中文摘要：

"地球空间双星探测计划"是中国科学家首次提出的以地球空间环境为研究对象的重大国家科学探测计划；该计划将与欧空局的星座计划密切配合，研究地球磁层的动力学结构和对太阳爆发和行星际扰动的响应过程。本项目紧密配合上述探测研究计划，开展对地球磁层的全球三维磁流体力学数值模拟研究。将发展高精度、低耗散和高效率的三维数值模拟计算方法，建立磁层的全球三维准定态模型和动态模型，并通过模拟结果与我国双星、欧空局星座卫星和其他空间卫星的观测数据之间的相互比较，不断完善和优化磁层模型。将研究磁层边界和内部的不稳定性和波动过程，探讨整个磁层出现突发性災变的可能性，以及災变现象与磁层空间暴之间的有机联系；将分析磁层对太阳爆发和行星际扰动的动力学响应，探讨磁层空间暴产生的物理机制、演化过程和相关的地球环境效应，为进一步发展空间天气事件的因果链预报模式提供物理基础。

结论摘要：

本项目采用磁流体力学模型，对太阳风－磁层－电离层（SMI）系统进行三维全球数值模拟研究。发展了名为"PPMLR-MHD"的算法，该算法具有二级时间精度和三级空间精度，数值耗散比同类算法低一个量级，能将激波捕获在2个网格之内。对电离层采用静电模型，通过场向电流和对流电场实现电离层和磁层的电动力学耦合。发展了三维可视化诊断程序，对模拟结果进行物理诊断。利用上述物理模型和计算方法，研究了SMI系统的准定态结构，行星际激波与SMI系统的相互作用，电离层电导对SMI系统的影响，电离层越极电位和磁层重联电压的关系，以及电离层1区场向电流的来源。主要成果如下(1)发现磁层处于振荡状态，周期约为1小时；(2)分析了电离层对行星际激波的动力学响应，该响应过程与观测到的输运对流涡旋和亚极光块的运动特征一致；(3)发现电离层电导对磁层重联率、磁层顶和舷激波的尺度有着重要影响；(4)提出三种重联电位的计算方法，发现重联电压与1区场向电流之间近似存在线性关系，且重联电压高于电离层越极电位；(5)发现舷激波是电离层1区场向电流的重要源区，在强南向行星际磁场条件下，舷激波对1区电流的贡献可超过50％?。