On the origin of the solar hemispherical helicity rules: Simulations of the rise of magnetic flux concentrations in a background field
太阳活动区和太阳黑子被认为是由太阳内部出现的强环形磁通量形成的。这种事件的建模集中在紧凑的磁性实体的动力学上，俗称为“通量管”，通常被认为是嵌入在无场环境中的孤立磁性结构。在本文中，我们表明，放松这种理想化的假设可以导致令人惊讶的不同的动态。我们考虑了在初始静止绝热分层可压缩流体中，嵌入在大尺度填充体积水平场中的管状通量浓度的上升。在前一封信中，我们揭示了一个意想不到的主要结果，即在管底部与背景场对齐的扭曲浓度比相反方向更容易上升（对于某些参数值）。这种偏差导致了一个选择规则，当应用于太阳动力学时，与被称为太阳半球螺旋度规则（SHHR）的观测结果一致。在这里，我们将比前一封信更详细地研究这种选择机制。我们通过模拟探索对参数的依赖性，描绘了选择性上升制度（SRR），其中的偏见。我们提供了一个理论模型来预测和解释模拟动力学。此外，我们创建合成的螺旋度地图从蒙特卡罗模拟模仿SHHR观测，并证明我们的机制解释了所观察到的散射的规则和它的变化在太阳周期。
2021-01-10 astro-ph.SR
Statistical distribution of current helicity in solar active regions over the magnetic cycle
根据20多年的矢量磁仪观测资料，得到了太阳活动区的当前螺旋度分布，其结果符合所谓的半球符号规则，即北半球螺旋度主要为负，南半球螺旋度主要为正。本文利用正态概率纸的方法，重新讨论了这一性质，并将海流螺旋度的统计分布与高斯分布进行了比较。数据样本包括怀柔太阳观测站1988-2005年获得的6630个独立磁图，对应于983个太阳活动区。我们发现了以下内容。(1)在大多数情况下，在时间半球域螺旋度的分布接近高斯分布。(2)在某些区域（某些年份和半球），我们可以清楚地观察到分布与单一高斯分布的显著偏离，其形式为双分量或多分量分布。(3)对于数据集的大多数非单高斯部分，我们看到两个或多个分量共存，其中一个（通常占主导地位）的平均值非常接近零，这对半球符号规则没有太大贡献。另一个分量具有相对较大的螺旋度值，这通常决定了与张等人（2010）报告的全球螺旋度结构一致的半球符号规则的一致性或不一致性。
2013-05-20 astro-ph.SR
Statistical Analysis of Current Helicity and Twist in Solar Active Regions over the Phases of the Solar Cycle Using the Spectro-Polarimeter Data of Hinode
电流螺旋度和太阳磁场扭曲度是表征太阳对流带发电机机制的重要参量。本文对日之出太阳光学望远镜分光偏振仪（SP）观测到的太阳活动区螺旋度进行了统计研究。我们使用了2006年至2012年获得的总共80个活动区域的558个矢量磁图的SOT-SP数据。我们已经应用空间平滑和划分的数据点到弱和强场范围比较不同尺度和场强的贡献。我们发现，当考虑弱磁场（绝对场强$< 300$高斯）时，电流螺旋度遵循所谓的半球符号规则。另一方面，当考虑较强的磁场并应用2.0弧秒的平滑（模仿地面观测）时，电流螺旋度的模式波动并违反半球符号规则。此外，我们还发现了一种倾向，即弱场和倾斜场更好地符合半球符号规则，而强场和垂直场则倾向于违反半球符号规则。强、弱磁场分量螺旋度的这些不同性质，为理解太阳发电机以及太阳活动区的形成和演化机制提供了重要线索。
2014-10-28 astro-ph.SR
Magnetic Helicity Flux across Solar Active Region Photospheres: I. Hemispheric Sign Preference in Solar Cycle 24
