博士进展报告 (2006 级 )

博士进展报告 (2006 级 )

全日面大尺度矢量磁场的获得和电流螺度计算姓名：王传宇团组：怀柔观测基地导师：张枚张洪起

内容1. 以 1996 年 9 月的一个太阳旋转周为例，研究用全

日面纵向磁图重构矢量磁场的方法、电流螺度随纬度的分布轮廓、以及对所用参数的依赖性。（ Wang Chuanyu & Zhang Mei 2009, Current helicity pattern of large-scale magnetic field on the photosphere, Science in China, Series G, Vol. 52, No.11, 1713.）

2. 选取 23 活动周的三个旋转周（两个处于太阳活动低谷年、一个处于高峰年），用同样的方法计算电流螺度随纬度的分布轮廓，检验是否有随太阳活动周的变化。

已观测到的螺度符号在每个半球有一定的规律：南半球以正螺度为主导北半球以负螺度为主导

简介：螺度的半球手则

(Image credit: A. Pevtsov)

然而，绝大多数是在活动区观测的。

同样的规则存在于活动区以外的区域吗 ?

Pevtsov & Latushko (2000) 最先研究了活动区以外的全球的电流螺度，他们的研究应用了一种重构技术：利用全日面纵向磁图重构矢量磁场。

Pevtsov & Latushko., 2000, ApJ,528： 999-1003

我们使用了相同的重构技术，但是应用了不同的电流螺度分析方法，这种方法能更有效地反映出螺度的半球手则，且结果不倚赖于参数的选择。

重构矢量磁场

假设大尺度磁场演化相当缓慢，即在一段时间内纵向磁场的变化只是由于在日面位置变化引起的。

参数选择

空间分辨率 : △S=184’’

时间间隔 : △t=5 days

较差自转 :

Reference: Pevtsov & Latushko., 2000, ApJ,528： 999-1003

Snapshot heliographic maps

我们把不同时刻观测的太阳磁场合成一幅综合磁图，以表示整个太阳表面在某一个特定时刻的状态，这被称为 “ snapshot heliographic map’’ （区别于传统的 Carrington 图）。

Roger K. Ulrich & John E. Boyden., 2006, Sol. phys.,235:17-29

获得的矢量磁场构造的 snapshot heliographic maps 。从上到下依次是一个太阳旋转周（近似于 CR1914 ）的Br, Bθ , Bφ

白色背景表示正值，分别是： Br ( 指向上 ), Bθ ( 指向北 ) 和 Bφ ( 指向左 ) 。等值线图对于 Br 和 Bθ 为 ± 2, 4, 8,

16, 32, 64G, 对于 Bφ 为 ±0.5, 1, 2G.

电流螺度的计算 :

我们的方法 : 计算 hc 图，然后沿着经度方向平均，获得 hc 的纬度轮廓

Pevtsov & Latushko (2000) 方法 : 先把磁场 Br 和 Bλ 沿着经度方向平均，忽略沿经度方向的变化，然后计算 hc 得到的沿纬度的轮廓

√

√

（我们得到的）电流螺度图

电流螺度密度图。白色背景表示正的 hc 值。等值线表示 hc = ±0.1,0.2, 0.4, 0.8 ×10-5G2m-1.

可以发现：在南半球的活动区显示为大片的负 hc 值，也就是说跟周围的区域相反号。这似乎印证了 Zhang (2006) 的结果，即强磁场和弱磁场有着相反的螺度符号。

半球规则使用我们的方法得到的电流螺度随纬度的分布轮廓。

使用 Pevtsov & Latushko 方法得到的电流螺度随纬度的分布轮廓。

我们的曲线显示出清晰的半球规律：南半球为正的电流螺度符号，而北半球为负的电流螺度符号。这个规律适用于 S60 到 N60 的所有纬度。

几点说明（我们的特色） :

1. 我们只使用了每天当中的一幅 MDI 磁图，不同的磁图之间没有做任何平滑。右下 Pevtsov & Latushko (2000) 得到的曲线使用了 5 个月的 MDI 数据平滑。

