Helmholtz vortex" J.Geophys,Res.99. 8601-8613 (1994)
• [文献書誌] M.Fujimoto: "Acceleration of heavy ions in the magnetotail reconnection layer" Geophys.Res.Letts.(in press).
• [文献書誌] T.Tanaka: "Finite Volume TVD Scheme on an Unstructured Grid System for Three Dimensional MHD Simulation of Inhomegeneous Systems Including" Jounal of Computer Physics. 3. 381-389 (1994)
• [文献書誌] R.J.Walker: "A Global Magnetohydrodynamic Simulation of the Magnetosphere When the Interplanetary Magnetic Field is Southward:The Onset of Magnetotail Reconnection" J.Geophys.Res.98. 17235-17249 (1993)
• [文献書誌] N.Takamura: "An Effect of Charge Exchange Processes on the Proton Enhancement Associated with a Storm/Substorm in the Magnetosphere" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.(in press).
• [文献書誌] K.Tsubouchi: "The Energization of Cold Ions around a Plasmoid in the Magnetotail" J.Geomagn.Geoelectr.(in press).
• [文献書誌] H.Tanaka: "Paleointensity Databse Provides New Resource" EOS,Transactions,American Geophysical Union. 75. 498-499 (1994)
• [文献書誌] T.Nakajima: "Effect of Helicity on the Efficiency of Laminar Kinematic Dynamos" J.Geomag.Geoelectr.43. 1575-1589 (1993)
• [文献書誌] K.Sato: "Vertical Structure of Atmospheric Gravity Waves Revealed by the Wavelet Analysis" J.Geophys.Res.99. 20623-20631 (1994)
• [文献書誌] M.Yamada,S.Kida and K.Ohkitani: "“Wavelet Analysis of PDFs in Turbulence"in“Unstable and Turbulent Motion of Fluid"" World Scientific, 199 (1993)