Improvement of the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) Vector Magnetic Field Inversion Code
自2010年5月以来，一个谱线反演代码，非常快速反演的斯托克斯矢量（VFISV），已被用来推断太阳大气参数的分光偏振观测太阳动力学天文台（SDO）上的日震和磁成像仪（HMI）。在当前版本的VFISV中，磁性填充因子（具有被磁场占据的分辨率元素的表面的分数）被设置为具有恒定值1。本报告描述了一种改进的反演策略，用于在空间上未完全分辨的区域中使用HMI观察到的中间值磁场强度的分光偏振数据。VFISV反演代码已被修改，使反演的斯托克斯配置文件与两个不同的组件：一个磁性和非磁性。在该方案中，除了磁场强度、倾角和方位角之外，两个分量共享大气分量。为了确定新策略是否有用，我们使用贝叶斯分析评估用一个磁分量（HMI反演的原始版本）和用两个分量（改进版本）反演的推断参数。在具有中间磁场强度的像素（例如，谱段）中，新版本提供填充分数和磁场向量的统计显著值。不仅改善了Stokes剖面的拟合，而且唯一地获得了磁参数和视线速度的推断。新的策略也被证明是有效的，以减轻异常的半球偏置在东-西磁场分量在中等场区。
2021-11-02 astro-ph.SR
Helioseismic inversion to infer depth profile of solar meridional flow using spherical Born kernels
太阳纬向流的精确推导对于理解太阳发电机过程至关重要。在太阳表面测量的波的传播时间，如果波在太阳内部传播时遇到扰动，例如声速或流动，则会发生变化。使用被称为灵敏度核的函数，我们可以对导致旅行时间测量偏移的潜在异常进行成像。对大尺度结构的推断，如球面环流，需要计算球面几何中的灵敏度核。Mandal等人（2017）在第一玻恩近似的极限下计算了这种球形核。在这项工作中，我们使用从6年的SDO/HMI数据和这些敏感性内核获得的旅行时测量进行反演纬向环流。我们通过对流函数进行反演来加强质量守恒。通过将解投影到半径为三次B样条和纬度为Legendre多项式基的导数上来减少自由参数的数量，从而改善了反问题的条件数。在进行实际反演之前，我们验证了我们的合成观测方法。反演结果表明，在低于0.78 $R_\odot$的深度处存在回流的单细胞剖面。
2018-07-01 astro-ph.SR
VFISV: Very Fast Inversion of the Stokes Vector for the Helioseismic and Magnetic Imager
本文详细介绍了一种新的偏振辐射转移方程反演程序（VFISV：Very Fast inversion of the Stokes vector）的实现和主要性质。VFISV将定期分析太阳动力学观测台（SDO）上的日震和磁成像仪（HMI）的管道数据。它将每隔10分钟提供太阳光球层磁场矢量的全磁盘地图（4096 $\times$ 4096像素）。因此，VFISV经过优化以实现反转速度，使其能够每10分钟反转1600万个像素，并且数量适中（约为1000万像素）。50)的CPU。在这里，我们重点描述了一些重要的细节，简化和调整，使我们能够显着加快反演过程。我们还详细介绍了从分光偏振仪板上的日之出航天器的数据进行测试。
2009-01-18 astro-ph.IM astro-ph.SR
Meridional Flow in the Solar Convection Zone II: Helioseismic Inversions of GONG Data
子午流被认为在太阳对流区的动力学中起着非常重要的作用;然而，由于其相对较小的振幅，精确测量它构成了一个重大的挑战。在这里，我们提出了一个完整的时间-距离日震分析约两年的地基龚多普勒数据检索纬向环流配置文件中的温和的纬度，试图证实其他研究的结果。我们使用一个经验校正的旅行时间，由于一个未知的中心到肢体的系统性影响。日震反演程序首先测试和合理验证人工数据从大规模的数值模拟，然后通过测试广泛恢复太阳差异旋转发现全球地震。从GONG的数据，我们测量向极光球流在所有纬度的属性与早期的研究，和浅赤道流约$65$ \，毫米以下的表面，在最近的调查结果从HMI数据一致。在深度和纬度上都没有发现多环流圈的有力证据，但整个相空间尚未被探索。质量通量守恒的测试，然后进行推断龚和HMI流量和比较，从模型的基准数值基线，我们发现，连续性方程是不满意的。虽然这两个不同的数据集确实给出了关于内半径外$15\%$的类似结果，但当在适度的时间尺度上解释时，总的倒置环流模式在质量守恒方面似乎是不物理的。我们可以将其归因于实现噪声的影响以及数据和测量过程中的细微影响。
2015-04-30 astro-ph.SR
Helioseismic holography of simulated sunspots: magnetic and thermal contributions to travel times
波通过太阳黑子的传播涉及声波和磁波之间的转换。此外，太阳黑子的热结构与安静太阳的热结构有很大不同。因此，对太阳黑子的当地日震测量结果的解释长期以来一直是一个挑战。为了理解这些测量结果，我们对太阳黑子中的波传播进行了数值模拟。日震全息测量所得到的模拟波场显示定性协议与实际太阳黑子的观测。我们使用额外的数值实验来确定，分别，太阳黑子的热结构的影响和太阳黑子磁场的直接影响。我们使用射线近似表明，热（非磁性）太阳黑子模型中的走时偏移主要是由威尔逊凹陷引起的波路径变化产生的，而不是波速度的变化。这表明，太阳黑子地下结构的反演必须考虑到密度的局部变化。在水平相速度和频率的某些范围内，在全磁太阳黑子模型和热模型中测量的旅行时间之间存在一致性（在模拟中的噪声水平内）。如果这一结论被证明对大范围的模型都是可靠的，那么它将为太阳黑子结构的反演提供一条道路。
2016-08-17 astro-ph.SR
Combined helioseismic inversions for 3D vector flows and sound-speed perturbations
