巨大計算に向けた低数値誤差蓄積シミュレーションコードの開発

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21740356
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 寺田 直樹 東北大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (70470060)
• キーワード: 宇宙プラズマ / 超高層物理学

研究概要

平成23年2月までに電磁圏シミュレーション流体計算部の高精度化に関するコード開発を終え、平成23年3月までに成果纏めに関する資料(書籍)を購入した上で、研究成果を取り纏める予定であった。しかしながら、東日本大震災の影響で資料の納品が間に合わず、平成22年度の科学研究費補助金の一部(9,999円)を平成23年度に繰り越した。資料を入手後、流体計算部を実問題に適用する際のパラメータに関する情報を確認し、平成22年度の研究成果を取り纏めた。平成22年度は、磁気圏-電離圏結合シミュレーションの流体計算部の高精度化を行い、粒子コードおよび拡張磁気流体コードの場の計算部における数値誤差蓄積の低減を実現した。また、実問題への適用に向けて、木星磁気圏-電離圏結合領域における拡張磁気流体力学方程式系(電子移流項を含む磁気流体力学方程式系)への試験的な実装を試みた。本研究では、高精度中心スキームのリーマンファンの評価を行う際に、従来のように磁気流体波動の最大伝搬速度を用いずに、ランキン-ユゴニオの関係を用いた伝搬速度の見積りを利用することによって、プラズマ波動(特に接触不連続)に付加される数値粘性の大幅な低減を実現した。しかしながら、ランキン-ユゴニオの関係を用いた方法では、プラズマの移流速度と波動の伝搬が逆向きでキャンセルされる(合計速度が0になる)特異点において、数値不安定が生じる問題が発生する。この問題を解決するために、本研究では、プラズマの移流部分、すなわちエントロピーモードを分離して解く方法を新たに提案し、数値不安定が生じる特異点を回避することに成功した。実問題への適用に向けた試験的な実装においては、木星磁気圏-電離圏結合領域において電子移流項を磁気流体力学方程式系に組み込み、各種プラズマ波動の伝搬試験を行い、理論とよく一致する伝搬速度などの初期的な結果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] 降着円盤における磁気回転不安定性の数値実験 (2010)
  • 著者名/発表者名: 齋和人, 寺田直樹, 加藤雄人, 小野高幸
  • 雑誌名: 東北大学サイバーサイエンスセンター大規模科学計算システム広報SENAC 巻: 42, 2 ページ: 45-52
  • 査読あり
• [雑誌論文] イオ関連デカメートル電波発生源の準定常構造に関する計算機実験 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松田和也, 三澤浩昭, 寺田直樹, 加藤雄人
  • 雑誌名: 東北大学サイバーサイエンスセンター大規模科学計算システム広報SENAC 巻: 43, 2 ページ: 67-73
  • 査読あり
• [雑誌論文] 星間雲形成における部分電離の効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松本緑, 寺田直樹, 小野高幸
  • 雑誌名: 東北大学サイバーサイエンスセンター大規模科学計算システム広報SENAC 巻: 43, 1 ページ: 5-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Comparison of Global Models for the Solar Wind Interaction with Mars (2010)
  • 著者名/発表者名: Brain, D., S. Barabash, A. Boesswetter, S. Bougher, S. Brecht, G. Chanteur, D. Crider, E. Dubinin, X. Fang, M. Fraenz, J. Halekas, E. Harnett, M. Holmstrom, E. Kallio, H. Lammer, S. Ledvina, M. Liemohn, K. Liu, J. Luhmann, Y. Ma, R. Modolo, A. Nagy, U. Motschmann, H. Nilsson, H. Shinagawa, S. Simon, and N. Terada
  • 雑誌名: Icarus 巻: 206 ページ: 139-151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymmetrical features of frequency and intensity in the Io-related Jovian decametric radio sources : Modeling of the Io-Jupiter system (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, K., H.Misawa, N.Terada, Y.Katoh
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 115
  • 査読あり
• [雑誌論文] The HLLD approximate Riemannsolver for magnetospheric simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, T., N.Terada, Y.Matsumoto, K.Fukazawa, T.Umeda, K.Kusano
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 38 ページ: 2236-2242
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative study of global MHD simulations of the terrestrial magnetosphere with different numerical schemes (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Y., N.Terada, T.Miyoshi, K.Fukazawa, T.Umeda, T.Ogino, K.Seki
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 38 ページ: 2229-2235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance measurement of magnetohydrodynamic code for space plasma on the various scalar-type supercomputer systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa, K., T.Umeda, T.Miyoshi, N.Terada, Y.Matsumoto, T.Ogino
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 38 ページ: 2254-2259
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observations of very-low-energy (<10 eV) ion outflows dominated by O+ ions in the region of enhanced electron density in the polar cap magnetosphere during geomagnetic storms (2010)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, N., Y.Nishimura, T.Ono, Y.Ebihara, N.Terada, A.Shinbori, A.Kumamoto, T.Abe, M.Yamada, S.Watanabe, A.Matsuoka, A.W.Yau
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extreme Ultraviolet Spectroscope for Exospheric Dynamics Explore (EXCEED) (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, I, K.Yoshioka, G.Murakami, A.Yamazaki, S.Kamda, M.Ueno, N.Terada, F.Tsuchiya, M.Kagitani, Y.Kasaba
  • 雑誌名: Advances in Geosciences 巻: 19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time Variability of the Geocoronal Solar Wind Charge Exchange in the Direction of the Celestial Equator (2010)
  • 著者名/発表者名: Ezoe, Y., K.Ebisawa, N.Y.Yamasaki, K.Mitsuda, H.Yoshitake, N.Terada, Y.Miyoshi, R.Fujimoto
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 62 ページ: 981-986
  • 査読あり
• [雑誌論文] 火星におけるピックアップO+イオンの生成率の太陽風動圧依存性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺田香織, 寺田直樹, 藤原均, 加藤雄人, 笠羽康正
  • 雑誌名: 東北大学サイバーサイエンスセンター大規模科学計算システム広報SENAC 巻: 43 ページ: 61-66
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of Diffuse Hard X-Ray Emission Around Jupiter with Suzaku (2010)
  • 著者名/発表者名: Ezoe Y., K.Ishikawa, T.Ohashi, Y.Miyoshi, N.Terada, Y.Uchiyama, H.Negoro
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 709 ページ: 178-182
  • 査読あり
• [学会発表] Space weathering of planetary atmospheres by the solar wind-the Sun in time (2010)
  • 著者名/発表者名: Terada, N., H.Lammer, Yu.N.Kulikov, T.Tanaka, H.Shinagawa
  • 学会等名: 5th Alfven Conference on Plasma Interaction with Non-magnetized Planets/Moons and its Influence on Planetary Evolution
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2010-10-05
• [学会発表] MHD and hybrid simulations of the cold ion escape from the ionosphere of Venus (2010)
  • 著者名/発表者名: Terada, N., T.Tanaka, H.Shinagawa
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 2010
  • 発表場所: Hyderabad, India
  • 年月日: 2010-07-09
• [学会発表] The Role of the Kelvin-Helmholtz Instability for Mass Exchange at the Magnetopause : Mercury versus Earth (2010)
  • 著者名/発表者名: Terada, N., D.C.Delcourt, K.Seki, M.Fujimoto, T.Ogino, Y.Matsumoto
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 2010
  • 発表場所: Hyderabad, India
  • 年月日: 2010-07-06