Ensemble Kalman filter data assimilation in a Babcock-Leighton solar dynamo model: an observation system simulation experiment for reconstructing meridional flow-speed
准确了解纬向气流速度和廓线随时间的变化对于估计太阳活动周期的特征至关重要，而这些特征最终是造成空间气候变化的原因。然而，关于太阳纬向环流模式的观测和理论还没有达成共识。通过在一个Babcock-Leighton太阳发电机模式中利用数据同化研究试验台（DART）框架实现Enklman滤波（EnKF）数据同化，发现当使用10个或更多的观测数据，更新时间为15天，观测误差为$\le 10\%$时，可以得到最好的对流层流速时变重建。将集合大小从16增加到160可以改善重建。重建的流速与“真实状态”的比较表明，EnKF数据同化是非常强大的重建纬向流速，并建议它可以实现重建纬向环流的时空格局。
2014-08-21 astro-ph.SR
Convective Babcock-Leighton Dynamo Models
我们提出了第一个全球性的，三维模拟的太阳/恒星对流，考虑到磁通量出现的Babcock-Leighton（BL）机制的影响。我们已经表明，包含BL极向源项的对流模拟可以促进循环活动，否则稳定发电机。一些周期性质让人想起太阳观测，例如对流区底部附近的环形通量向赤道传播。然而，在这个年轻的太阳（旋转速度比太阳速率快三倍）的周期是非常短的（$\sim$ 6个月），目前还不清楚是否可以实现更长的周期在这个建模框架内，由于高效率的场生成和传输的对流。即便如此，在三维对流模拟中纳入平均场参数化来解释通量出现等难以捉摸的过程，可能会在未来的太阳和恒星活动周期建模中证明是有用的。
2012-01-12 astro-ph.SR
A 3D kinematic Babcock Leighton solar dynamo model sustained by dynamic magnetic buoyancy and flux transport processes
等离子体流和磁场之间的磁流体动力学相互作用是11年太阳黑子周期的起源和维持的基础。这些过程本质上是三维的。我们的目标是构建一个三维太阳发电机模型，一方面捕捉浮力出现倾斜的双极太阳黑子对，另一方面产生周期性的大规模场逆转介导的表面通量传输过程-即巴布科克-莱顿机制。我们进行运动学发电机模拟，其中规定的速度场是一个组合的太阳像差旋转和对流环流，以及参数化的湍流扩散。我们使用一种新的方法，通过磁场强度依赖的三维螺旋上升流，导致形成倾斜的双极太阳黑子的磁浮力建模。在我们的模拟中产生的双极点通过Babcock-Leighton机制参与极线场产生的过程，导致自持和周期性的大规模磁场反转。我们的参数空间的研究不同的振幅的对流区的扩散率，和参数的磁浮力机制的效率，揭示了它们的相对作用，在确定太阳黑子周期的属性，如振幅，周期，和动态记忆相关的太阳周期预测。我们还得到了一个新的发电机数的巴布科克-莱顿太阳发电机机制，合理地捕捉我们的模型动态。这项研究阐明了太阳对流区不同通量传输过程在确定太阳黑子周期的性质和物理过程中的相对作用，并可能导致现实的，数据驱动的3D发电机模型，用于太阳活动预测和探索恒星磁性和其他恒星中的恒星黑子形成。
2019-01-14 astro-ph.SR
A Babcock-Leighton solar dynamo model with multi-cellular meridional circulation in advection- and diffusion-dominated regimes
具有单胞纬向环流的Babcock-Leighton型太阳发电机模型成功地再现了许多太阳活动周的特征。最近的观测和理论模式的纬向环流并不表明一个单细胞的流动模式。我们研究的作用，复杂的多细胞环流模式在巴布科克-莱顿太阳发电机在平流和扩散为主的制度。我们从模拟中表明，存在一个弱的，第二，高纬度的反向电池的周期加快，并略有增强极向分支的蝴蝶图，而存在的第二个电池的深度反转的蝴蝶翅膀的倾斜反太阳类型。从对流区中间构造的蝴蝶图产生了类似太阳的图案，但由于磁浮力效应，这在太阳中可能很难实现。上述情况中的每一种在较高和较低磁扩散率区域中表现类似。然而，我们的发电机与纬向环流包含四个细胞在两个政权的行为明显不同，产生类似太阳的蝴蝶图，在较高的扩散率制度的快速周期，和复杂的分支在较低的扩散率制度的蝴蝶图。我们还发现，发电机解决方案的四个细胞的模式，两个半径和两个纬度，更喜欢迅速放松到四极宇称，如果底部流速足够强，类似的数量级的表面流速。
2015-04-02 astro-ph.SR
Delayed Babcock-Leighton dynamos in the diffusion-dominated regime
上下文Babcock-Leighton型太阳发电机模型通常假设磁通量管的上升是瞬时的。具有高磁扩散率的溶液具有太短的周期和其活动带的错误迁移。通常只考虑低扩散率区的平流纬向流。目的。在本文中，我们讨论了这些假设，并应用了时间延迟的源项的方位平均感应方程。该延迟被设置为据称在速度跃层处形成的磁通量管的上升时间。我们研究的延迟，这增加了空间非局部性的非线性时间的，在平流，但特别是在扩散制度的效果。方法. Fournier等人（2017）根据自转等恒星参数和对流区底部的磁场强度获得了上升时间。这些结果使我们能够约束参数研究中使用的平均场模型中的延迟。结果我们发现了一个未知的解族。这些解决方案自猝灭，并表现出更长的时间比他们的非延迟的同行。此外，我们证明了非线性延迟是负责恢复向赤道迁移的活动带在高湍流扩散率。结论.通过在Babcock-Leighton发电机模型中引入非线性时间非局域性（延迟），我们可以得到与扩散主导区域中的太阳蝶形图定量相当的解.