时距日震学是通过波的传播时间研究波在太阳内部传播的方法。波包的传播时间包含关于沿着波的传播路径积分的内部条件的信息。我们介绍了一种改进的方法的时间-距离日震学，它允许我们一次反演一个完整的三维矢量的流量和声速扰动。使用这种方法，人们还可以推导出平均值的垂直分量的流量和串扰之间的流量和声速扰动。我们使用SOLA方法与串扰的最小化作为逆建模的工具。在正演模型中，我们使用Born近似走时灵敏度核函数，并以S模型为背景。该方法进行了验证，使用正向建模的旅行时间与平均值和差异点到环平均的几何形状应用到一个快照的完全自洽模拟的对流。我们在合成数据上测试了该方法。我们证明，我们能够恢复近地层中的流量和声速扰动。我们利用了我们的方法对整个垂直速度的敏感性，而不仅仅是像其他可用的方法那样对它的变化敏感。垂直流分量和声速扰动的串扰对于水平流分量的反演只有可忽略的影响。矢量流的垂直分量或声速扰动的反演受水平分量的串扰影响，需要将其最小化，以提供有效的结果。似乎有一个几乎恒定的矢量流的垂直分量和声速扰动之间的串扰。
2019-01-04 astro-ph.SR
Supervised Neural Networks for Helioseismic Ring-Diagram Inversions
New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比校区）；Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系研究所）；Georg-August-Universität Göttingen（格奥尔格-奥古斯特-哥廷根大学）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
反演环拟合参数以获得8年SDO观测的环图分析中的地下水流图在计算上是昂贵的，需要~3200 CPU小时。在本文中，我们将机器学习技术应用于反演，以加快计算速度。具体而言，我们训练预测地下流动使用的模式拟合参数和以前的反演结果，以取代未来的反演要求。我们利用人工神经网络作为一种监督学习方法来预测15度环瓦中的流动。为了证明机器学习结果仍然包含当地日震研究的关键细微特征，我们使用机器学习结果来研究最近发现的太阳赤道Rossby波。人工神经网络计算效率高，能够在几秒钟内对整个卡林顿旋转的未来流量进行预测，这比目前的31个CPU小时要快得多。网络的初始训练需要约3个CPU小时。经过训练的人工神经网络可以实现的均方根误差约等于速度反演报告的一半，这证明了机器学习的准确性（以及可能高估了环图管道的原始误差）。我们在机器学习流程中发现了赤道Rossby波的签名，涵盖了六年的数据，表明小幅度信号得到了维持。机器学习流程图中Rossby波的恢复可以仅用一次卡林顿旋转（27.275天）的训练数据来实现。我们已经证明，机器学习可以应用于当前的环图反演，并且比当前的环图反演更有效。机器学习的计算负担包括初始训练的3个CPU小时，然后是未来预测的大约0.0001个CPU小时。
2019-01-06 astro-ph.SR cs.LG
A SART-Based Iterative Inversion Methodology to Infer the Solar Rotation Rate from Global Helioseismic Data
本文提出基于 SART 的迭代太阳自转反演方法，可解析不确定性与平均核，并在模拟频率分裂中相较 RLS 提升精度、范围和分辨率。
2024-06-14 astro-ph.IM astro-ph.SR
Systematic Center-to-Limb Variation in Measured Helioseismic Travel Times and Its Effect on Inferences of Solar Interior Meridional Flows
我们报告了一个系统的中心到肢体的变化，在测量日震旅行时间，这必须考虑到一个准确的测定太阳内部纬向流。利用SDO/HMI和SDO/AIA观测资料进行日震时距分析时发现，不同观测量的日震系统变化在走时大小和变化趋势上存在差异。目前尚不清楚是什么导致了这种系统性影响。从沿中央子午线区域获得的南北向走时中减去沿赤道区域获得的与纬度相关的东西向走时，对于不同的观测值给出了非常相似的结果。我们建议这是一个有效的程序，消除系统的中心到肢体的变化。从校正的旅行时间反演得到的地下湍流比不去除系统效应得到的慢约10 m/s。探测到的中心到边缘的变化可能有重要的影响，在推导的深层内部的对流，需要更好地理解。
2012-03-08 astro-ph.SR
Time-Distance Helioseismology of Two Realistic Sunspot Simulations
线性时距日震反演是利用几种滤波方案进行的，以确定矢量流速度在两个$\sim100^2\,{\rm Mm^2}\times 20\,{\rm Mm}$现实磁流体动力学太阳黑子模拟的25小时。一个模拟域包含一个完整的太阳黑子模型（即一个本影和半影），而另一个包含一个孔（即一个点没有半影）。目标是使用这些最先进的磁结构模拟来测试当前的日震方法。我们发现，在距点中心25- 30 μ m处，反演流图和模拟流图之间的水平流相关性在3 μ m以上相当高（$\sim0.5$-0.8），但在较小的距离和较大的深度处则明显较低。反演的正演模拟的旅行时间始终优于我们测量的旅行时间的水平流相关性，这表明我们无法恢复这些活跃地区附近的流动结构，主要是由于这样一个事实，即我们无法准确地测量旅行时间附近的强磁性功能。在许多情况下，反演的速度幅值低估了模拟的速度幅值高达50%，这可能表明正演问题的非线性。在每一种情况下，我们发现，我们的反演是无法恢复的垂直流动结构的模拟在任何深度。
2014-08-14 astro-ph.SR
The Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) Vector Magnetic Field Pipeline: Overview and Performance
日震和磁成像仪（HMI）于2010年5月1日开始从太阳动力学观测台（SDO）进行近乎连续的全圆盘太阳测量。自动处理管道与观测保持同步，以从滤波图序列中产生可观测的量，包括光球矢量磁场。主要的720 s观测数据在2010年中期发布，包括在六个波长测量的斯托克斯偏振参数以及强度，多普勒速度和视线磁场。更先进的产品，包括全矢量磁场，现在可以使用。自动识别的HMI活动区域补丁（HARPs）可在整个使用寿命期间跟踪磁性区域的位置和形状。使用针对HMI管道优化的斯托克斯矢量的快速反演（VFISV）代码计算矢量场;使用最小能量（ME 0）代码解决剩余的180度方位模糊度。Milne-Eddington反演是在所有的全磁盘HMI观测上进行的。消歧，直到最近只运行在HARP区域，现在实现了整个磁盘。斑块中的矢量和标量用于推导可能对预测有用的活动区域指数;数据图和指数收集在SHARP数据系列中，hmi.sharp。图块以CCD坐标和日面坐标提供。HMI提供矢量场的连续覆盖，但具有适度的空间、光谱和时间分辨率。再加上分析和解释技术的局限性、轨道速度的影响和仪器性能，所产生的测量结果具有一定的动态范围和灵敏度，并受到本报告所述的系统误差和不确定性的影响。