在太阳大气中的许多特征中观察到磁螺旋度的主导符号的半球偏好：即，北/南半球的左旋/右旋螺旋度。不同的物理过程，可能有助于所观察到的半球符号偏好（HSP）的磁螺旋度的相对重要性仍在争论中。在这里，我们使用太阳动力学天文台（SDO）上的日震和磁成像仪（HMI）的光球矢量磁场观测，估计了2010年至2017年太阳活动周期24期间出现的1，105个独特活动区域（AR）的4，802个样本的光球表面磁螺旋度通量（$dH/dt$）。$dH/dt$的估计表明，63%和65%的研究AR样本在北半球和南半球，分别遵循HSP。我们还发现，当AR（1）出现在太阳活动周期的早期倾斜阶段或高纬度地区;（2）具有较大的$|dH/dt|$值、总无符号磁通量和平均等离子体流速时，$dH/dt$的HSP从~50-60%增加到~70-80%。这些观测结果支持了HSP的增强主要是由科氏力作用于通过湍流对流区的急剧上升和膨胀的通量管。此外，太阳表面的差异旋转以及通量输送发电机的速跃层$α$效应可能会加强高纬度地区的AR的HSP。
2020-10-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the Origin of Solar Hemispheric Helicity Rules: Rise of 3D Magnetic Flux Concentrations through a Background Magnetic Field
本研究通过三维模拟证实，磁浓度区相对背景磁场的扭转取向选择机制在三维动力学中依然成立，阐明了张力的作用及三维几何的细微差异，为太阳半球螺旋度规则的起源提供了三维动力学解释。
2024-06-18 astro-ph.SR
Evolution of Magnetic Helicity in Solar Cycle 24
我们提出了一种新的方法来重建太阳或类太阳恒星的表面磁螺旋度密度。通过将矢量磁场测量值分解为环向分量和极向分量来确定磁矢量势。使用非轴对称发电机模型的数据验证了该方法。利用太阳动力学天文台（SDO）日震和磁成像仪（HMI）的矢量场天气图，研究了第24太阳周期间磁螺旋度密度的演变。发现太阳非轴对称磁场的平均螺旋度密度的演化方式与目前太阳活动区螺旋度密度的演化方式相似。它在北半球主要是负号，在南半球是正负号。此外，非轴对称磁场的半球螺旋度规则在第24周结束时显示出符号反转。大尺度轴对称磁场的磁螺旋度密度的演化与发电机理论所预期的不同。一方面，在第24周开始时，磁螺旋度密度的大小尺度分量的平均值表现为符号相反的半球螺旋度规则;然而，在周期的后期，两个螺旋度显示出与理论预期相反的相同符号。
2019-05-02 astro-ph.SR
Chirality and Magnetic Configurations of Solar Filaments
结果表明，太阳大气的磁拓扑结构具有半球偏好性，负/正螺旋度分别在北/南半球。然而，半球规则的强度及其周期性变化是有争议的。在本文中，我们应用了一种新的方法，基于灯丝排水571爆发的丝状体从2010年5月至2015年12月，以确定丝状体的手征性和它的半球偏好。发现我们的爆发暗条样品的$91.6\%$遵循螺旋度符号的半球规则。结果表明，在第24周太阳活动周期中，静止暗条的半球偏好强度从上升相的$\sim$ $97\%$到下降相的$\sim$ $85\%$略有下降，而中间暗条的强度始终保持在$96\pm4\%$附近的较高值.只有活跃区的灯丝显示出显着的变化。在上升阶段，半球规则强度从$\sim$ $63\%$上升到$\sim$ $95\%$，在下降阶段，半球规则强度保持较高的值$82\pm5\%$。此外，在太阳活动极大期前后的半年时间里，它们的半球偏好完全消失。此外，我们还利用间接方法对暗条的磁位形进行了诊断，发现在我们的喷发事件样本中，$89\%$是反极性磁条，磁位形为磁绳，而$11\%$是正极性磁条，磁位形为剪切拱状.