2018-08-24 astro-ph.SR
A proposed paradigm for solar cycle dynamics mediated via turbulent pumping of magnetic flux in Babcock-Leighton type solar dynamos
目前，Babcock-Leighton通量输运太阳发电机模型似乎是解释太阳黑子周期不同观测方面的最有前途的模型。这些通量传输发电机模型的成功在很大程度上取决于一个单细胞纬向环流与深赤道组件在太阳的对流区的底部。然而，最近的观测表明，日冕流实际上可能非常浅（仅限于太阳顶部的10%），并且比以前认为的更复杂。总之，这些意见提出了严重关切的有效性通量运输范式。通过占湍流泵的磁通量证明在太阳对流的磁流体动力学模拟，我们表明，通量传输发电机模型可以产生类似太阳的磁循环，即使在湍流是浅的。类似太阳的周期性反转即使在赤道环流完全不存在的情况下也能恢复，然而，在这种情况下，太阳表面磁场动力学并不一直延伸到极地地区。非常重要的是，我们的研究结果表明，发电机波传播的帕克-吉村符号规则，可以绕过巴布科克-莱顿发电机模型的湍流抽运的纬度分量-这可以产生赤道向传播的太阳黑子带在没有深，赤道向纬向流。我们还表明，湍流抽运系数的变化可以调制太阳活动周期的振幅和周期性。我们的研究结果表明，交替的磁通量运输范例-介导的湍流泵-维持太阳恒星发电机行动的可行性。
2016-08-29 astro-ph.SR
Recovery from Maunder-like Grand Minima in a Babcock--Leighton Solar Dynamo Model
太阳偶尔会经历类似于蒙德的扩展的大极小期，当它的磁场活动从正常活动水平大幅下降数十年时。人们提出了许多可能的理论来解释这些极小值的起源。然而，太阳每次都是如何从这种不活跃的阶段恢复过来的，这更加令人费解。巴布科克-莱顿型发电机，这是成功地解释了许多功能的太阳周期非常好，预计不会运行在大极小期，由于缺乏足够数量的太阳黑子。在这封信中，我们探讨了太阳如何通过巴布科克-莱顿发电机从大极小期恢复的问题。在我们的三维发电机模型中，由于新兴活动区域的倾斜角度的随机变化，自发地产生了大极小值。我们发现，Babcock-Leighton过程仍然可以运行在大极小期，只有最小数量的太阳黑子和模型可以出现这样的阶段，而不需要额外的生成机制的极向场。在我们的模型中的基本成分是一个向下的磁泵，抑制整个太阳表面的磁通量的扩散。
2018-06-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
A 3D Babcock-Leighton Solar Dynamo Model
我们提出了一个三维运动学太阳发电机模型，其中极向场是由倾斜的太阳黑子对（更一般的双极磁区，或BMR）的出现和分散产生的。该模型的轴对称分量的功能类似于以前的2D巴布科克-莱顿（BL）发电机模型，采用双环处方极向场的产生，但我们将此处方推广到一个3D通量出现算法，将BMR的表面上响应发电机产生的环向场。通过这种方式，该模型可以被视为BL发电机模型（2D的半径/纬度）和表面通量传输模型（2D的纬度/经度）到一个更自洽的框架，捕获的演变磁场的完整的3D结构的统一。该模型再现了一些基本特征的太阳活动周期，包括11年的周期性，赤道迁移的深对流区的环形通量，极向传播的极向通量在表面。极向传播的表面通量起源于BMR中的拖尾通量，在多个非轴对称流（通过微分旋转和湍流扩散使轴对称）中向极迁移，并最终反转极场，从而维持发电机。在这封信中，我们简要描述了模型，初步结果和未来的计划。
2014-01-25 astro-ph.SR
A Solar Dynamo Model Driven by Mean-Field Alpha and Babcock-Leighton Sources: Fluctuations, Grand-Minima-Maxima and Hemispheric Asymmetry in Sunspot Cycles
极端的太阳活动波动和太阳极大极小期的发生，是太阳活动周期中公认的观测特征。然而，这种极端的活动波动和太阳周期的动态在蒙德迷你事件仍然不清楚。我们探索这种极端的太阳活动波动的起源和双极向场源的作用，即Babcock-Leighton机制和平均场α效应在太阳周期的动态。我们主要集中在进入和恢复从大极小期的情节，如蒙德极小期和太阳周期的动态。我们使用一个运动学太阳发电机模型与一个新的设置，其中随机扰动力两个不同的极向场α效应。我们探索不同的制度，这些极向源具有不同的操作阈值的操作，以确定每个的重要性。在两个半球中独立地实施扰动，这使得人们能够研究太阳黑子出现时半球耦合和半球不对称的水平。从模拟进行，我们确定了几种不同的方式，发电机可以进入一个宏伟的最小插曲。虽然波动的任何$α$的影响，可以触发不稳定性，我们发现，平均场α效应是至关重要的恢复太阳周期从一个宏伟的极小插曲，一个巴布科克-莱顿源单独，未能实现。我们的模拟还展示了其他周期动态。我们的结论是，在两个相互作用的极向场源的随机波动工作与不同的操作阈值是一个可行的候选人，触发极端的太阳活动的情节和平均场α效应能够工作在弱，次均分场是至关重要的恢复太阳周期后，延长太阳极小期。
2018-03-29 astro-ph.SR
Recent Developments in the Babcock-Leighton Solar Dynamo Theory
本文综述了巴布科克-莱顿太阳发电机理论的最新进展，重点介绍环向场到极向场转换中的非线性机制及BMR不规则性对太阳活动周变化的影响，并讨论了太阳活动周早期预测的新进展。
2024-01-12 astro-ph.IM astro-ph.SR
Discriminating between Babcock-Leighton-type solar dynamo models by torsional oscillations
本研究通过比较三个Babcock-Leighton发电机模型的纬向加速度与观测值，利用扭转振荡的纬度起源和相位差特性来区分模型，并约束对流区磁场构型。
2024-05-28 astro-ph.SR
A Babcock-Leighton-type Solar Dynamo Operating in the Bulk of the Convection Zone