2014-04-07 astro-ph.SR
Inference of solar rotation from perturbations of acoustic mode eigenfunctions
今天的太阳内部自转速率剖面图基本上是由共振声波频率分裂的日震分析得出的。在这里，我们提出了另一个，补充估计的内部太阳自转速率使用的声波形状的扰动。为此目的，我们扩展了全球日震的方法，以前开发的调查的纬向流\cite{schad11, schad12, schad13}的差分旋转的组件上工作。我们讨论了旋转对模式本征函数和基于此的观测量的影响。基于使用模拟的旋转速率剖面的数值研究，我们定制了反演方法，并考虑了存在额外的湍流的情况。然后将这种反演方法应用于MDI（迈克尔逊多普勒成像仪搭载太阳日光层天文台（SoHO））仪器和HMI（日震和磁成像仪搭载太阳动力学天文台（SDO））仪器的数据。最后比较了特征函数扰动法和频率分裂法估计的转速分布。从两种不同的方法的旋转速率配置文件是在定性良好的协议，特别是MDI数据。在高纬度地区$> 50^{\circ}$和近地表下获得显著差异。HMI数据的结果显示不同方法之间的差异较大。我们发现，这两个全球日震方法提供了测量太阳自转的互补方法。比较不同方法的结果可能有助于揭示影响基于特征函数扰动的分析的系统性影响，如湍流测量。
2020-02-14 astro-ph.SR
Helioseismic Holography of Simulated Sunspots: dependence of the travel time on magnetic field strength and Wilson depression
改进从地震特征确定太阳黑子地下结构的方法，需要更好地了解波与磁场集中的相互作用。我们的目标是量化太阳黑子内部结构的变化对当地日震信号的影响。我们数值模拟了随机波场通过具有不同性质的太阳黑子模型的传播，解释了250和550 km之间的Wilson低压和1500和3500 G之间的光球本影磁场的变化。结果表明，在频率高于约3.50 mHz（取决于相速滤波器）的走时偏移对磁场强度不敏感。这些波的传播时间完全由威尔逊低压和声速扰动决定。波的传播时间与较低的频率是受磁场的直接影响，虽然光球场强度低于1500 G不会留下显着的痕迹上的旅行时间的测量。这些结果可能被用来开发简化的旅行时反演方法。
2017-05-25 astro-ph.SR
Computing Helioseismic Sensitivity Kernels for the Sun's Large-Scale Internal Flows using Global-Scale Wave-Propagation Simulations
在太阳表面可观测到的日震波可以用来探测太阳内部的性质。通过测量日震在地表不同位置之间的走时，可以使用所谓的灵敏度核来推断流动和其他内部性质，灵敏度核将走时偏移量与内部性质的变化联系起来。特别是，灵敏度内核的流量已经开发在过去，使用射线或玻恩近似，并已被用来推断太阳内部的流动，如日冕环流，这是特别感兴趣的理解太阳的结构和动力学。在这里，我们介绍了一种新的方法来推导三维灵敏度内核的大规模水平流在太阳内部。我们进行全球太阳波传播模拟，通过784个小流量扰动单独放置在模拟太阳的内部，并测量这些扰动引起的日震走时的变化。每个测量值对应于连接流扰动速度和灵敏度核的线性方程。通过求解由此产生的耦合线性方程组，我们推导出水平流的三维灵敏度内核，具有纵向分量（平行于波的行进方向）和横向分量（垂直于波的行进方向）。的内核表现出“香蕉”的形状，类似的内核使用玻恩近似方法，并表明，横向分量是不可忽略的内部流反演。
2021-02-12 astro-ph.SR
Helioseismic Imaging of Fast Convective Flows Throughout the Near-Surface Shear Layer
使用一个新的环图日震学的实施，我们确定整个近地表剪切层的对流的强度和空间尺度。我们的环形图技术采用高度重叠的分析区域和一种有效的三维反演方法来测量对流运动，其分辨率范围从表面的$3 \ \mathrm{Mm}$到底层的$80 \ \mathrm{Mm}$。我们发现均方根水平流速在光球层的$427 \ \mathrm{m \ s^{-1}}$处达到峰值，并在$20 \ \mathrm{Mm}$和$30 \ \mathrm{Mm}$之间下降到最小值$124 \ \mathrm{m \ s^{-1}}$。从速度振幅和占主导地位的水平尺度看到在每个深度，我们推断对流的旋转影响的水平是低的表面附近，但过渡到一个显着的水平在近地表剪切层的底部与Rossby数之间变化2.2低至0.1。
2015-04-02 astro-ph.SR
Constraining Global Solar Models through Helioseismic Analysis
对太阳内部动力学的全球流体动力学模拟侧重于利用日震反演的结果作为约束，复制类似太阳的差异自转和纬向环流的条件。然而，对双曲环流的推论提供了有争议的结果，表明沿着半径可能有一个、两个或多个细胞。为了解决这一争议，并制定一个更强大的了解全球流动制度在太阳内部，我们采用了“正演模拟”的方法来分析日震签名的数值模拟得到的纬向环流剖面。我们采用全球声学建模代码GALE来模拟声波的传播，通过制度的平均质量流产生的全球流体动力学和磁流体动力学模型：EULAG，ERAG代码，和瑞利代码。这些模型被用来创建合成多普勒数据产品，作为当地时间距离日震学技术的输入。通过全球数值模拟获得的解决方案的日震走时信号直接与太阳观测的推论进行比较，以直接的方式对全球模型参数设置额外的约束。我们表明，即使这些模型能够复制太阳一样的差异旋转，由此产生的旋转约束对流开发一个多细胞的全球纬向环流配置文件是可测量的不一致与当地的时间距离推断的太阳观测。然而，我们发现，接近模型表面的旋转不受约束的对流的发展是能够保持太阳一样的差分旋转，同时具有显着的影响日震走时信号，复制太阳观测误差的一个标准差内，由于噪声。
2022-04-11 astro-ph.SR