2016-12-04 astro-ph.SR
Magnetic helicity of global field in cycles 23 and 24
首次利用Brandenburg等（2003）和Pipin等（2013）提出的方法重建了太阳全球轴对称磁场的磁螺旋度密度。为了确定矢量势的分量，我们应用了通常在平均场发电机模型中使用的规范。这使得重建的螺旋度与平均场发电机模型的预测直接比较。我们将该方法应用于两个不同的数据集：太阳和日光层天文台（SOHO）的迈克尔逊多普勒成像仪（MDI）的视线（LOS）磁场的天气图和矢量磁场测量矢量光谱仪（VSM）对太阳的天气光学长期调查（SOLIS）系统。通过对MDI/SOHO资料的分析，发现在第23太阳周，全球磁场在北（南）半球具有正（负）磁螺旋度。这种半球符号的不对称性与太阳活动区的螺旋度相反，但与平均场发电机模型的预测一致。这些数据还表明，半球螺旋度规则可能在第23个周期的早期和晚期颠倒了它的符号。此外，这些数据表明，南北半球之间的磁螺旋度不平衡。这种不平衡似乎与第23周期中每个半球的总活动水平相关。利用SOLIS/VSM资料反演了第24周上升相的磁螺旋度，其纬向分布与第23周SOHO/MDI资料的纬向分布基本一致。
2014-05-15 astro-ph.SR
Helicity of the solar magnetic field
螺旋度测量现场的复杂性。磁螺旋度由磁场{ \bf B}及其矢势{ \bf A}的标量积上的体积积分给出。直接计算太阳大气中的磁螺旋度是不可能的，这是由于在不同高度的观测不可用，也由于{ \bf A}的非唯一性。无力参数$α$长期以来一直被用作磁螺旋度的代表。阐明了$α$的物理意义及其与磁螺旋度的关系。我们研究了极化噪声对各种磁参数估计的影响。研究了太阳黑子在垂直电流（$J_z$）和$α$方面的精细结构。我们已经介绍了太阳黑子的符号剪切角（SSA）的概念，并建立了它的非无力场的重要性。我们发现，有没有净电流的太阳黑子，即使在存在一个显着的扭曲，显示出一致性，其纤维束的性质。对于给定的X射线耀斑，SASSA下限的存在性对于空间天气预报是非常有用的。一个很好的相关性之间的符号的螺旋在太阳黑子和相关的色球和日冕功能的手征。我们发现，大量的太阳黑子观察到的下降阶段的23日太阳活动周不遵循半球螺旋度规则，而大多数的太阳黑子观察到的新的太阳活动周24日开始遵循。这表明太阳半球螺旋度模式的长期行为。以上就是我的博士论文。
2010-09-27 astro-ph.SR
Magnetic Helicity Flux across Solar Active Region Photospheres: II. Association of Hemispheric Sign Preference with Flaring Activity during Solar Cycle 24
在我们对该系列的早期研究中（Park等人，2020，论文I），我们检查了在太阳活动周期24期间观测到的1105个独特活动区（AR）的4802个样本的光球表面磁螺旋度通量$dH/dt$的半球符号偏好（HSP）。在这里，我们调查HSP的任何关联，表示为依从性程度，与燃烧活动，分析相同的一套$dH/dt$的估计中使用的文件I。研究中的AR样本被分配到在卡林顿经纬度平面上定义的日光区域（HR），网格间距为经度45 $^\circ$和纬度15 $^\circ$。对于每个定义的HR中的AR样本，我们计算HSP依从性的程度和平均软X射线耀斑指数。最强的耀斑活动被发现是在一个独特的HR与一个非常低的HSP依从性为41%相比，平均值和标准差分别为62%和7%，在所有的HR。该唯一的HR显示抗HSP（即，小于50%），并且包括高耀斑产生性AR NOAA 12673，然而，该AR不是HR的低HSP的唯一原因。我们还发现，所有具有最高耀斑活动的HR都位于南半球，并且它们往往具有较低程度的HSP依从性。这些研究结果表明，对流区存在局部区域，湍流增强，使一些上升的磁通量管具有更大的磁复杂性和更高的燃烧率。
2021-02-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Vorticity of Solar Photospheric Flows on the Scale of Granulation
本文利用太阳光学望远镜（SOT）在太阳中央子午线不同纬度上用G波段滤光片（4305 μ m）观测到的时间序列图像，研究了太阳活动最低期宁静区颗粒流的涡度。利用特征相关跟踪（FCT）技术，我们计算了颗粒尺度流的涡度。假设已知的垂直流动模式（向上的颗粒和向下的颗粒间车道），我们推断这些流动的动力学螺旋的迹象。我们发现，颗粒流和颗粒间涡的动力学螺旋度表现出弱的半球偏好，这是在与科里奥利力的作用。然而，这种轻微的半球符号不对称性在平均涡度的大分散性下并不具有统计学意义。利用太阳天气光学长期观测（SOLIS）的全圆盘矢量磁图计算的网络磁场的当前螺旋密度的符号没有显示出任何半球偏好。这两个发现的结合表明，光球发电机上运行的颗粒流的规模是非螺旋的性质。