在大多数Babcock-Leighton（BL）型太阳发电机模型中，环向磁场被假定产生于速跃层中，其中极向场是由太阳黑子群的出现和随后的消散产生的。然而，磁活动的充分对流的恒星和MHD模拟的全球恒星对流最近提出了严重的怀疑，在产生的环向场的速跃层的重要性。在这项研究中，我们的目标是开发一个新的BL型发电机模型，其中发电机主要在对流区的大部分内运行。我们的二维模型包括太阳的差异旋转，单细胞的纬向流，近表面的径向泵，强湍流扩散，BL型极向源，和非线性反作用的磁场的源与垂直的外边界条件的影响。该模型导致一个简单的偶极配置的极向场，具有主导的纬向分量，这是由纬向剪切内的对流区的大部分，以产生的环形磁通量卷起。因此，速跃层在模型中的作用可以忽略不计。该模型再现了太阳活动周期的基本特性，包括：（a）大约11年的周期和18年的延长周期;（b）反对称环向场从高纬度开始向赤道方向传播;（c）与观测结果一致的极场演变。我们的模型打开了一个范式转变的可能性，在理解太阳周期过渡到经典的通量传输发电机。
2022-04-29 astro-ph.SR
Constraining the outer boundary condition for the Babcock-Leighton dynamo models
School of Space and Earth Sciences, Beihang University（北京航空航天大学空间与地球科学学院）；Key Laboratory of Space Environment Monitoring and Information Processing of MIIT（工业和信息化部空间环境监测与信息处理重点实验室）；Institute of Frontier and Interdisciplinary Science, Shandong University（山东大学前沿交叉科学研究中心）；Institute of Space Sciences, Shandong University（山东大学空间科学研究院）
提出零径向扩散外边界条件，使BL动力学模型与表面磁流输送模拟一致，再现太阳周期特性并更符合观测结果。
2025-12-10 astro-ph.SR
A coupled $2\times2$D Babcock-Leighton solar dynamo model. II. Reference dynamo solutions
在本文中，我们完成了一个新的混合$2\times2$ D通量输运发电机（FTD）模型的太阳活动周期的基础上的Babcock-Leighton机制的极向磁场再生通过表面衰变的双极磁区（BMR）的介绍。该混合模型的构建方法是，允许Lemerle等人（2015年）中描述的表面通量输运（SFT）模拟为在椭圆平面中定义的轴对称FTD模拟提供极向源项，进而生成SFT所需的BMR。这种耦合的一个关键方面是描述BMR出现的概率作为内部轴对称磁场的空间分布的函数的出现函数的定义。我们使用遗传算法来校准这个函数，连同其他模型参数，对观察到的周期21出现的数据。我们提出了一个参考发电机解决方案再现许多太阳周期的特点，包括良好的半球耦合，表面偶极子和BMR生成的内部场之间的相位关系，并在周期最大和下一个周期的峰值振幅偶极子强度之间的相关性。周期振幅的饱和通过作为内部场的函数的BMR倾斜的淬灭而发生。所观察到的平均BMR倾斜的统计分散，内置到模型中，作为一个随机性的来源，占主导地位的振幅波动。因此，该模型可以产生强烈抑制周期振幅持续几个周期，甚至可以完全关闭后，出现事件的不利序列道尔顿般的时代。
2017-01-12 astro-ph.SR
Inflows towards Bipolar Magnetic Active Regions and Their Nonlinear Impact on a Three-Dimensional Babcock-Leighton Solar Dynamo Model
本文扩展三维 STABLE 太阳发电机模型，纳入随表面磁场变化的 BMR 入流，证明其可通过局地磁通量抵消抑制极向场积累并使发电机饱和，首次实现仅由 BMR 入流调控磁周期振幅与周期的三维解。
2023-10-01 astro-ph.SR
A coupled 2$\times$2D Babcock-Leighton solar dynamo model. I. Surface magnetic flux evolution
需要可靠的预测太阳活动周期的动机发电机模型的发展，包括充分详细的表面过程的表示，允许同化的磁测数据。在这一系列的论文中，我们提出了一个这样的发电机模型，并记录其行为和属性。这第一篇论文的重点之一，该模型的关键组成部分，即表面磁通量的演变。使用遗传算法，我们获得最适合的参数的传输模型，通过最小二乘最小化的相关的合成天气磁图和真正的活动周期21磁测数据之间的差异。我们的拟合过程还返回Monte Carlo类误差估计。我们表明，可接受的表面纬向流剖面的范围是在良好的协议与多普勒测量，即使后者不用于拟合过程中。使用合成数据库的双极磁区（BMR）再现观测到的紧急情况的统计特性，我们还确定了全球周期属性的敏感性，如偶极矩的强度和极性反转的时间，以不同的实现BMR出现，并在此基础上认为，这种随机性代表了预测太阳周期特征的不确定性的主要来源。
2015-11-27 astro-ph.SR
Incorporating Surface Convection into a 3D Babcock-Leighton Solar Dynamo Model
光球上观测到的对流（例如，超粒化（supergranulation，granulation）在从太阳黑子场产生大尺度极场的Babcock-Leighton（BL）过程中起关键作用。在大多数的地面通量输运（SFT）和BL发电机模式中，地面场的扩散和迁移被模拟为有效的湍流扩散。最近的SFT模型已纳入明确的，现实的对流流动，以提高对流传输的保真度，但据我们所知，这还没有实现在以前的BL模型。由于大多数通量输运（FT）/BL模型是轴对称的，它们没有能力包括这样的流动。我们提出了第一个运动学三维FT/BL模型，明确纳入现实的对流太阳观测的基础上。虽然我们描述了一种方法来概括这些流到3D，我们发现，他们产生的运动学小规模发电机动作破坏的循环发电机的操作。通过限制对流仅作用于磁场的垂直径向分量来找到循环解。获得的结果通常与观察到的表面通量演变以及湍流扩散率为$3 \times 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$（300 km $^2$ s $^{-1}$）数量级的非对流模型非常一致。然而，我们发现，湍流扩散系数的使用低估了发电机效率，产生较弱的平均场和较短的周期比对流模型。此外，对流模式在极地地区表现出混合极性带，在太阳观测中没有对应的。此外，显式计算的湍流电动势（emf）与扩散通量几乎没有相似之处。我们还发现，极向通量的向极迁移速度主要由纬向流和垂直扩散决定。
2018-04-09 astro-ph.SR
Does the Babcock-Leighton dynamo operate in rapidly rotating solar-type stars? Exploration using a 3D dynamo model at different rotation rates