2. 我们估计我们的方法给出更为清晰的趋势的原因：首先，有一些很有用的电流螺度信息存在于 Bθ 磁图中，而这些信息被 Pevtsov & Latushko (2000) 忽略了。我们发现 Bθ 通常大于 Bφ ，并且在经度方向上有很强的变化。这表示公式中的第二项可能是较第一项更大的一项。第二，我们的方法赋予综合磁图上的每个点以相同的权重；而 Pevtsov & Latushko 的方法，由于他们在计算 hc 之前平均了 Br 和 Bφ ，因此强场的影响更加严重。尤其，这个不同之处由于强场弱场具有不同的螺度符号而被加强（如 Zhang 2006 中的分析）。

检验结果对使用不同磁图的依赖性

在前面的图中我们使用了每天当中的第一幅磁图（这幅图中实线所画的曲线）。现在我们使用每天当中的其他磁图，构造出其他 14 个不同的矢量磁场的综合磁图，从而获得 14 个 hc 轮廓（点线所表示的曲线）。 15条轮廓线都清晰的显示出相同的螺度半球规则。

检验结果对不同的时间间隔和不同的平滑窗口尺寸的依赖性

我们改变了△ t 和△ S 值，获得了相似的轮廓 . 这说明我们的结果不倚赖于我们选择的参数。

实线表示的是△ t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△ t=3 、 4 天的轮廓。

实线表示的是△ S=184” 的轮廓，点线和虚线分别表示的是△ S=90” 、 224” 的轮廓。

选择处于不同太阳活动周位相上的三个旋转周• 选择三个旋转周：两个处于 23 太阳活动周的低谷年、

一个高峰年。旋转周的起始时间分别为：1996 年 9 月 14 日（低谷）2001 年 8 月 19 日（高峰）2007 年 6 月 9 日（低谷）

• 以前面的工作为基础，计算矢量磁场和电流螺度随纬度的分布轮廓，检验随太阳活动周的变化。

空间和地基数据比较以检验计算结果数据选取：时间空间数据地面数据

1996.9.14 MDI KittPeak2001.8.19 MDI KittPeak2007.6.9 MDI SOLIS

获得的矢量磁场（ 1996年 9月）构造的 snapshot heliographic maps 。从上到下依次是一个太阳旋转周（起始日期 1996 年 9月 14 日）的 Br, Bθ , Bφ


16, 32, 64G, 对于 Bφ 为 ±0.5, 1, 2G.



16, 32, 64G, 对于 Bφ 为 ±0.5, 1, 2G.

电流螺度 hc图（ 1996年 9月）


对电流螺度 hc进行归一化定义：

对 hc 进行归一化，以消除磁通量变化的影响。（分母为径向磁场强度绝对值的平均值的平方）

前面方法计算的电流螺度轮廓 hc （ 1996 年 9 月）



使用每天当中的不同磁图获得的 15 幅电流螺度轮廓

新方法得到的电流螺度轮廓 hc* （ 1996 年 9 月）




可以看到归一化后的曲线轮廓值亦不受参数影响

KittPeak （ 1996 年 9 月）实线表示的是△ t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△ t=3 、 4 天的轮廓。


MDI （ 2001 年 8 月）




MDI （ 2001 年 8 月，显示尺度放大）




KittPeak （ 2001 年 8 月）实线表示的是△ t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△ t=3 、 4 天的轮廓。


KittPeak （ 2001 年 8 月，显示尺度放大）实线表示的是△ t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△ t=3 、 4 天的轮廓。


MDI （ 2007 年 6 月）




SOLIS （ 2007 年 6 月）实线表示的是△ t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△ t=3 、 4 天的轮廓。


工作总结 :1 、以 1996 年 9 月的一个太阳旋转周为例，研究了用全日面纵向

磁图重构矢量磁场的方法、电流螺度随纬度的分布轮廓，以及对所用参数的依赖性。

我们使用了与 Pevtsov & Latushko (2000) 相同的重构技术，但是应用了不同的电流螺度分析方法，这种方法能更有效地反映出螺度的半球手则。结果表明，螺度半球手则在南北半球 60 度以内都成立，且结果不倚赖于参数的选择。

2 、选取了 23 活动周的三个旋转周（两个处于太阳活动低谷年、一个处于高峰年），用同样的方法计算电流螺度随纬度的分布轮廓，检验是否有随太阳活动周的变化。

结果表明，螺度的半球手则在太阳活动的低谷年和高峰都存在，且空间和地面数据表现出相同的规律。

下一步计划 :

1 、第二个工作成文、投稿2 、撰写博士论文，准备毕业

谢谢谢谢 !!

博士进展报告 (2006 级 )

Documents