2016-06-04 astro-ph.SR
Analysis on Correlations between Subsurface Kinetic Helicity and Photospheric Current Helicity in Active Regions
本文通过对两个快速发展的活动区的矢量磁图和次表层速度的分析，研究了光球电流螺旋度与次表层动力学螺旋度之间的相关性。矢量磁图来自SDO/HMI（Solar Dynamics Observatory / Helioseismic and Magnetic Imager）观测的Stokes参数，地下速度来自HMI多普勒时距数据分析管道。在几天的时间跨度内，加权海流螺旋度的变化趋势与加权次表层动力螺旋度的变化趋势相似，两个活动区的相关系数均在0.60以上。此外，似乎有一个相位滞后的未加权电流和地下动力学螺旋度的一个活动区的演变之间。这两个螺旋度之间的良好相关性表明，活动区内部的动力学与光球磁扭曲之间存在某种内在联系，这可能有助于解释众所周知的电流-螺旋度分布的半球预测。
2012-11-10 astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes in dynamos from rotating inhomogeneous turbulence
本文通过直接数值模拟研究了旋转非均匀湍流中的大规模发电机，发现剪切引起的半球小尺度磁螺旋度流能缓解灾难性发电机淬灭，使平均磁场独立于磁雷诺数。
2025-05-01 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Relationship between Chirality, Sense of Rotation, and Hemispheric Preference of Solar Eruptive Filaments
太阳爆发暗条的方向性、手征性和动力学是理解日冕物质抛射（CME）磁场的关键，因此也是预测CME到达地球的地球效应的关键。然而，混乱和争论之间的关系仍然存在的灯丝手征，磁螺旋度，并在喷发期间的旋转感。为了解决观测中的模糊性问题，本文利用立体观测确定暗条顶点的旋转方向，并利用Chen等人（2014）提出的方法确定暗条的手征。我们的12个喷发活动区细丝样本建立了一个强有力的一对一关系，即，在喷发期间，当从上方观察时，左旋/右旋细丝（位于南/北半球）顺时针/逆时针旋转，并且证实了弱的半球偏好，即，在南（北）半球，磁丝和相关的S形都表现出前（反）S形，这表明S形磁丝与其轴在中间倾斜的低位磁通量绳相关联。作为旋转的结果，预计在喷发期间，灯丝的S形投影将被逆转。
2020-02-12 astro-ph.SR
Evolution of Magnetic Helicity and Energy Spectra of Solar Active Regions
我们采用傅立叶变换的磁场两点相关张量的各向同性表示来估计两个独立活动区（NOAA 11158和NOAA 11515）的磁能谱、螺旋度谱和电流螺旋度谱，以及谱指数在它们的发展过程中以及在太阳活动周期间的变化。分析了磁场能量谱指数和电流螺旋度谱指数偏离5/3的情况，发现它低于磁场能量谱指数。此外，分数磁螺旋度有随载能磁结构尺度增大而增大的趋势。NOAA 11515的磁螺旋度违反了预期的半球符号规则，这被解释为在大于30- 60微米的尺度上增强的磁场强度的效果，具有相反的螺旋度符号。这与一般的周期依赖性是一致的，这表明在太阳极大值附近的磁能和螺旋度谱是陡峭的，强调了大尺度场。
2016-02-22 astro-ph.SR
Hemispheric Distribution of Solar Active Regions During Solar Cycles 23-25
本研究利用数目、面积和磁通量三项参数，分析了太阳活动周23-25期间活动区的半球分布，发现显著不对称性及周依赖性，为预测太阳活动强度和理解恒星活动提供了新见解。
2025-04-24 astro-ph.SR
Spectral magnetic helicity of solar active regions between 2006 and 2017