Entropy proxy inversions as tracers of the evolution of physical conditions at the base of the solar convective envelope
本文提出可由日震学反演获得的太阳对流包层修订版熵代理，用以约束对流区底部热力学条件，并证明其可排除绝热超射、指示不透明度修订需求。
2025-06-11 astro-ph.SR
Time--Distance Helioseismology Data Analysis Pipeline for Helioseismic and Magnetic Imager onboard Solar Dynamics Observatory (SDO/HMI) and Its Initial Results
太阳动力学天文台（SDO/HMI）上的日震和磁成像仪提供了对太阳振荡的连续全圆盘观测。我们开发了一个基于时间-距离日震学方法的数据分析管道，使用HMI多普勒频移观测来测量声学旅行时间，并通过反演这些测量来推断太阳内部特性。该管道用于每8小时制作一次深度范围从0到20微米的地下波速扰动和水平流速的近实时全磁盘地图。此外，卡林顿次表层属性的天气图是从这些全磁盘地图。该管道还可用于选定的目标区域和时间段。我们解释了管道组织和程序的细节，包括HMI多普勒观测的处理，旅行时间的测量，反演以及全磁盘和天气图的构造。一些初步的结果，从管道，包括全磁盘流图，太阳黑子次表面流场，和内部旋转和湍流速度，提出。
2011-03-23 astro-ph.SR
Validating inversions for toroidal flows using normal-mode coupling
简正模耦合是一种日震技术，它利用模本征函数的测量来推断太阳的内部结构。这项技术使人们对太阳内部环形流的演变和结构有了深入的了解。在这里，我们通过生成与输入流相关联的合成地震测量值并比较输入和反演速度来验证法向模耦合的反演算法。我们研究了四种不同的情况下，输入环形流和计算合成，考虑到部分可见的太阳。我们使用减法最优局部化的AZERTAGE（SOLA）反演合成，并试图减轻模式泄漏的系统性。我们证明，最终，反演是一样好的模型，我们假设流速之间的相关性。
2020-08-20 astro-ph.SR
Forward Modeling Helioseismic Signatures of One- and Two-cell Meridional Circulation
利用线性化欧拉方程的三维全局求解器，模拟了具有深回流和浅回流的单胞涡旋环流以及具有强反向和弱反向的双胞涡旋环流的背景速度流场上的声振荡。使用平均场流体动力学和发电机模型产生的速度-通过最小的参数变化的制度移动;反旋转的速度跃层的基地附近的诱导的符号反转的非扩散作用的湍流雷诺应力（$Λ$ -效果）由于径向不均匀的科里奥利数。通过模仿随机激发的共振模式在对流内部，我们模拟实现噪声存在于太阳观测。使用深聚焦分析四个制度之间的旅行时签名的差异，以及比较太阳观测，我们表明，目前的日震技术可能提供重要的见解的位置和强度的回流，但是，它可能目前无法明确区分配置文件的单电池或双电池纬向环流。
2022-02-11 astro-ph.SR
Helioseismic Investigation of Modeled and Observed Supergranule Structure
“平均”超颗粒的地下结构来自现有的HMI管道时间距离数据产品，并与Duvall和Hanasoge（2013）中详细描述的最佳日震流模型进行比较。我们发现它们之间存在着显著的差异。与模型预测的浅层结构不同，平均HMI超颗粒在深度上非常延伸，表现出水平流出到$7$ -$10$ ~Mm，随后是弱流入，达到光球层以下$\sim20$ ~Mm的深度。平均超颗粒水平方向的最大速度比模型小得多，其近地表流场RMS值比常引用的超颗粒$\sim250-350$ ~ $\rm{m\,s^{-1}}$值小一个数量级。大部分的整体HMI超颗粒结构和它的弱流振幅可以解释通过检查HMI管道平均内核的近表面反演，这是发现是非常广泛的深度，和几乎相同的另一个方面的灵敏度沿$z$ -方向。我们还表明，前向建模的旅行时间在玻恩近似使用模型（来自射线理论的方法）是不一致的测量旅行时间的平均超颗粒在任何距离。我们的研究结果表明，用于研究超颗粒的典型技术存在系统性不准确性，证实了Duvall和Hanasoge（2013）的一些结果。
2015-04-06 astro-ph.SR
Disambiguation of Vector Magnetograms by Stereoscopic Observations from the Solar Orbiter/Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) and the Solar Dynamic Observatory (SDO)/Helioseismic and Magnetic Imager (HMI)
光球矢量磁场的光谱偏振重建本质上受到横向分量方向上所谓的180 $^\circ$模糊性的限制。太阳轨道飞行器的成功发射和运行使得仅使用从两个不同有利位置获得的观测就可以消除180 $^\circ$模糊度。虽然利用这种可能性在原则上是直截了当的，但在实践中却不那么直截了当，因此，必须根据卫星轨道和测量原则评估准确性和局限性。在这项工作中，我们提出了一个立体消歧方法（SDM），并讨论了一个彻底的测试，其准确性的应用程序建模的活跃地区和安静的太阳观测。在第一系列的测试中，我们采用从三个不同的数值模拟作为测试场提取的磁图，并从不同的角度和距离的磁图模型观测。在这些更理想化的测试中，SDM被证明在应用于中等至良好分辨率的字段时达到100%的消歧准确度。即使在消除具有显著欠分辨尺度的安静太阳磁图的歧义的情况下，SDM也根据场强提供82%至98%之间的准确度。SDM的精度被认为是最敏感的可变分辨率的太阳轨道器在其高度椭圆轨道，以及所观察到的领域的内在规模。最后，作为一个更现实的测试，我们认为磁图，使用辐射转移反演代码和SOPHISM仪器模拟器应用到一个孔隙的三维模拟，并提出了初步的讨论观察到的字段上的视角的效果。
2021-12-20 astro-ph.SR
HMI Ring Diagram Analysis: Effects of tracking, noise and resolution
