该框架的核心是BATS-R-US通用、高性能、通用磁流体动力学代码，该代码具有自适应网格细化功能，可配置为求解理想和电阻MHD、半相对论、各向异性、霍尔、多物种和多流体扩展磁流体方程（XMHD）的控制方程非中性多流等离子体。BATS-R-US用于对多个物理领域进行建模，其高效性（比实时更快）对框架的成功至关重要。

对于与空间天气相关的模拟，SWMF通常用于两种基本配置：日光层模型和SWMF/Geospace模型。

太阳和太阳风

SWMF日光层模型由太阳日冕（SC）和内日光层（IH）组成，两者均由AWSoM（-R）建模，以及基于各种经验模型（如EEGGL）的爆发事件发生器（EE）。

阿尔芬波太阳大气模型（AWSoM/AWSoM-R）描述了产生热的超音速太阳风的区域——太阳日冕从过渡区底部向外延伸到大约20个太阳半径。该模型自洽地结合了由太阳光球的Poynting通量驱动的低频Alfven湍流。MHD量的边界条件是从太阳光球磁图中获得的。该模型采用基于BATS-R-US代码的日冕模型。

这个内日光层（IH）分量从大约20个太阳半径延伸到地球和海王星轨道之间的任何地方。该模型采用BATS-R-US和AWSoM（-R），可以将行星际CME（ICME）从太阳传播到行星。自适应网格细化用于沿CME路径增加网格分辨率。

CME生成：这个爆发事件生成器（EE）算法在日冕内创建产生CME爆发的初始条件。这可以通过在稳定的日冕溶液中插入一条不稳定的通量绳来实现，也可以通过在日冕模型的下边界插入拱廊并应用剪切运动来实现。选择模型参数以重现靠近太阳的CME观测特征。EEGGL模块提供数据驱动的CME模拟，能够再现1 AU的太阳风扰动

太阳能粒子加速：使用M-FLAMPA公司SWMF中的模块。在与背景等离子体平流的多条提取磁力线上求解了高能粒子的分布函数。M-FLAMPA与日冕、内日光层和外日光层组件完全耦合。沿着磁力线的等离子体和湍流参数是从BATS-R-US解算器中动态提取的。M-FLAMPA可以在日光层的任何位置产生高能粒子的通量。

地理空间建模

这个SWMF/Geospace模型包括紧密耦合的磁层-电离层系统的基本要素：全球磁层、内磁层和电离层电动力学。自2016年以来，美国国家海洋和大气管理局空间天气预报中心（SWPC）一直在全天候运行SWMF/Geospace模型的操作版本。

SWMF/Geospace配置将全球磁层基于BATS-R-US的（GM）模型电离层电动力学（IE）模型(雷德利电离层模型，RIM）和内磁层（IM）模型(赖斯对流模型，RCM）。全球磁层模型向电离层提供近体场对准电流，从而求解电势。该电势被返回到磁层，以设置MHD域内边界处的等离子体切向速度。

水稻对流模型RCM接收来自BATS-R-US的初始场、边界场和等离子体条件以及来自电离层的电场。RCM将闭合场线区域内的总等离子体压力和密度返回给BATS-R-US，显著改善了MHD溶液的内磁层结果。通过使用初始太阳风、IMF和F10.7值作为边界条件来初始化Geospace模型。

SWMF/Geospace生产虚拟磁强计仿真在代码执行过程中，使用Biot-Savart积分找出地球任意点的总表面磁扰动。虚拟卫星观测通过映射内磁层和辐射带模块的动力学分布来创建，以提取内磁层周围任意点的环电流和辐射带通量分布。

动态全球核心等离子体模型（DGCPM）等离子体球模型可以与全球磁层和里德利电离层模型耦合，研究内磁层中的冷等离子体种群。对于这种设置，BATS-R-US配置为使用两种流体，一种表示环形电流物质的来源（太阳风和高纬度电离层流出），另一种表示等离子体层。DGCPM将等离子体层中材料的密度传递给BATS-R-US，RIM将电场信息传递给BATS-R-US和DGPCM，同时接收来自BATS-R-US的电流密度。