我们使用2006- 2017年期间Hinode的数据计算了太阳表面约2485个边长约100 Mm的斑块的磁螺旋度和能谱。一个广泛的数据库组装，我们列出的磁能和螺旋度，大，小尺度的磁螺旋度，平均电流螺旋度密度，分数磁螺旋度，以及相关长度与日出图标识号（MapID），以及卡林顿纬度和经度为每个MapID。虽然有偏离半球符号规则的磁和电流螺旋度，弱的趋势，这里报告的是与以前的结果。这被认为是一个物理效应与个别活跃地区的主导地位，有助于更强烈地解决日出图。与以前的工作相比，典型的相关长度被发现是6-8微米，而长度尺度相关的磁和电流螺旋度彼此被发现是约1.4微米。
2019-06-16 astro-ph.SR
Temporal Variation of the Hemispheric Solar Rotation
利用1945年1月1日至2010年12月31日的太阳黑子数资料，采用连续小波变换分析方法，研究了太阳自转周期长度的时间变化。对每日半球太阳黑子数的自关联函数分析表明，南半球的自转速度比北半球快。小波变换分析结果表明：两半球自转周期长度的变化趋势与太阳活动的变化趋势没有直接关系，两半球自转周期长度在11年左右没有显著的周期，但在7.6年左右有显著的周期。对自转周期长度与太阳活动周期相关性的分析表明，在整个盘面和北半球，加速度似乎出现在太阳活动最小时刻之前。互相关研究还表明，两半球的自转周期长度具有不同的相位，整个盘面以及南北半球的自转周期长度也随相应的太阳活动而发生相位偏移。此外，还研究了自转周期长度的南北不对称性随时间的变化，它与太阳活动的南北不对称性在一个太阳活动周期内以及在所考虑的时间间隔内的变化趋势相同，并且有7.7年和17.5年两个显著的周期。此外，自转周期长度的南北不对称性与太阳活动的南北不对称性之间存在着很强的相关性。据推测，北半球在太阳活动周期24开始时应该旋转得更快。
2011-12-07 astro-ph.SR
Observations of Magnetic Helicity Proxies in Solar Photosphere: Helicity with Solar Cycles
本文综述了太阳光球磁螺旋度观测及其与太阳活动周的关系，发现其分布类似黑子蝴蝶图但峰值延迟，并与耀斑爆发相位对应，且输运遵循半球符号规则。
2023-11-13 astro-ph.SR
Comparison of Two Methods for Calculating Magnetic Helicity in the Solar Corona
由于大的磁雷诺数，来自太阳内部的磁螺旋度可以通过光球带进日冕。然而，通过光球层的累积磁螺旋度通量与日冕中的磁螺旋度之间的关系仍然不清楚。选取第23太阳活动周新出现的36个活动区，应用光流法计算了光球层的累积磁螺旋度（$H_m^p$）利用序列纵向磁图，利用非线性无力场外推获得三维冠状磁场，并采用有限体积法，利用矢量磁图计算了日冕中的瞬时相对磁螺旋度（$H_m^c$）。研究发现，基于局部相关跟踪（LCT）的$H_m^p$在$1"$中比$H_m^c$大，基于差分仿射速度估计器的$H_m^p$比基于LCT的$H_m^p$与$H_m^c$更一致.与$1"$相比，在$2"$评价中，$H_m^p$与$H_m^c$更一致。此外，无论使用哪种分辨率和方法，$H_m^c - H_m^p$系统地显示出与半球螺旋度规则的一致性（超过55\%）。这些估计表明，$H_m^c$和$H_m^p$的一致性部分取决于磁图的分辨率和计算方法。
2022-04-11 astro-ph.SR
A Combined Study of Photospheric Magnetic and Current Helicities and Subsurface Kinetic Helicities of Solar Active Regions during 2006-2013
我们比较了平均光球电流螺旋度$H_c$，光球扭曲参数$α$（一个众所周知的代理完整的相对磁螺旋度），和地下动力螺旋度$H_k$ 194个活动区域之间观察2006 - 2013。我们使用2440个Hinode光球矢量磁图，以及从GONG（2006 - 2012）和HMI（2010 - 2013）多普勒图中获得的相应地下流体速度数据。我们发现一个显着的半球偏见在所有三个参数。次表层动力螺旋度在南半球优先为正，在北半球优先为负。光球电流螺旋度和$α$参数对强场（$|B|>1000$ G）有相同的偏置，对弱场（100 G $<|B|<500$ G）没有明显的偏置。我们没有发现显着的区域之间的地下动力学螺旋度和强场电流螺旋度或$α$的区域相关性。给定旋向的地下流体运动对应于两个符号的光球螺旋度，其数量大致相等。然而，所有区域这些数量的年平均值出现了共同的变化。此外，在一个子集的77个地区，我们发现显着的时间配置文件的地下和光球螺旋度之间的相关性。在这些情况下，线性相关系数的符号与螺旋度之间的符号关系相匹配，表明光球磁场扭曲对地表以下的扭曲运动是敏感的。