环形图分析是一种标准的局部日震技术。太阳动力学观测台（SDO）上的日震和磁成像仪（HMI）的数据通常用于环图分析，与功率谱的拟合以及反演结果是标准数据产品。在本文中，我们研究不同的跟踪率，噪声和分辨率对环图结果的影响。大多数分析是针对$15^\circ$图块的，但我们也检查了不同图块大小的影响。我们发现最大的影响是分辨率。多普勒噪声对结果的影响很小，除了可能在最深的区域，对于这些区域，瓦片可以给出可靠的结果;跟踪速率的变化具有类似的影响。
2022-06-01 astro-ph.SR
Time--distance inversions for horizontal and vertical flows on supergranular scales applied to MDI and HMI data
我们研究的可能性一致的MDI全圆盘日震活动的HMI观测数据集不断增长的扩展。为此，我们对HMI多普勒图进行下采样和滤波，使得所得的空间功率谱与MDI全圆盘多普勒图的空间功率谱相似。使用相同的代码处理来自两种仪器的共空间和共时间数据立方体对，并且对于近地表层中的等离子体流的所有三个分量独立地反转。两种仪器的结果高度相关，但HMI的流量幅值系统性较大（约20%）。我们认为这可能是多普勒信号形成深度不同的影响
2013-02-04 astro-ph.SR
Comparison of solar surface flows inferred from time--distance helioseismology and coherent structure tracking using HMI/SDO observations
我们使用日震时间-距离反演和相干结构跟踪太阳颗粒的太阳表面上的水平流的测量进行比较。跟踪提供了太阳表面上的二维水平流，而时间-距离反演估计了浅近地层中的全三维速度流。这两种技术都使用HMI观察作为输入。我们发现从这两种技术产生的各种测量之间的良好的相关性。此外，我们发现这些测量值和时间平均多普勒视线速度之间有很好的一致性，并且还对由3-D时间-距离反演产生的垂直流进行了合理性检查。
2013-05-04 astro-ph.SR
Validating Time-Distance Helioseismology With Realistic Quiet Sun Simulations
线性时距日震反演矢量流速度进行测量，从两个$\sim 100^2\,{\rm Mm^2}\times 20\,{\rm Mm}$现实磁流体静日模拟约20小时的旅行时间。目标是测试目前的地震方法对这些国家的最先进的模拟。使用最近的三维反演方案，我们发现，倒置的水平流图相关的模拟在上$\sim 3$ Mm的域的几个过滤方案，包括相速度，脊，相速度和脊相结合的测量。然而，在某些情况下，反演的速度幅值严重低估了模拟的速度幅值，这可能表明正问题的非线性。我们还发现，虽然近地表反演的垂直velocites最好使用相速度滤波器，在几乎所有其他的例子中，这些流量是不可挽回的，由于噪声，这表明需要统计平均，以获得更好的推论。
2014-04-17 astro-ph.SR
Measurement of low signal-to-noise-ratio solar p modes in spatially-resolved helioseismic data
我们提出了一个适应的旋转校正，m平均光谱技术，旨在观察低信噪比，低频太阳p模式。选择给定（n，l）多重峰的2l+1 m个谱中的每一个的频移，以使m平均谱的似然最大化。高信噪比可以由组合单独的低信噪比、单独的m光谱产生，其中没有一个光谱会产生足够强的峰来测量。我们将该技术应用于龚和MDI的数据，并表明，它使我们能够测量模式与较低的频率比那些与经典的峰值拟合分析的个人-m光谱。我们测量它们的中心频率、分裂、不对称性、寿命和振幅。这种新方法提供的低频、低角和中角对应于对太阳内部深层至核心和辐射内部敏感的模式。此外，低频模式具有更深的上转折点，因此对外层的湍流和磁场以及外部边界条件性质的不确定性不太敏感。由于它们在相同的信噪比下具有更长的寿命（更窄的线宽），因此对较低频率模式的频率的确定更准确，并且所得到的反演应该更精确。
2009-02-15 astro-ph.SR
Achieving Consistent Doppler Measurements from SDO/HMI Vector Field Inversions
美国航天局的太阳动力学观测台正在以前所未有的时间和空间分辨率提供整个太阳盘的矢量场观测;然而，该卫星位于高度倾斜的地球静止轨道上。航天器-太阳的相对速度在一天内变化$\pm3$ ~km/s，这在日震磁成像仪数据中引入了主要的轨道伪影。我们证明了轨道文物污染的数据中的所有空间和时间尺度。我们描述了一个新开发的三个阶段的程序，以减轻这些文物的多普勒数据来自米尔恩-爱丁顿反演HMI管道。将该程序应用于AR 11084的全磁盘图像，以产生一致的多普勒图。数据调整将轨道伪影的功率降低了31 dB。此外，我们详细分析了校正后的图像，并表明我们的程序大大提高了数据的时间和光谱特性，而不增加任何新的文物。我们的结论是，这种新的，易于实施的程序使得显着改善的HMI数据的一致性，并在其实用性的精密科学研究。
2015-11-20 astro-ph.SR
Interpretation of Helioseismic Travel Times - Sensitivity to Sound Speed, Pressure, Density, and Flows
时距日震学利用太阳表面波动的互协方差来确定波包从一个表面位置移动到另一个表面位置的旅行时间。我们审查的方法来解释旅行时测量的小，局部扰动水平均匀的参考太阳模型。使用第一玻恩近似，我们推导和计算三维走时灵敏度（Fréchet）内核的扰动声速，密度，压力和矢量流。虽然之前已经计算了声速和流量的内核，但在这里，我们将计算扩展到密度和压力的内核，从而提供了太阳动力学和结构对旅行时间影响的完整描述。我们把三个热力学量作为独立的，不假设流体静力学平衡。我们提出了一个方便的方法来计算阻尼格林函数使用正常模式求和。格林函数必须在波数网格上计算，该网格具有足够的分辨率来解决最长寿命模式。本文中使用的典型内核计算是计算机密集型的，每个内核需要600 CPU小时的数量级。通过计算水平不变扰动导致的旅行时扰动，使用两种独立的方法验证内核。在固定的声速下，密度和压力核通过负乘法因子近似相关，因此意味着密度和压力的扰动难以解开。平均走时不仅对声速、密度和压力扰动敏感，而且对流动，特别是垂直流动敏感。需要精确的灵敏度核来解释复杂的流动模式，如对流。
2015-08-11 astro-ph.SR