研究通过三维发电机模型探讨贝克-利特顿发电机在快速自转恒星中的运作，发现即使在高纬度出现斑点的情况下，发电机仍能产生周期性磁场。
2025-12-11 astro-ph.IM astro-ph.SR
Subcritical dynamo and hysteresis in a Babcock-Leighton type kinematic dynamo model
在太阳和类太阳恒星中，对流区等离子体流中的差旋和螺旋度的存在导致了大尺度磁场的周期性。因此，对于每一颗恒星，都有一个临界发电机数来维持一个大规模发电机的运转。当恒星减速时，预计大规模发电机将在临界旋转周期以上停止运行。在我们的研究中，我们探讨的可能性，操作的发电机在亚临界区使用Babcock-Leighton型运动发电机模型。在某些参数区域，我们发现发电机表现出滞后行为，即，两个发电机解决方案是可能的，这取决于初始参数-衰减的解决方案，如果开始与弱场和强振荡的解决方案（亚临界发电机），当开始与强场。然而，在发电机参数的大波动下，亚临界发电机模式在某些参数区域是不稳定的。因此，我们的研究支持可能存在的亚临界发电机在某些恒星，这是以前所示的平均场发电机模型与分布式$α$和MHD湍流发电机模拟。
2021-07-04 astro-ph.IM astro-ph.SR
Babcock-Leighton solar dynamo: the role of downward pumping and the equatorward propagation of activity
Babcock-Leighton发电机的关键要素是通过倾斜双极活动区的衰减和扩散产生极向场，以及通过观察到的差分旋转产生环向场。这些模型传统上被称为通量传输发电机模型，因为在这些模型中，蝴蝶翅膀的赤道传播是由于对流区底部的赤道流而产生的。在这里，我们调查的作用，向下的磁泵附近的表面使用动态Babcock-Leighton模型。我们发现，泵浦导致的极向场成为主导径向在近表面剪切层，这使得负的径向剪切有效地作用于径向场产生的环向场。我们观察到一个明确的赤道迁移的环向场在低纬度的发电机波的后果，即使没有对流的深对流区。因此，发电机波和通量输运型解都能够再现太阳周期的一些观测特征，包括11年周期。这两类解的主要区别在于产生发电机作用所需的巴布科克-莱顿源的强度。磁泵的第二个结果是它抑制了磁场通过表面的扩散，这有助于在比以前使用的磁扩散率（适度）更大的值下允许11年的周期。
2016-09-23 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Minimal Roles of Solar Subsurface Meridional Flow in the distributed-shear Babcock-Leighton Dynamo
本文通过多种经向流配置研究分布式剪切巴布科克-莱顿发电机模型，发现次表层经向流对太阳活动周蝴蝶图和周期影响极小，周期主要由表面通量输运过程决定，表明该模型更接近传统αΩ发电机。
2025-07-10 astro-ph.SR
Solar Cycle Variability Induced by Tilt Angle Scatter in a Babcock--Leighton Solar Dynamo Model
我们提出了一个三维巴布科克-莱顿发电机模型，是持续的明确出现和分散的双极磁区（BMR）的结果。平均而言，每个BMR都有一个由乔伊定律给出的系统倾斜。随机性和非线性的BMR出现我们的模型产生可变的磁周期。然而，当我们允许倾斜角的随机散射来模拟观测到的偏离乔伊定律时，我们发现磁周期的变化更多。我们发现，观测到的标准偏差在乔伊定律的$σ_δ= 15^\circ$产生的变化与观测到的太阳活动周期的变化$\sim $ 32%，量化的太阳黑子数最大值之间的1755- 2008。我们还发现，倾斜角散射可以促进大极小值和大极大值。$σ_δ= 15^\circ$在大极小期所花费的时间比从宇宙成因同位素推断的太阳的时间要少一些（大约9%比17%）。然而，当我们将倾斜散射加倍为$σ_δ= 30^\circ$时，模拟统计数据与太阳相当（$\sim $在极大极小值中占18%，在极大值中占$\sim 10$ %）。虽然Babcock-Leighton机制是极向场的唯一来源，但我们发现，即使在倾角波动较大的情况下，我们的模拟也始终保持磁循环。我们还表明，倾斜淬火是一个可行的和有效的机制发电机饱和;抑制的倾斜只有1-2 $^\circ$是足以限制发电机的增长。因此，任何可能观测到的太阳倾斜猝灭的特征都可能是微妙的。
2017-08-13 astro-ph.IM astro-ph.SR
Long-term variability of the solar cycle in the Babcock-Leighton dynamo framework
我们使用一个新的三维Babcock-Leighton发电机模型来探讨太阳活动周期变化的原因。在这个模型中，基于对流区底部的环形磁通，双极磁区（BMR）的统计特性从观测到的分布产生。我们发现，在BMR倾斜一点淬火是足够的稳定发电机的增长。BMR爆发的随机性和非线性使得极向场不均匀，并导致太阳活动周的某些变化。然而，当观察到的散射的BMR倾斜周围的乔伊定律的标准偏差为$15^\circ$，被认为是，我们的模型产生的太阳周期的变化，包括南北不对称的观测。磁场的形态与观测结果非常相似，特别是表面径向场具有更混合的极性场。观测到的散射也产生极大极小值。在11,650年的模拟中，检测到了17个大极小值，并且模型在$11\%$的时间内保持在这些大极小值中。当我们将倾斜散射加倍时，模型会产生正确的极小值统计。重要的是，发电机甚至在只有几个BMR的大极小期间继续，而不需要任何额外的α效应。其原因是向下的磁泵作用抑制了磁通量在表面上的扩散。磁泵也有助于实现11年的磁周期使用所观察到的BMR通量分布，即使在高扩散率。
2018-05-13 astro-ph.IM astro-ph.SR
Flux Transport Dynamo: From Modelling Irregularities to Making Predictions
其中极向磁场由Babcock-Leighton机制产生，纬向环流起着至关重要的作用，通量输运发电机已成为一个有吸引力的太阳周期模型。基于这个模型所做的理论计算，我们认为，在巴布科克-莱顿机制的波动和波动的纬向环流是最有可能的原因的不规则性的太阳活动周期。随着我们对这些不规则性如何产生的理论理解的增加，通过在理论发电机模型中输入适当的观测数据来预测未来的太阳活动周期是可能的。
2018-08-26 astro-ph.SR
Does the mean-field alpha effect have any impact on the memory of the solar cycle?