2014-09-18 astro-ph.SR
Hemispheric Coupling: Comparing Dynamo Simulations and Observations
再现类似太阳的磁循环的数值模拟可以用来生成长期统计数据。模拟中产生的南北半球周期同步性和振幅的变化还没有广泛地与观测进行比较。观测到的不对称极限表明，半球黑子面积的生产不超过20%的不对称周期12-23和相位滞后不超过20%（2年）的总周期。独立研究发现，相位值的长期趋势是一个半球领先另一个半球约四个周期。这种相位的持续性并不表示随机现象。我们比较的结果，最近产生的EULAG-MHD模型的太阳对流的数值模拟结果。这个模拟跨越了1600年，产生了40个规则的太阳黑子周期。虽然模拟的周期长度太长，环形带仍然在太高的纬度，一些太阳的半球不对称的方面再现。该模型再现的极性反转和周期的启动同步模拟相位滞后不超过20%的周期周期。模拟的南北半球之间的振幅变化比在太阳上观测到的要大。模拟结果表明，一个半球持续领先其他几个连续的周期，把一个上限的效率transequatorial磁耦合机制。这些措施包括磁扩散，跨赤道混合内细长的对流卷和transequatorial对流细胞。这些过程中的一个或多个可能导致磁通量抵消，由此在太阳活动周期后期，相反方向的场非常接近并在磁赤道上彼此抵消。我们讨论了模型和观测之间的差异，以及它们对半球耦合的可能机制构成的限制。
2014-11-25 astro-ph.SR
The Rise of a Magnetic Flux Tube in a Background Field: Solar Helicity Selection Rules
磁场从太阳内部向表面的浮力传输在活动区的出现、太阳黑子的形成和整个太阳发电机中起着重要作用。观测表明，环形通量集中通常被称为“通量管”，从其启动区域上升可能在太阳速跃层向太阳表面由于磁浮力。许多研究都假设存在这样的磁结构，并研究了一个孤立的磁通管在一个静止的，无场的环境中的浮力上升。在这里，他们的形成（克莱恩等2003年，Brummell等2002年）的动机，我们放松后一个假设，并研究了嵌入在一个大规模的极向背景磁场的环形磁通管的崛起。我们发现大尺度背景场的存在严重影响了上升管的动力学特性。一个相对较弱的背景场，低至管强度的6%，可以破坏在没有背景场的情况下会上升的管的上升。令人惊讶的是，具有一个扭曲符号的管的上升被比另一个明显更弱的背景场抑制。这表明了一个潜在的机制，为选择的首选螺旋度的上升和新兴的太阳能管的情况下，是相称的半球形规则的许多功能。
2018-05-22 astro-ph.SR
Nonkinematic solar dynamo models with double-cell meridional circulation
采用标准的太阳内部模型作为输入，我们构建了一个动力学一致的非线性发电机模型，考虑到详细描述的Λ效应，湍流泵，磁螺旋度平衡，和磁反馈的差异旋转和纬向环流。太阳对流区的背景平均场流体动力学模型考虑了类太阳角速度廓线和双胞纬向环流。我们调查的非线性磁场产生的长期变化和性质的磁周期的影响。研究了α效应参数从稍次临界到超临界的宽范围内的非线性发电机解。结果表明，磁循环周期随磁循环强度的增大而减小。在超临界α效应的情况下，激发出磁周期的周期性长期变化。这些变化是由半球磁螺旋度交换引起的。它取决于磁扩散率参数和磁螺旋度产生率。大尺度磁活动改变了对流带内部的差旋和纬向环流的分布。结果表明，全球流的磁反馈影响着长期磁循环的性质。我们将我们的发现与太阳和恒星的磁活动观测相结合。
2018-07-29 astro-ph.SR
Formation of Polar Crown Filaments Magnetic Fields by Supergranular Helicity Injection
通过磁摩擦数值模拟，研究超米粒螺旋注入对极冠冕环磁场形成的影响，发现其产生剪切场和磁通量绳，并揭示PIL倾斜与弯曲对MFRs形成的作用。
2024-03-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On Asymmetry of Magnetic Helicity in Emerging Active Regions: High Resolution Observations