Investigating toroidal flows in the Sun using normal-mode coupling
日震观测提供了宝贵的数据集，可用于详细研究太阳内部动力学。在分析这些数据的各种方法中，简正波耦合已被证明是一个强大的工具，用于研究Rossby波，微分旋转，纬向环流和非轴对称多尺度地下流动。在这里，我们反转模式耦合测量日震磁成像仪（HMI）和迈克尔逊多普勒成像仪（MDI）获得质量守恒的环形对流作为深度，空间波数和时间频率的函数。为了确保速度大小的估计是正确的，我们还评估了相关的实现噪声，所造成的有限的可见性的太阳。我们基准的近地表反演对本地相关跟踪（LCT）的结果。对流功率可能假设更大的纬向各向同性的空间尺度的流动减少。我们注意到，在超颗粒尺度上没有一个峰值的超环面流功率，与观察结果表明，超颗粒主要是极向的性质。
2021-08-03 astro-ph.SR
Iterative inversion of synthetic travel times successful at recovering sub-surface profiles of supergranular flows
我们开发了一个日震反演算法，可用于恢复地下垂直剖面的2维超颗粒流从表面测量合成波走时。我们进行了地震波传播模拟，通过一个二维截面的流动剖面，类似于一个平均的超颗粒，和一个起始模型，只有在表面流动。为了我们的测试目的，我们假设波测量完全没有实现噪声。我们在B样条的基础上扩展了超颗粒流函数的垂直剖面。我们迭代地更新超颗粒模型的B样条系数，以减少两个模拟之间观察到的旅行时间差异。我们进行了四个不同的垂直剖面在太阳表面以下的不同深度达到峰值的练习。我们能够准确地恢复深度剖面的四个超颗粒模型的深度高达$8-10\,\text{Mm}$太阳表面以下使用$f-p_4$模式，假设没有实现噪声。我们能够获得每个模型的峰值深度和回流深度。一个基本的解决反演执行显着优于一个在径向网格中的每个点的流场反演。这是一个令人鼓舞的结果，并可能作为一个指导，在开发更现实的反演策略，可应用于太阳的超颗粒流。
2017-08-11 astro-ph.SR
Flare Energy Release at the Magnetic Field Polarity Inversion Line During M1.2 Solar Flare of 2015 March 15. II. Investigation of Photospheric Electric Current and Magnetic Field Variations Using HMI 135-second Vector Magnetograms
这项工作是论文I [Sharykin等人，2018]致力于分析受限的M1.2级太阳耀斑SOL 2015 -03- 15 T22：43中的非热电子动力学和等离子体加热，揭示了极性反转线（PIL）上方低日冕中高度剪切相互作用磁环中的能量释放。目前的工作范围是使第一次广泛的定量分析的光球磁场和光球垂直电流（PVEC）动力学在封闭的耀斑区域附近的PIL使用新的矢量磁图获得的太阳动力学天文台（SDO）上的日震和磁成像仪（HMI）与高时间分辨率为135秒。数据分析揭示了磁结构和PVEC的急剧变化与耀斑爆发附近的PIL。结果表明，耀斑带中等离子体加热和电子加速最强时，磁重联率、总PVEC和有效PVEC密度的增加最大。观测和非线性无力场（NLFFF）外推表明，PIL周围的磁场结构与系留切割磁重联（TCMR）的几何结构一致。我们给出了定性的解释所观察到的动力学的耀斑带，磁场和PVEC，和电子加速，在TCMR方案。
2020-04-20 astro-ph.SR
Thermal Diagnostics with the Atmospheric Imaging Assembly onboard the Solar Dynamics Observatory: A Validated Method for Differential Emission Measure Inversions
我们提出了一种新的方法进行差分发射测量（DEM）反演的窄带EUV图像从大气成像组件（AIA）机载太阳动力学天文台（SDO）。该方法通过求解一个线性规划得到正定DEM解。这种方法已被验证对不同的复杂性和现实的热模型的不同集合。这些包括（1）理想化的高斯DEM分布，（2）NOAA活动区11158的3D模型，包括非线性无力场中的准稳态环路大气，以及（3）来自磁通量出现后AR电晕形成的完全可压缩3D MHD模拟的热力学模型。然后，我们提出的方法的应用AIA活动区11158的观测结果，比较两个连续的太阳旋转该地区的热结构。此外，我们展示了如何DEM反演方法可以适应同时反演AIA和XRT数据，以及如何补充AIA数据与后者提高了反演结果。该方法的速度允许DEM地图的日常制作，从而促进需要在时间和空间上跟踪日冕热结构的科学研究。
2015-04-13 astro-ph.IM astro-ph.SR
Investigating Variations in Solar Differential Rotation by Helioseismology
本文提出含时日震反演方法，结合多源 p 模频率分裂观测，在整个太阳对流区验证发电机波信号并分析自转径向梯度。
2025-05-15 astro-ph.SR
Testing volume integrals of travel-time sensitivity kernels for flows
通过操纵跟踪速率模拟纬向速度并测量东西向走时依赖关系，测试了日震学灵敏度核的体积分，发现ridge filtering数据一致性良好，而phase-speed filtered数据存在差异。
2024-07-12 astro-ph.SR
Space-time segmentation method for study of the vertical structure and evolution of solar supergranulation from data provided by local helioseismology
太阳超微粒化现象仍然是一个谜，尽管几十年的深入研究。关于超微粒化的文献大多涉及其表面性质。当地日震学提供了一个观察地表以下的机会，可以看到这个对流结构的垂直结构。我们提出了一个概念的（3+1）-D分割算法能够识别个人supergranules在序列的日震3-D流程图。作为一个例子，我们应用这种方法的国家的最先进的数据，并得出描述性的统计特性的分段超颗粒-典型的大小为20- 30微米，特征寿命为18.7小时，估计深度为15- 20微米。我们目前的三维结构和进化的超颗粒的主题上获得的初步结果。该方法具有很大的潜力，在分析更好的数据，预计从日震反演，这是正在开发。