辐射带环境模型（RBM）可以包含在Geospace配置中。RBM接收来自BATS-R-US和RIM的信息，并求解辐射带中的高能电子布居。

太阳高能粒子和银河宇宙线在磁层中的传输是由于高能粒子的大回旋而产生的动力学过程。因此，磁层中银河宇宙线的可变性是日光层中的IMF和磁层中的地磁场的综合效应；能量低于100MeV/n的粒子被地球磁层有效阻挡。磁层中高能粒子的相互作用是以刚度（动量/单位电荷）来描述的。使用自适应网格粒子模拟器（AMPS），采用从500 km高度开始的粒子时间向后跟踪。

电离层-磁层相互作用

这个 极地风流出模型（PWOM）提供SWMF中的极风分量，用于计算来自电离层的等离子体传输，并设置磁层的供应。该模型求解了多离子物种从F2峰以下到更高海拔的回转输运方程。PWOM模型包括对超热电子群（光电、极光和二次电子）的各种处理，并已扩展到1000 km以上的混合PIC描述，同时在较低海拔保持流体描述。

全球电离层热层模型（GITM）是一种三维球面代码，使用纬度和高度的拉伸网格对地球的热层和电离层系统进行建模。GITM明确解决了O、O2、N（2D）、N（2P）、N。GITM与地球空间模型耦合，以包括与中性大气耦合的影响。GITM输入包括F10.7、半球功率指数、IMF和太阳风参数以及太阳辐照度。

动力学物理学

在全球模拟中求解7维（一个时间维度、3个空间维度和3个速度维度）的完整动力学方程在当前甚至不久的将来的超级计算机上仍然不可行。

带有嵌入式PIC的MHD（MHD-EPIC）模型使用一个高效的并行耦合器，将颗粒-细胞（PIC）模拟与SWMF组件耦合，该耦合器允许不同网格、不同时间步长和多个PIC域。为了进一步提高计算成本仍然很高的模型的效率带有自适应嵌入式PIC的MHD（MHD-AEPIC）算法将PIC网格分解为可以动态激活和停用的小块。为MHD-AEPIC开发了一种新的PIC代码，即柔性Exascale动力学模拟器（FLEKS）。

行星环境与太阳类比

SWMF模拟套件可以适应大多数太阳系行星的空间环境。除了基本的磁流体动力学方程外，BATSRUS中还包括各种源项和损耗项，这些项随应用的不同而变化。与巨行星磁层（例如，木星和土星）最相关的是包含与行星卫星相关的内部等离子体源产生的各种质量加载过程（电离、电荷交换、离解复合等）的能力。在用电离层模拟行星磁层时，BATS-R-US通常与电离层电动力学模块耦合，以包括磁层-电离层耦合。对于不具有重要大气层/电离层的行星物体，如水星和木卫三，BATS-R-US MHD模型已扩展到将行星内部作为模拟域的一部分，以便可以直接模拟行星内部导电性对空间环境的影响。

SWMF已应用于水星、金星、火星、木星、土星和天王星，以及模拟彗星和行星卫星，包括木卫一、木卫二、木卫三、土卫六和土卫二。SWMF套件也被用于模拟外部日光层和天体层。

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持续的多学科研究可以实现什么：空间天气建模框架
Tamas I.Gombosi、Yuxi Chen、Alex Glocer、Zhenguang Huang、Michael W.Liemohn、Ward B.Manchester、Tuija Pulkkinen、Nishtha Sachdeva、Qusai Al-Shidi、Igor V.Sokolov、Judit Szente、Valeriy Tenishev、Gabor Toth、Bart van der Holst、Daniel T.Welling、Lulu Zhao、Shasha Zou、，持续的多学科研究可以实现什么：空间天气建模框架，J.空间天气和空间气候，DOI:10.1051/swsc/2021020，或arXiv:2105.13227.