高精度 MHD 計算を用いた高速磁気リコネクションの研究

事業形態 大学共同利用

事業の責任者・構成員

責任者：宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，斎藤義文([email protected]) 構成員：宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，小川匡教([email protected])

宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，篠原 育([email protected])

宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，清水健矢([email protected]) 宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，藤本正樹([email protected])

事業の目的

ジオテイル衛星観測データによる科学研究を進める．

事業の目標

ジオテイル衛星観測に関連する科学成果を創出する．

事業の中でスパコン利用が果たす役割

ジオテイル衛星観測データの理解に数値的裏付けを与える．

今年度の成果

高精度MHDスキームを用いて，リコネクション様相の解像度依存性を明らかにした．

S.Kawai [2013] によって提案された高精度MHDスキームを用い，解像度を変更して計算を行った．

その際それぞれの計算でリコネクションの様相がどのように変化するかを確認した．

電流層幅をDとし，グリッド幅を1/2D（低解像度）—1/12D（高解像度）に変更して求めたリコネクシ ョン率を図1に示す．この場合のリコネクション率はz=0におけるBzの絶対値の積分により求めている．

図1より，低解像度よりも高解像度ほど速いリコネクションが起こる傾向があることが分かる．これは高 解像度計算ほど複数のX-lineが発生したからである．次に最も卓越したX-lineのみ注目し，それぞれの解 像度で，注目するX-lineにおける電場からリコネクション率を求めて比較した．その結果を図2に示す．

図2から，それぞれの解像度でリコネクション率がおよそ0.1に収束することが分かった．

以上の結果から，高解像度計算では複数X-lineが発生しリコネクションの様相が変化するが，最もリ コネクションが卓越した1つのX-lineに注目すると，そのリコネクション率は変化しないことが分かっ た．

図1 z=0におけるBzの積分から求めたリコネクション率の解像度依存性．高解像度計算ほど，

リコネクション率が高い傾向が見られる．

図2 最も卓越したリコネクションが発生しているX-lineにおけるリコネクション率．それぞれの 解像度で約0.1の値に収束していることが分かる．

【計算情報】

1ケースあたりの経過時間：

ケース数：

ジョブの並列プロセス数：

プロセスあたりのコア数(=スレッド数) ： プロセス並列手法：

スレッド並列手法：

利用計算システム：

20000秒 8ケース 1プロセス 16コア なし 自動並列 SORA-LM

成果の公表状況 口頭発表

1) M.Ogawa,M.Fujimoto and S.Kawai, Study of fast magnetic reconnection by using newly high resolution MHD scheme,JPGU Meeting(Chiba,2015,5)

年間利用量

SORA-PP SORA-LM

コア割当時間[コア･h] 22259.67

事業形態 大学共同利用

事業の責任者・構成員

責任者：北大・理・宇宙理学，倉本 圭([email protected]) 構成員：東工大・ELSI，木村 淳([email protected])

京大・理・数学，佐々木 洋平([email protected])

事業の目的

マントルと核の組成が地球と異なる可能性を考慮した水星の熱史と金属核の進化および固有磁場生成 の数値的解析を行い，水星の固有磁場の起源について水星の物質科学的特徴とそれがもたらす 45 億年 間の熱史へのインパクトに密接に関連づけて検討する．現在航行中の Messenger 計画と将来打ち上げ の予定されているBepi Colombo 計画の得る水星の磁場，表面組成，重力等の新しい探査データの統合 的な解釈に寄与する．

事業の目標

推定組成から予想されるマントル粘性率と核の融解特性を与えた水星の熱史および核の冷却史の数値 計算を行い，現在のマントルと核の物理状態をその組成依存性を把握しつつ明らかにする． また, 熱史 計算から得られる核の構造と熱・浮力フラックスを与えた水星核ダイナモの評価を行う．熱・浮力フラ ックスと液体核の厚さが磁場の強度と形にどのように影響するかを明らかにすることによって，新しい 磁場，表面組成，重力等の種々探査データを有機的に結合させ，水星内部の物理状態と 45 億年の熱史 を制約することに寄与する．

事業の中でスパコン利用が果たす役割

回転球殻中のマントル対流およびダイナモ作用は強非線形系であり，その様相を理解するためには大 規模な数値計算が必要不可欠である．また，大規模なスカラー並列計算機システムは昨今の流行でもあ り，数値モデルの開発および並列性能の確認のためにも，JSSスーパーコンピュータシステムの利用は 欠かすことのできない役割を担っている．

今年度の成果