2010-06-03 astro-ph.IM astro-ph.SR
Sensitivity kernels for time-distance helioseismology: efficient computation for spherically-symmetric solar models
日震测量的解释，如波的走时，是基于核的计算，使测量的灵敏度，在太阳内部的局部变化。这些都是使用射线或玻恩近似计算的。玻恩近似是优选的，因为它考虑了有限波长效应，但计算成本可能很高。我们提出了一种快速算法来计算走时灵敏度内核的假设下，背景太阳介质是球对称的。核通常表示为格林函数的乘积，这些格林函数取决于深度、纬度和经度。在这里，我们计算球谐分解的内核，并表明，在纬度和经度的积分可以进行分析。特别地，由于Dong和Lemus（2002）的算法，可以计算三个相关联的Legendre多项式的乘积的积分。计算速度快，精度高，只需要知道格林函数的源是在极点。与其他最近的计算框架相比，计算时间减少了两个数量级。这种新方法允许灵活和计算效率高的计算大量的内核，需要在解决关键的日震问题。例如，在100个核上，对流反演所需的所有核的计算需要不到两个小时。
2018-05-16 astro-ph.SR
Acoustic tomography of solar convective flows and structures
本文提出了一种利用声走时资料反演对流区声速、磁场和流速三维结构的日震诊断新方法。这些数据是1991年在南极连续观测和1996年太阳和日光层观测台高分辨率观测所得的声波在太阳表面各点和周围环之间传播时间的测量值。波的传播时间主要取决于声速扰动和沿射线路径的流速。声速扰动和流动的影响可以通过测量沿相同射线路径在相反方向上传播的波的传播时间来分离。磁场导致波速的各向异性。基于费马原理和正则化最小二乘技术的三维反演方法已被应用于推断安静太阳和活动区的对流性质。
2018-06-08 astro-ph.SR
Inversions for Average Supergranular Flows Using Finite-frequency Kernels
我分析的地图记录下的平均等离子体异常下的“平均超颗粒”，通过统计平均超过5582个人的超颗粒，在两个月的HMI多普勒检测到大的发散信号所造成的旅行时间的变化。通过利用三维验证的时间-距离反演代码，我测量的峰值垂直速度为117+/-2米/秒的深度约1.2毫米的中心的超颗粒和均方根垂直速度为21米/秒的超颗粒的面积。这一测量结果与测量的表面垂直速度（几米/秒）之间的差异可以通过Duvall & Hanasoge（2012）最近提出的具有大发散信号的超颗粒表面下存在大幅度垂直流来解释。
2012-09-27 astro-ph.SR
Full Waveform Inversion for Time-Distance Helioseismology
从光球测量的地震波场推断太阳的内部性质构成日震逆问题。在地震测量（如波的传播时间）从他们的基准值估计一个给定的太阳内部模型的偏差意味着该模型是不准确的。在当地日震学的当代反演假设太阳内部的属性是线性相关的测量走时偏差。然而，众所周知，这种假设对太阳黑子和活动区是无效的，而且可能对超颗粒流也是如此。在这里，我们介绍了非线性优化，迭代执行，作为一种手段，大振幅扰动的子表面结构反演。定义罚函数为波走时偏差的$L_2$范数，计算该泛函在相应模型周围每次迭代时相对于相关模型参数%（在这种情况下仅为声速）的总失配梯度。该模型是连续改进使用最速下降，共轭梯度，或拟牛顿有限记忆BFGS。执行非线性迭代需要对像素（例如散射体近场中的像素）进行消隐，这一做法不符合平移不变性的标准假设。这些反演的测量，虽然在原理上与时距日震学中使用的测量相似，但需要一些重新调整。为了简化说明的方法，我们考虑一个2-D的反问题，只有声速扰动。
2014-01-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
One-sided arc averaging geometries in time-distance local helioseismology
太阳振荡的研究（日震学）一直是研究太阳的一个非常成功的方法。日震学告诉我们太阳的结构和平均性质。与中等分辨率的数据一起，在安静的太阳区域发现了当地的属性。然而，磁场影响振荡，并阻止我们用日震学研究磁活动区的性质。我们的目标是建立一种新的方法来抑制磁场对太阳振荡的负面影响，并测量活动区域附近的等离子体特性。该方法包括新的平均几何形状，一个非线性的方法来测量旅行时间，和一致的反演方法，结合等离子体流和声速扰动。我们构造了单侧弧平均几何，并将其应用于走时测量的非线性方法。利用单侧弧走时，我们重建了宁静太阳区域的环带走时。我们测试的方法对验证日震反演管道。我们采用了新的方法反演的表面水平流在一个区域的圆形H型太阳黑子。反演的表面水平流与相干结构跟踪的输出相当，相干结构跟踪不受磁场存在的强烈影响。我们表明，新的方法抑制了磁场的负面影响，外部半影。我们测量发散流的性能可比的护城河流。新的方法学可以告诉我们活动区的深度结构和有助于活动区演化的物理条件。
2021-08-02 astro-ph.SR
Characterising solar surface convection using Doppler measurements
太阳动力学天文台（SDO）上的日震磁成像仪（HMI）记录了表面对流的视线多普勒图像。这些图像被用来获得多尺度对流谱。我们设计了一个流水线来处理原始图像，以去除大规模的特征，如差分旋转，双腔循环，肢体移位和成像伪影。分层等面积像素化方案（HEALPix）用于对清洁图像执行球谐变换。由于我们只能获得太阳表面一半的视线速度，我们定义了一个“混合矩阵”，将观测到的光谱和真实光谱联系起来。这使得通过混合矩阵的反演在一个单一的步骤中的极向和环形流谱的推断。通过对几个流型的反演，我们发现极向流的恢复是最可靠的。我们还发现，极向谱是定性一致的推论，从局部相关跟踪（LCT）的颗粒。垂直运动中的功率分数随波数的增加而增加，对于$\ell = 1500$，功率分数在8%的水平。与地震结果和LCT相反，流动几乎没有时间-频率依赖性。极向流功率在$\ell - |m| \approx 150-250$范围内达到峰值，这可能暗示对流的纬度偏好。