我们采用DAVE（差分仿射速度估计器，Schuck 2005; 2006）跟踪技术的MDI/1米的高空间分辨率的视线磁图的时间序列，测量光球流速度的三个新出现的双极活动区。我们分别计算了前极性和后极性的磁螺旋度注入率，以证实或反驳Tian & Alexander（2009）使用MDI/96 m低空间分辨率磁图发现的磁螺旋度不对称性。我们的研究结果表明，磁螺旋度不对称性是强大的存在于三个活动区域的研究，其中两个有观察到的磁通量的平衡。测量的磁螺旋度注入率被发现依赖于所选择的窗口大小，但依赖于两个连续的磁图跟踪之间的时间间隔。结果表明，当窗口尺寸在12 × 10 ~ 18 × 15像素之间，时间间隔Δt=10分钟时，磁螺旋度注入率的测量效果较好。此外，短寿命的磁性结构，10-60分钟，被发现贡献了30-50%的磁螺旋度注入率。通过与MDI/96 m资料计算结果的比较，发现MDI/96 m资料总体上能概括出磁特性的主要变化趋势，但明显低估了强场区的磁通量，不适合于定量跟踪研究，因此对注入日冕的磁螺旋度的估计较差。
2011-01-05 astro-ph.SR
The Origin of Parity Changes in the Solar Cycle
尽管在过去的四个世纪里，人们一直在太阳表面系统地观测到太阳黑子，但直到20世纪初，它们的磁性才被揭示和记录下来。太阳黑子通常成对出现，磁极相反，有系统的方向。这种极性方向在赤道上是相反的--这种趋势在上个世纪一直存在，磁场观测也存在。与太阳的全球极向场的配置-控制着地球上的日光层开放通量和宇宙射线通量-结合在一起，这一现象与下面的磁流体动力发电机的偶极宇称状态是一致的。虽然在太阳黑子出现的半球不对称性被观察到，但从未观察到宇称偏移。我们模拟半球的不对称性，通过引入随机波动的计算发电机模型的太阳周期，并证明奇偶校验的变化确实是可能的，在长期的模拟覆盖数千年。四极模式被发现存在于一个显着的一小部分的模拟时间。特别是，我们发现，在太阳黑子周期的基本性质的宇称移位更有可能发生时，太阳黑子活动占主导地位的任何一个半球的时间是显着长于周期。我们建立因果通路连接半球的不对称性和跨赤道的相位变化，平价翻转的基础发电机机制。我们的研究结果表明，太阳活动周期在遥远的过去可能处于四极宇称状态，并为预测未来的宇称翻转提供了一条可能的途径。
2019-06-16 astro-ph.SR
Magnetic helicity budget of solar active regions prolific of eruptive and confined flares
我们比较了两个太阳活动区（AR）的日冕磁能和螺旋度，主要爆发（AR~11158）和局限（AR~12192）耀斑多产，并分析了推断代理预测即将到来的耀斑的潜力。基于具有高度螺线管性的非线性无力（NLFF）日冕磁场模型，采用三种不同的计算方法对日冕磁螺旋度进行了研究，得到了可信度较高的结论。根据对两个太阳AR的实际观测，我们检查了活动区日冕潜在喷发的趋势，正如早期基于数值模拟或太阳观测的工作所建议的那样。我们的研究结果支持载流螺旋度与总螺旋度之比$|H_\mathrm{J}|/|H_\mathrm{V}|$具有很强的指示太阳AR爆发潜力的能力。然而，$|H_\mathrm{J}|/|H_\mathrm{V}|$似乎并不能指示即将到来的耀斑的大小或类型（局限或喷发）。解释与早期的观测研究的背景下，我们的研究结果进一步支持，总的相对螺旋度归一化的磁通量在NLFF模型的下边界，$H_\mathrm{V}/ϕ^2$，代表没有指标的喷发。
2019-10-15 astro-ph.SR
A Quantity Characterising Variation of Observed Magnetic Twist of Solar Active Regions
引入一个替代参数$R_{J_z}$作为两种相反符号的电流之一占总电流的比例，并研究了该数量与由一系列统计研究建立的螺旋度半球符号规则（HSR）之间的关系。在每个半球的电流的分类是根据以下规则：如果电流和相应的纵向场分量的乘积贡献了一个一致的符号参考HSR，它被称为“HSR兼容”电流，否则它被称为“HSR不兼容”电流。首先，通过统计分析得到了$R_{J_z}$的蝶形图与当前螺旋度的一致性。$R_{J_z}$小于0.5的活性区倾向于服从HSR，而$R_{J_z}$大于0.5的活性区倾向于不服从HSR。“符合高速铁路标准”的现有系统的实现概率为60%，而“不符合高速铁路标准”的现有系统的实现概率为40%。总的来说，对于其中“不符合HSR”的电流大于“符合HSR”的电流的有源区，违反了HSR。其次，利用$R_{J_z}$参数对耀斑活动区NOAA AR 11158和11283进行了实例分析，研究了当前系统的演化。结果表明，在耀斑爆发过程中，存在耀斑相对静止的“$R_{J_z}$ -准静止”相和被大耀斑发生所掩盖的“$R_{J_z}$ -动态”相。
2017-12-21 astro-ph.SR
A brief report on statistical study of net electric current in solar active regions with longitudinal fields of opposite polarity
