丁嘉威， 王正涛,2*， 詹文臻， 刘美琴

1 武汉大学测绘学院， 武汉 430079 2 武汉大学地球空间环境与大地测量教育部重点实验室， 武汉 430079

0 引言

行星的磁流体内核的流体动力学模拟主要是通过求解包括科里奥利力在内的Navier-Stokes方程，并结合Boussinesq近似下的磁流体动力学(MHD)感应方程、温度(或熵)方程与化学成分(本文未考虑)方程来实现的，得益于数值算法的不断改进以及高性能计算机的发展，使得当前发电机模型的数值模拟计算速度越来越快，描述各物理量的参数越来越多且日益接近真实值.

1995年，超级计算机Cray C90上成功模拟了一个包含有限导电内核的三维自恰地球发电机模型(Glatzmaier and Roberts, 1995a)，同年又模拟了长达4万年的地球磁场，并成功实现了磁场的翻转(Glatzmaier and Roberts, 1995b).此后相关研究者们在以上基础上对发电机模型中的物理参数进行修改或增加、或使用更为合理的物理参数及数值方法来得到新的发电机模型并进行系统性的研究(Christensen et al., 1998; Christensen et al., 1999; Olson et al., 1999; Christensen et al., 2001; Kutzner and Christensen, 2002; Takahashi et al., 2007; Takahashi et al., 2008; Wicht, 2014; Matsui et al., 2016).地球内核的超速旋转现象的发现(Song and Richards, 1996)，利用地震得到的地球内核表面的镶嵌结构(Krasnoshchekov et al., 2005)，地核条件下铁、固态铁和铁硅混合物的导热性和导电性(Pozzo et al., 2012, 2014)，利用高压试验和三维x射线显微层析成像技术推断的核-幔边界处的温度数据(Nomura et al., 2014)，通过数值模拟分析得到的深内部地球结构对内核平动振荡本征周期的影响(江颖等, 2014)，关于核幔耦合对地球自由核章动的激发影响(崔小明等, 2018)等各类更精细的地球内部数据或相关研究都为更真实的地球(磁流体)发电机模型提供了很好的数据条件.