2021-05-25 astro-ph.SR
Inferring Line-of-Sight Velocities and Doppler Widths from Stokes Profiles of GST/NIRIS Using Stacked Deep Neural Networks
New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
通过斯托克斯反演获得高质量的磁场和速度场在太阳物理中至关重要。在本文中，我们提出了一种新的深度学习方法，称为堆叠深度神经网络（SDNN），用于从大熊太阳天文台（BBSO）1.6米古德太阳望远镜（GST）上的近红外成像光谱仪（NIRIS）收集的斯托克斯剖面中推断视线（LOS）速度和多普勒宽度。SDNN的训练数据由BBSO使用的Milne-Eddington（ME）反转码准备。我们定量评估SDNN，将其反演结果与ME反演代码和相关机器学习（ML）算法（如多支持向量回归，多层感知器和像素级卷积神经网络）获得的结果进行比较。我们的实验研究的主要发现总结如下。首先，SDNN推断的LOS速度与ME计算的LOS速度高度相关，Pearson积矩相关系数平均接近0.9。其次，SDNN比ME反演代码更快，同时产生更平滑和更清晰的LOS速度和多普勒宽度图。第三，SDNN产生的映射比相关ML算法产生的映射更接近ME的映射，表明SDNN比ML算法具有更好的学习能力。最后，将基于GST/NIRIS的ME和SDNN反演结果与太阳动力学观测站的日震和磁成像仪在耀斑活动区NOAA 12673的反演结果进行了比较。我们还讨论了扩展SDNN推断矢量磁场的经验评估。
2022-10-08 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.LG
SynthIA: A Synthetic Inversion Approximation for the Stokes Vector Fusing SDO and Hinode into a Virtual Observatory
University of Michigan（密歇根大学）；NASA GSFC（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；NorthWest Research Associates（西北研究协会）；Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory（洛克希德·马丁太阳与天体物理实验室）；Stanford University（斯坦福大学）
美国航天局的太阳动力学观测台和日本宇宙航空研究开发机构/美国航天局的日出号飞行任务都包括用于测量光球层磁场的分光偏振仪器。SDO的日震和磁成像仪（HMI）强调全磁盘高节奏和良好的空间分辨率数据采集，而Hinode的太阳光学望远镜分光偏振仪（SOT-SP）则侧重于高空间分辨率和光谱采样，但代价是视场有限，时间节奏较慢。这项工作引入了一个名为SynthIA（合成反演近似）的深度学习系统，该系统可以通过捕捉每种仪器的最佳特性来增强这两项任务。我们使用SynthIA产生一种新的磁图数据产品SynodeP（合成Hinode管道），它模仿来自更高光谱分辨率Hinode/SOT-SP管道的磁图，但来自全磁盘，高节奏和较低光谱分辨率SDO/HMI Stokes观测。结果显示，SynodeP与Hinode/SOT-SP管道反演具有良好的一致性，包括磁性填充分数，这是当前SDO/HMI管道所不提供的。SynodeP进一步显示SDO/HMI数据中存在的24小时振荡幅度减小。为了证明SynthIA的一般性，我们使用SDO/AIA数据和HMI数据的子集作为输入，这使得保真度之间的权衡，以Hinode/SOT-SP反演，所使用的观测值的数量，和时间的文物。我们讨论了可能的概括SynthIA和它的影响空间天气建模。这项工作是密歇根大学NASA太阳物理学驱动科学中心（SOLSTICE）的一部分，获得NASA 80…
2021-08-27 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.CV
Sudden Photospheric Motion and Sunspot Rotation Associated with the X2.2 Flare on 2011 February 15
日震和磁成像仪提供45秒的节奏强度图像和720秒的节奏矢量磁图。这些前所未有的高节奏和高分辨率数据为我们提供了一个独特的机会来研究与耀斑相关的光球流和太阳黑子旋转的变化。分别采用微分仿射速度估计方法和傅立叶局部相关跟踪方法，计算了2011年2月15日NOAA AR 11158耀斑期间光球流的速度和涡度，并研究了X2. 2耀斑前后光球流的时间演化.结果表明，在耀斑的脉冲阶段，耀斑磁极性反转线附近的剪切流突然减小，两个主黑子的自转运动都发生了突变。这些结果在Hudson等人（2008）和Fisher等人（2012）提出的洛伦兹力变化的背景下进行了讨论。这一机制可以解释光球矢量磁场的快速不可逆变化与观测到的耀斑短期运动之间的联系。特别地，由水平洛伦兹力变化提供的扭矩与所测量的角加速度所需的一致。
2014-01-30 astro-ph.SR
Investigating the Magnetic Imprints of Major Solar Eruptions with SDO/HMI High-Cadence Vector Magnetograms
太阳活动区光球磁场在主要爆发事件期间迅速演变，表明日冕有明显的反馈。以前的研究，这些“磁印记”大多是基于视线或较低的节奏矢量观测;时间分辨描绘的矢量场的演变是迄今为止缺乏。在这里，我们介绍了高节奏（90~s或135~s）矢量磁图数据集的日震和磁成像仪（HMI），这是非常适合研究的现象。这些观测允许定量表征在水平场分量（$B_h$）中最明显的永久性、阶梯状变化。一个高度结构化的模式出现从分析的原型事件，\texttt{SOL2011-02-15T01:56}，其中$B_h$附近的主极性反转线显着增加，在早期阶段的相关耀斑的时间尺度为几分钟，而$B_h$在外围减少，在较晚的时间较小的幅度和稍长的时间尺度。该数据集还允许有效识别“磁瞬变”伪影，其中增强的耀斑发射改变了斯托克斯轮廓，并且推断的磁场变得不可靠。我们的研究结果提供了太阳爆发的动量过程的见解。该数据集也可能有助于研究太阳地震和日冕的数据驱动建模。
2017-04-07 astro-ph.SR