如果Babcock-Leighton机制是极向场的唯一来源，则从对流主导和扩散主导的运动发电机模型获得的太阳活动周24的预测是不同的。Yeates等人（2008）认为，这种差异是由于对流和扩散主导的太阳对流区的太阳发电机的不同记忆造成的。我们的目的是研究太阳周期记忆的差异，从对流为主和扩散为主的运动学太阳发电机模型。具体来说，我们探讨是否包含帕克的平均场$α$效应，除了巴布科克-莱顿机制，有任何影响的记忆的太阳活动周期。我们使用了一个运动学通量传输太阳发电机模型，其中极向场的产生由于Babcock-Leighton机制和平均场$α$效应发生。我们还考虑了在这个模型中的随机波动，并探讨了极场在最小值和环向场在周期最大值之间的周期到周期的相关性。太阳发电机的记忆总是限于只有一个周期中的扩散为主的发电机制度，而在平流为主的制度的记忆是分布在几个太阳周期。然而，平均场α效应的增加减少了太阳发电机的记忆在一个周期内的对流主导发电机制度时，没有波动的平均场$α$效果。当在平均场极向源中引入波动时，一个更复杂的场景是显而易见的，在几个周期中出现非常弱但重要的相关性。我们的研究结果意味着，包括一个平均场α效应的通量传输巴布科克-莱顿发电机模型的框架导致额外的复杂性，可能会影响记忆和预测发电机模型的太阳周期的可预测性。
2020-07-28 astro-ph.SR
A Double-Ring Algorithm for Modeling Solar Active Regions: Unifying Kinematic Dynamo Models and Surface Flux-Transport Simulations
倾斜双极活动区的出现及其通量的分散，通过扩散，差异旋转和纬向环流等过程被认为是太阳极场逆转的原因。这个过程（通常称为Babcock-Leighton机制）通常被建模为近表面的，空间分布的$α$效应在运动学平均场发电机模型。然而，这种配方导致极场强度和纬向流速度之间的关系，这是相反的建议，通过物理洞察力和预测的表面通量输运模拟。考虑到这一点，我们提出了一个改进的双环算法建模的Babcock-Leighton机制的基础上，活动区喷发，在一个轴对称发电机模型的框架内。使用表面通量输运模拟，我们首先表明，一个轴对称的制定-这通常是在运动发电机模型调用-可以合理地近似的表面通量动态。最后，我们表明，我们的治疗Babcock-Leighton机制，通过双环喷发导致极场强度和纬向流速度之间的反比关系，如预期的那样，调和表面通量输运模拟和运动发电机模型之间的差异。
2010-08-10 astro-ph.SR
Sensitivity of a Babcock-Leighton Flux-Transport Dynamo to Magnetic Diffusivity Profiles
我们研究了太阳运动学通量输运发电机模型中不同磁扩散率分布对极向和环向磁场演化的影响。在太阳发电机模型中，扩散率是一个知之甚少的因素。我们在数学上构建各种理论配置文件的深度依赖的扩散，混合长度理论和湍流的约束的基础上，并在太阳上的极向场演化的比较，从通量运输发电机模型。然后，我们研究的效果，每个扩散曲线的周期性演变的磁场在太阳上，通过求解平均场发电机方程。我们调查太阳活动周期的影响，最大速跃层场强度，对流区内的环向和极向场结构的演变，由于不同的扩散率配置文件。我们做了三个实验：（I）比较非常不同的磁扩散率分布;（II）比较最佳分布的速度跃层附近的扩散率梯度的不同位置;以及（III）比较最佳分布的扩散率梯度的不同斜率。基于这些模拟，我们讨论了哪些方面的深度相关的扩散率配置文件可能是最相关的磁通量在太阳的演变，以及如何某些观测可以帮助提高知识的发电机成分。
2010-09-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Double ring algorithm of solar active region eruptions within the framework of kinematic dynamo model
最近的研究结果表明，Babcock-Leighton极向场产生机制在太阳活动周期中起着重要的作用。然而，对这种机制进行建模并不总是正确地捕捉到潜在的物理现象。特别是，它已被证明，使用一个空间分布的近表面α效应参数化的巴布科克-莱顿机制产生的结果不同意的意见。出于这一动机，我们正在开发一个物理上更一致的太阳活动周期模型，在该模型中，我们通过双环结构的出现和通量分散来模拟极向场的产生。在这里，我们提出了这个新的发电机模型的初步结果。
2013-02-13 astro-ph.SR
North-south asymmetry of solar dynamo in the current activity cycle
对当前太阳活动周期中极区磁场反转的南北不对称性提出了解释。Babcock-Leighton机制对极向场产生的贡献是利用当前活动周期的太阳黑子数据估计的。分别对北半球和南半球进行估计。在周期的初始阶段，北半球的贡献大大超过南半球。这可能是北极磁场较早逆转的原因。Babcock-Leighton机制的估计贡献远小于以前活动周期的类似估计。预计下一个活动极小期将有一个相对较弱（<1G）的大尺度极场。
2014-06-27 astro-ph.SR
Fluctuations in the Alpha-Effect and Grand Solar Minima
利用太阳黑子星表的数据，对发电机理论中称为Babcock-Leighton机制的一种特殊α效应的参数进行了估算。这些估计证明了太阳上存在巴布科克-莱顿α效应。还估计了α效应的波动。波动幅度明显超过平均值，波动的特征时间与太阳自转周期相当。波动的参数发现包括在太阳能发电机的数值模型。计算表明，在数百年和数千年的时间尺度上，磁周期的振幅发生了不规则的变化。计算的太阳活动极大值和极小值的统计特征与全新世的太阳活动数据相吻合。
2013-05-13 astro-ph.SR
Three-dimensional non-kinematic simulation of post-emergence evolution of bipolar magnetic regions and Babcock-Leighton dynamo of the Sun
Babcock-Leighton（BL）通量输运模型是一个被广泛接受的太阳发电机模型。这个发电机模型已被广泛研究在一个二维（2D）的平均场框架中的运动和非运动制度。最近的三维（3D）模型已被限制到运动学制度。在这些模型中，表面极向通量是由根据乔伊定律倾斜的双极磁区（BMR）的出现产生的。我们调查处方出现的BMR在3D非运动学模拟。我们还报告了循环BL发电机模拟的初步结果。我们将传统的二维平均场模型扩展到三维非运动学区域。在该模式中，大尺度平均流由参数化的$Λ$效应驱动。对于感应方程，我们使用BL源项，通过该BL源项，表面BMR响应于对流区内部的发电机产生的环向场而产生。我们发现，在三维非运动学制度，倾斜角的新出现的BMR是非常敏感的处方的地下结构的BMR。反喜悦倾斜角被发现，除非BMR是深深地嵌入在对流区。我们还发现，领先的点往往变得比后面的点更强。反乔伊定律的趋势和形态的不对称性的BMR可以解释的科氏力作用于洛伦兹力驱动的流动。此外，我们还证明了如果在BL $α$效应中明确给出Joy定律，则可以成功地获得类太阳磁循环。在这些循环发电机模拟中，强洛伦兹力反馈导致差动旋转和双稳态循环中的循环调制。流的非轴对称分量被发现存在的惯性模式，如赤道Rossby模式。
