[论文解读] Evolution of Coronal Mass Ejections in Different Data-Driven Solar Wind Conditions

Nishtha Sachdeva, Zhenguang Huang+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2026

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 0

一句话总结

论文研究了四种不同的数据驱动磁场映射作为 AWSoM 的内边界条件，如何影响环境太阳风以及科斯特-吉本森-洛 flux rope CME 在日冕和内日球层的演化（直至 24 R_sun）。

ABSTRACT

Numerical models of the solar wind and coronal mass ejections (CMEs) utilize photospheric magnetic field observations to prescribe the inner boundary conditions for the plasma solutions. These magnetic field data are available to the community through various observational instruments, prepared via different methodologies and/or flux-transport models. The solar wind solution driven by these maps provides the ambient plasma environment into which CMEs travel, coupling, and interacting with the surrounding plasma and governing the CME evolution and propagation in the solar corona and inner heliosphere. In this work, we use different input magnetic field maps for the same time period to drive the global Alfven Wave Solar atmosphere Model (AWSoM). We obtain the ambient solar wind conditions and compare the plasma properties and magnetic morphology in the coronal domain to study the influence of the input maps. To understand how the resulting coronal solutions impact CMEs, we launch eruptions described by analytical flux ropes into these data-driven solutions and compare their evolution in the coronal domain (up to 24 solar radii radially). The CMEs achieve varying speeds, deceleration rates, propagation directions, mass and energies while coupling with the background solar wind. We quantify these differences to show that the different input driving maps can significantly impact the simulated CME propagation in the solar wind plasma. This also highlights the importance of understanding the uncertainties associated with data-driven modeling that become increasingly important in operational models and space weather prediction.

研究动机与目标

• 评估在同一 Carrington 旋转 CR2123 下，不同光磁场映射如何塑造 AWSoM 的环境太阳风。
• 在每个背景中发射一个 GL 脉冲蜗牛 CME，以量化 CME 传播、偏转与能量学的差异。
• 比较不同映射驱动下的日冕与日球层磁性形态、CME 速度、膨胀，以及合成日球冠/ECU 观测在结果中的差异。

提出的方法

• 在 SWMF 内的 AWSoM（3D 扩展 MHD）中，对四种磁场映射（ADAPT GONG、ADAPT HMI、GONG、极区增强 GONG）驱动的背景太阳风进行模拟。
• 通过 EEG 将 Gibson-Low 脉冲蜗牛 CME 插入到每个背景中并以时间精确模式演化，直至 24 R_sun。
• 从映射数据 prescribed 内边界磁场，边界切换为浮动切向边界，并设定特定的 Poynting 通量和湍流参数用于 Alfven 波加热。
• 比较四种情形下的开放/封闭场区、日球层电流片结构，以及合成的 EUV 图像。
• 计算 CME 属性（速度、偏转、质量、动能）并生成合成的 LASCO/STEREO 日球冠视图，以量化差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同的数据驱动磁场映射如何影响同一时间段内 AWSoM 的环境太阳风结构？
• RQ2 由每个映射驱动的背景太阳风如何影响 GL 脉冲蜗牛 CME 的传播、运动学与形态？
• RQ3 在进入这些变化的太阳风背景时，CME 的速度、偏转、质量和能量有何差异？
• RQ4 合成观测（EUV、白光日球冠）能否在不同数据驱动边界条件下区分 CME 演化？

主要发现

• 不同的输入映射导致显著不同的环境风速、密度和温度，特别是在 -X CME 的传播方向。
• CME 的速度与膨胀显著不同：案例 3（GONG）产生比案例 2（ADAPT HMI）更快、扩张性更强的 CME 演化，原因在于背景风更快且密度更低。
• CME 能量与磁场相互作用取决于初始活动区场强与 GL 脉冲蜗牛的特性，场强的平方关系影响传播。
• 球面切片与 EUV/白光合成观测显示日冕洞范围、HCS 形态以及 CME 明亮度/外观存在映射相关差异。
• 偏离径向轨迹具有情境依赖性，极区增强 GONG（案例 4）显示出明显的方向性改变，这可能与 HCS 与极场结构相关。
• 研究强调磁图选择及其相关不确定性对数据驱动的太空天气预测的影响。