Ensemble Simulations of the 2012 July 12 Coronal Mass Ejection with the Constant-turn Flux Rope Model
Ensemble Simulations of the 2012 July 12 Coronal Mass Ejection with the Constant-turn Flux Rope Model
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DOI：
10.3847/1538-4357/ac73f3
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发表时间：
2022-05
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
T. Singh;Tae K. Kim;N. Pogorelov;C. Arge
中科院分区：
文献类型：
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作者：
T. Singh;Tae K. Kim;N. Pogorelov;C. Arge
基于磁通绳的日冕物质抛射（CME）磁流体动力学模拟是预测CME到达地球时间和磁场的有效工具。在这项工作中，我们介绍了一个恒定匝通量绳模型，并使用它来模拟2012年7月12日16：48 CME在内日层。我们约束的初始参数的CME使用的渐变圆柱壳（GCS）模型和重新连接的流量在喷发后拱廊。我们正确地再现了CME在地球上的所有磁场分量，到达时间误差约为1 hr.We进一步估计平均主观的GCS拟合的不确定性，通过比较GCS参数的56 CME在多个研究和目录中报告。我们确定，GCS对CME纬度、经度、倾斜和速度的估计的平均不确定度分别为5.74%、11.23%、24.71%和11.4%。使用这些，我们已经为2012年7月12日的CME创建了77个合奏成员。我们发现，55%的系综成员正确地再现了地球磁场分量的符号。我们还确定，在GCS拟合的不确定性可以扩大CME的到达时间预测窗口，为2012年7月12日CME约12小时。在调查个别GCS参数的不确定性所引入的预测精度时，我们得出结论，半角和长宽比对2012年7月12日CME的预测磁场影响不大，而经度和倾斜的不确定性可以在地球预测的磁场中引入相对较大的扩展。
Flux-rope-based magnetohydrodynamic modeling of coronal mass ejections (CMEs) is a promising tool for prediction of the CME arrival time and magnetic field at Earth. In this work, we introduce a constant-turn flux rope model and use it to simulate the 2012 July 12 16:48 CME in the inner heliosphere. We constrain the initial parameters of this CME using the graduated cylindrical shell (GCS) model and the reconnected flux in post-eruption arcades. We correctly reproduce all the magnetic field components of the CME at Earth, with an arrival time error of approximately 1 hr. We further estimate the average subjective uncertainties in the GCS fittings by comparing the GCS parameters of 56 CMEs reported in multiple studies and catalogs. We determined that the GCS estimates of the CME latitude, longitude, tilt, and speed have average uncertainties of 5.°74, 11.°23, 24.°71, and 11.4%, respectively. Using these, we have created 77 ensemble members for the 2012 July 12 CME. We found that 55% of our ensemble members correctly reproduce the sign of the magnetic field components at Earth. We also determined that the uncertainties in GCS fitting can widen the CME arrival time prediction window to about 12 hr for the 2012 July 12 CME. On investigating the forecast accuracy introduced by the uncertainties in individual GCS parameters, we conclude that the half-angle and aspect ratio have little impact on the predicted magnetic field of the 2012 July 12 CME, whereas the uncertainties in longitude and tilt can introduce relatively large spread in the magnetic field predicted at Earth.