2022-12-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dynamo Saturation in Rapidly Rotating Solar-Type Stars
太阳型恒星的磁活动一般随恒星自转速率的增加而增加。然而，对于快速旋转，增加饱和。恒星发电机的巴布科克-莱顿机制在活动区的平均倾角接近90度时也达到饱和。磁活动的饱和可能是巴布科克-莱顿机制的这一性质的结果。构造了倾斜角与自转速率成正比的恒星发电机模型来探讨这一观点。两个版本的模型-治疗的倾斜角度全球和使用乔伊的法律，其纬度依赖性-被认为是。两种模型都显示出在高转速下发电机产生的磁通量饱和。与纬度相关的倾斜角的模型也显示了发电机制度的变化在饱和区。新机制将低纬度的循环发电机与（几乎）稳定的极地发电机结合起来。
2015-10-14 astro-ph.SR
A New Formula for Predicting Solar Cycles
根据目前从通量输运发电机理论上对太阳活动周的认识，提出了一个新的太阳活动周预报公式。两个重要的过程-在巴布科克-莱顿机制的波动和纬向环流的变化，这被认为是负责的不规则性的太阳周期-通过使用观测数据的约束。我们把周期极小值附近的极场作为Babcock-Leighton过程中随机性的度量，而极小值附近的衰减率则是纬向环流变化的结果。我们将这两个观测导出量耦合成一个公式来预测未来太阳活动周期的振幅。我们的新公式表明，周期25将是一个温和的周期。是否这个公式预测未来的太阳活动周期可以证明理论上也讨论了使用模拟通量传输发电机模型。
2019-06-04 astro-ph.SR
A Babcock-Leighton dynamo model of the Sun incorporating toroidal flux loss and the helioseismically-inferred meridional flow
本文在二维 Babcock-Leighton 磁通输运发电机中纳入日震学经向流和环向磁通损失，发现其可再现低纬浮现、蝴蝶图及11年周期，并约束抽运深度与扩散率。
2023-09-29 astro-ph.SR physics.space-ph
Exploring the $P_{cyc}$ vs $P_{rot}$ relation with flux transport dynamo models of solar-like stars
目的：为理解恒星磁性，并利用恒星活动观测检验Babcock-Leighton通量输运平均场发电机模型的有效性。方法：利用STELEM程序计算了不同自转速率下的二维平均场发电机模型，研究了活动周期和蝶形图对参数变化的敏感性，并与观测数据进行了比较。新颖之处在于，这些2-D平均场发电机模型纳入了从3-D流体动力学模拟中推导出的比例律，用于旋转速率对纬向环流的振幅和剖面的影响。这些模型还利用观测的标度律的变化与旋转速率的差异旋转。结果如下：我们发现，Babcock-Leighton通量输运发电机模型能够再现的磁场的拓扑结构的变化（即朝向更环形的旋转速率增加），但似乎有困难再现的周期与活动周期的相关性观察到的类太阳恒星，如果一个单片单细胞的磁流假设。然而，如果轮廓以特定的假定方式随旋转速率变化，则可以利用更复杂的湍流来恢复$P_{cyc}$与$P_{rot}$的关系。结论：基于单胞纬向环流的Babcock-Leighton通量输运发电机模型不能再现$P_{cyc}$与$P_{rot}$的关系，除非假设纬向环流的振幅随旋转速率而增加，这似乎与最近用3-D全球模拟获得的结果相矛盾。
2009-11-10 astro-ph.SR
Double-peaks of the solar cycle: An explanation from a dynamo model
太阳活动周期的一个特殊特征是经常出现双峰（也称为格涅维舍夫峰），这一点还有待于正确理解。在循环的任何阶段，不仅可以观察到双峰，而且可以观察到多峰和尖峰。我们提出，这些峰值和尖峰是由于巴布科克-莱顿过程（从倾斜的双极磁性区域产生的极向场）中的波动而产生的。当极场发展时，Babcock-Leighton过程中的大的负波动可以突然减小净极场。由于极场的这些波动传播到新的环向场，这些波动可能会促进下一个太阳活动周期的双峰。当极场的波动发生在太阳活动极大期之外时，我们观察到它们在下一个太阳黑子周期中的影响。使用轴对称Babcock-Leighton发电机模型，我们首先证明了这一想法。随后，我们通过在极向场产生过程中加入随机散射进行了长时间的模拟，并成功地再现了双峰太阳活动周。只要扩散系数不太大于$10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$，这些结果在模型参数的合理变化下是稳健的。最后，我们分析了观测到的极场数据，以显示极场的短期波动与下一个周期的双峰/尖峰之间的密切联系。因此，这支持了我们的理论观点，即Babcock-Leighton过程中的波动可能是观测到的太阳周期中双峰/尖峰的原因。
2018-08-12 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Modeling Solar Cycles 15 to 21 Using a Flux Transport Dynamo
内容：太阳活动极小期前后的极场和开放通量被认为与随后的太阳活动极大期的强度密切相关。目的：我们的目标是调查的行为的巴布科克-莱顿发电机与源极向项是基于观测到的太阳黑子面积和倾斜。特别是，我们调查是否在对流区底部的环形场的模式与观测到的太阳活动周期的最大值。研究方法：我们使用了一个通量传输发电机模型，包括对流泵和极向源项的基础上的历史记录的太阳黑子群的面积，位置和倾斜角模拟太阳活动周期15至21。结果如下：我们发现，极场附近的极小值和在对流区底部的环形通量都与随后的太阳活动水平的极大值高度相关（r = 0.85和r = 0.93，分别）。结论：Babcock-Leighton发电机与观测推断的相关性一致。
2013-04-21 astro-ph.SR
Quasi-Biennial Oscillations and Rieger-type Periodicities in a Babcock-Leighton Solar Dynamo
本研究通过Babcock-Leighton发电机模型首次模拟出准两年振荡和Rieger型周期，发现参数组合波动增强其发生，且高超临界性抑制Rieger型周期，支持太阳发电机非高度超临界。
2025-10-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Are the strengths of solar cycles determined by converging flows towards the activity belts?
据建议，所观察到的近地表流入的活动区和太阳黑子区提供了一个非线性的反馈机制，限制了Babcock-Leighton型太阳发电机的振幅，并确定了周期强度的变化。这一假设进行了测试与表面通量输运模拟，包括收敛的纬向流，取决于表面分布的磁通量。流入调制极性场（由轴向偶极子表示）的建立，通过减少双极磁区的倾斜角，并通过影响跨赤道运输的领先极性磁通量。从观测到的太阳黑子群记录中获得的通量输入，模拟涵盖了1874年至1980年期间（对应于太阳活动周期11至20）。流入的包含导致活动最小期间模拟的轴向偶极强度与随后周期的观测振幅具有很强的相关性。这与经验相关性一致，并与Babcock-Leighton型发电机的预期一致。结果提供的证据表明，纬度流入是一个关键因素，在确定太阳活动周期的振幅。
2012-10-29 astro-ph.SR
Origin and Recovery from Grand Solar Minima in a Time Delay Dynamo Model with Magnetic Noise as an Additional Poloidal Source
利用数值分岔分析方法研究了一个基于时滞微分方程的简化Babcock-Leighton（BL）发电机模型。该模型揭示了滞后现象，在最近的平均场发电机模型和湍流发电机的直接数值模拟。将磁噪声作为极向场的附加弱源的BL模型每次都能从极大极小值恢复太阳活动周，这是单独的BL源所不能做到的。噪声纳入模型表现出双峰分布的环向场能量确认两种模式的太阳活动。它还显示了不稳定性和再现相空间崩溃，蒙德极小期的实验签名。在我们的模型中的巨极小值的发生统计与重建的太阳黑子数的观测统计相当吻合。最后，我们证明，磁噪声的水平控制的持续时间的大极小，甚至有一个处理在其等待期间，这表明触发效应的大极小的噪声，从而关闭全球发电机。因此，我们得出结论，由于小尺度湍流发电机行动（或其他来源）的“磁噪声”起着至关重要的作用，即使在巴布科克-莱顿发电机模型。
2018-04-30 astro-ph.SR
Observing and modeling the poloidal and toroidal fields of the solar dynamo
上下文太阳发电机包括一个过程，将极向场转换为环向场，然后从环向场产生新的极向场。目标。我们的目标是观察全球太阳发电机相关的极向和环向场，看看它们的演变是否被巴布科克-莱顿发电机捕获。方法.我们使用的天气图的表面径向场从KPNSO/VT和SOLIS天文台构建的极向场作为时间和纬度的函数，和Wilcox太阳天文台和SOHO/MDI的全磁盘图像来推断纵向平均的表面方位场。我们发现，后者是一致的估计，由于磁通出现，因此密切相关的地下环向场。结果我们目前的地图极向和环形磁场的全球太阳发电机。在表面观测到的平均方位场是由磁通出射引起的。在高纬度地区，这一分量跟随极场的径向分量，有很短的时滞（1-3年）。这种滞后在低纬度地区增加。观测到的极向和环向磁场的演变描述的（更新）Babcock-Leighton发电机模型。
2017-10-19 astro-ph.SR
The treatment of magnetic buoyancy in flux transport dynamo models
通量输运发电机模型的一个重要组成部分是由于磁浮力通过对流区产生双极黑子的环形磁场的上升，然后由于Babcock-Leighton机制从这些双极黑子产生极向磁场。多年来，两种处理磁浮力的方法，局部方法和非局部方法已被不同的小组广泛使用，在构建的二维运动学模型的通量输运发电机。我们回顾这两种方法，并得出结论，他们都不是完全令人满意的，大概是因为磁浮力是一个固有的三维过程。我们还指出，到目前为止，我们还没有正确的理解为什么太阳黑子的出现只限于相当低的纬度。
2015-11-12 astro-ph.SR
Nature of grand minima and maxima from fully non-linear Flux-Transport Dynamos
我们的目标是调查的性质和发生的大太阳极小和极大的周期，这是观察到的太阳代用记录，如10 Be和14 C，使用一个完全非线性的Babcock-Leighton型通量输运发电机，包括动量和熵方程。在湍流雷诺应力的作用下，产生了差旋和纬向环流，并受到磁场的反作用。为了在我们的模拟中产生极大极小和极大似周期，我们在角动量输运过程中使用了随机波动，即λ机制和Babcock-Leighton机制。为了验证在我们的模拟中识别出的极大值和极小值的性质和发生情况，我们使用了等待时间分布分析，这反映了潜在的分布是来自随机过程还是记忆过程。结果表明，在大多数情况下，极大值和极小值的分布揭示了这些事件的性质起源于无记忆过程。我们还发现，在我们的模拟中，纬向环流的速度往往是较小的大最大期间，而它是在大最小时期的速度。在极大期，径向旋转差趋于较大，而在极小期，径向旋转差趋于较小。另一方面，纬度差异旋转被发现是在大极小期较大。
2017-10-24 astro-ph.SR
A possible explanation of the Maunder minimum from a flux transport dynamo model
我们建议，在蒙德极小期之前的最后一个太阳黑子周期结束时的极向场下降到一个非常低的值，由于在巴布科克-莱顿过程的波动。有了这个假设，一个通量传输发电机模型是能够解释的各个方面的历史记录的蒙德极小值非常好地选择适当的模型参数，以给出正确的增长时间。
2009-07-17 astro-ph.SR
Modelling the rotation dependence of cycle variability in sun-like stars: Answering why only slowly rotating stars produce grand minima
采用通量传输发电机模型研究类太阳恒星磁活动周期变化，发现慢速自转恒星因较低超临界发电机更易产生延长的极小期，而快转恒星则无此现象。
2024-01-15 astro-ph.SR
Thermomagnetic Ettingshausen-Nernst effect in tachocline, magnetic reconnection phenomenon in lower layers, axion mechanism of solar luminosity variations, coronal heating problem solution and mechanism of ADM variations around BH
它表明，量子引力的全息原理（在宇宙的全息图中，因此在我们的银河系中，当然也在太阳上！），其中引力理论和量子力学之间的冲突消失，产生了巴布科克-莱顿全息机制。与太阳发电机模型不同的是，它通过速跃层中的热磁Ettingshausen-Nernst（EN）效应产生强的环形磁场。因此，借助于热磁EN效应，简单地估算出例如太阳的速跃层中理想气体的磁压，可以间接地证明，利用量子引力的全息原理，速跃层的排斥环向磁场（$B_{tacho}^{Sun} = 4.1 \cdot 10^7 ~G = - B_{core}^{Sun}$）精确地“中和”太阳核心的磁场，因为磁场在速跃层和核心中的投影值相等，但方向相反。基本问题是磁通量管（MFTs）的反发电机模型的广义问题，其中包括磁周期在内的两种全息效应（热磁EN~效应和Babcock-Leighton全息机制）的性质体现在非对称暗物质（ADM）的调制中，从而体现在太阳内部的太阳轴子中。
2020-01-21 astro-ph.SR
An update of Leighton's solar dynamo model
1969年，莱顿在巴布科克（Babcock，1961）的现象学设想的基础上，建立了一个太阳发电机的准一维数学模型。在这里，我们提出了一个修改和扩展莱顿的模型。利用磁场的轴对称分量，我们考虑了太阳表面的径向场分量和对流区的径向积分环向磁通量，两者都是纬度的函数。关于环形磁通的径向位置没有作任何假设。该模型包括在地面和对流区的湍流扩散的影响，在地面的极向纬向流和赤道回流影响的环向通量，纬向差异旋转和近地面层的径向旋转剪切，向下对流泵送的磁通量在剪切层，和磁通量出现的形式倾斜的双极磁区。虽然相关的参数的表面场的运输是从观察，该模型凝聚的未知属性的磁场和流动的对流区成几个自由参数（湍流扩散率，有效回流，源项的幅度，和一个参数描述的有效径向剪切）。与二维通量输运发电机代码的结果比较表明，该模型捕捉到这些模拟的基本特征。我们进行了参数研究的四维参数空间，并确定参数范围，提供类似太阳的解决方案。偶极宇称总是首选的，当回流速度约为2 m/s，湍流扩散率<80 km^2/s，发电机激发不超过阈值太远（线性增长率<0.1/yr）时，可以找到周期约为22年的解，以及低纬度通量出现与极场强度之间的正确相位差。
2016-11-28 astro-ph.SR
Quenching of the alpha effect in the Sun -- what observations are telling us
巴布科克-莱顿发电机类型最近得到了支持，因为在观测记录中发现了太阳黑子群倾斜角的系统性周间变化。有人提出，这些变化可能是观测到的流入活动区带的结果。此外，模拟表明，这种流入限制了净极向通量的产生，实际上起到了抑制与作用在上升通量管上的科里奥利力相关联的α效应的作用。在本文中，我们扩展这些想法。
2011-08-05 astro-ph.SR
Inflows towards active regions and the modulation of the solar cycle: a parameter study
目标：我们的目标是调查如何收敛流向活跃地区的影响表面传输的磁通量，以及它们对太阳的极向场的产生的影响。流入构成了一个潜在的非线性机制的饱和的全球发电机，并可能有助于调制的太阳活动周期在Babcock-Leighton框架。方法：我们建立了一个表面通量传输代码，将参数化模型的流入和运行模拟跨越几个周期。我们进行了参数研究，以评估流入的强度和范围如何影响全球偶极子场的建立。我们还进行了模拟与不同水平的活动，以调查的潜在作用的流入饱和的全球发电机。结果如下：我们发现，相邻的活动区域的相互作用，可以导致偶尔形成的单极性磁通量团块与观测不一致。我们提出，在高磁场强度的地区，作为一个合理的机制，防止这种通量聚集的孔隙所造成的变暗。我们发现，流入减少了一个$\sim30\,\%$的轴向偶极矩的幅度，相对于一个没有流入的情况。较强（较弱）的流入导致较大（较小）的轴向偶极矩的减少。产生的轴向偶极子的相对振幅是约$9\%$后，非常弱的周期比非常强的周期。这支持流入作为一种非线性机制，能够饱和的全球发电机和促进巴布科克-莱顿框架内的太阳周期的调制。
2016-09-05 astro-ph.SR
Predicting a solar cycle before its onset using a flux transport dynamo model
我们首先回顾了第24周期开始前的预测。在总结了通量输运发电机模型的基础知识之后，我们讨论了如何使用这个模型来成功地预测太阳活动周期~24，假设太阳活动周期的不规则性是由于Babcock-Leighton机制中的波动引起的。我们指出，纬向环流的波动可能是周期不规则的另一个原因。
2018-08-26 astro-ph.SR
Exploring the Quenching of Bipolar Magnetic Region Tilts using AutoTAB
本研究基于 AutoTAB 追踪的 BMR 目录，证实 bmax 分布不受多次采集影响，并发现当 bmax>2.5 kG 时 Joy's law 斜率减小，揭示了 Babcock-Leighton 过程中的非线性倾斜淬灭。
2024-01-08 astro-ph.SR
Probing the large-scale magnetic field inside the Sun from three decades of observed surface magnetograms
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
通过结合三十年观测数据，研究太阳内部大规模磁场的动力学，揭示其演化特征和太阳活动周期的预测能力。
2025-12-25 astro-ph.SR
Alleviation of catastrophic quenching in solar dynamo model with nonlocal alpha-effect
Babcock-Leighton型非定域α效应由于磁螺旋度守恒而不易发生灾难性猝灭。这是一个发电机模型，它联合应用非局部α效应，抗磁泵，和磁α效应的动力学方程。相同的模型显示灾难性的淬火时，α效应改变其本地配方。非局部模型显示了偶极对称磁场的优先激发，其振荡周期约为10年，并且具有约1000倍的环极场比。
2011-01-17 astro-ph.SR
Algebraic Quantification of the Contribution of Active Regions to the Sun's Dipole Moment: Applications to Century-scale Polar Field Estimates and Solar Cycle Forecasting
本研究利用百年太阳观测数据验证了代数量化方法估算太阳活动极小期偶极矩的有效性，佐证了Babcock-Leighton机制的核心作用，并基于该方法预测第25太阳活动周为中等偏弱周期。
2024-05-07 astro-ph.SR