太阳活动区的动力学过程受太阳磁场的控制。到目前为止，利用太阳磁像仪的观测已经为我们提供了太阳光球磁场的矢量分量。光球磁场的两个横向分量使我们能够计算出电流的大小。我们发现，由于纵向磁场的正（负）极性的区域中的电流在一个活跃的区域中有正负符号，然而，净电流被发现是一个数量级小于平均绝对幅度，并有一个首选的符号。特别是，我们已经统计发现，有一个系统的净电流，从地区与负（正）极性的地区，在太阳活动区在北（南）半球的正（负）极性，但在太阳活动极小期，这种趋势是扭转随着时间的推移，在某些纬度。结果表明，在太阳活动区存在极性相反的弱净电流，从而进一步解释了以往研究中发现的半球螺旋度规则。
2013-05-14 astro-ph.SR
Latitude Distribution of Sunspots: Analysis Using Sunspot Data and A Dynamo Model
本文探讨了太阳黑子纬度分布的演化及其与太阳活动周强度的关系。随着太阳活动周的进行，两个半球的分布从中纬度向赤道传播，然后（在通常的太阳活动极小期之前）这两个分布相互接触。通过可视化两个半球的分布演变，我们通过排除这个半球重叠来分离太阳活动周期。从两个半球的这些孤立的太阳活动周期中，我们生成了每个周期的纬度分布，从周期8到周期23。发现这些分布的参数，即中心纬度（$C$）、宽度（$δ$）和高度（$H$）随周数的变化而变化，并表现出一定的半球不对称性。虽然这些参数的不对称性持续了几个连续的周期，但它们在几个周期内得到纠正，新的不对称性再次出现。与之前的研究一致，我们发现分布参数与周期的强度相关，尽管这些相关性在两个半球中显着不同。当结合两个半球的数据时，证实了较强的周期在相对较高的纬度开始太阳黑子爆发并具有较宽的太阳黑子出现纬度带的总趋势。我们探索这些功能，使用一个通量传输发电机模型与随机波动。我们发现，这些功能是正确的复制在这个模型中。分布中心的太阳活动周期演化也与观测相吻合。基于这个发电机模型的观测功能的可能解释。
2017-11-01 astro-ph.SR
Morphology of Solar Filaments During the Solar Maximum of Cycle 24: A Study of 35 Filaments Focusing on Chirality, Barb Orientation, Skewness, and Eruptive Behavior
National Institute of Technology Calicut（国立卡尔卡提理工学院）；Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）
本研究分析第24太阳活动周极大期35个暗条的形态，发现77%遵循半球手性偏好，且所有检查的日冕拱符合螺旋度判据，未发现违反手性偏好与爆发倾向的关联。
2026-09-22 astro-ph.SR
Filament eruption in association with rotational motion near the filament footpoints
灯丝周围的活动区磁场在灯丝的形成、演化和破坏中起着重要作用。我们使用AIA和HMI数据研究了2011年7月8日发生在太阳南半球的一次暗条喷发。暗条位于靠近活动区NOAA 11247的区域，其最西的足点锚定在负极性斑区，最东的足点锚定在正极性斑区。在观测过程中，活动区和谱区都出现了磁通量。在暗条爆发前约一小时，在斑区最西的足点，通量的出现停止了。在暗条的西足点也观察到了数小时的会聚运动。丝有左旋扭曲和净注入的磁螺旋度是积极的，在两个足点。这两个磁螺旋的迹象都是在爆发开始的暗条的西方足点观察到的。此外，逆时针旋转运动观察到的两个足点后，持续了6分钟的爆发过程中的灯丝喷发。新兴的流量，收敛运动和注入相反的磁螺旋度可能是负责不稳定的西足点的暗条，导致爆发。通量管膨胀部分和光球之间的扭矩不平衡可能导致足点区域的旋转，这改变了暗条爆发后注入的磁螺旋度的趋势。
2013-07-27 astro-ph.SR
Changes in quasi-periodic variations of solar photospheric fields: precursor to the deep solar minimum in the cycle 23?
利用小波分析和傅立叶分析，研究了过去100年中太阳最深的极小期之一形成过程中太阳光球场准周期性变化的变化。这一不寻常的深太阳极小期发生在太阳活动周期23和24之间。这项研究是利用1975.14至2009.86年期间的地面天气磁图进行的，涵盖了第21、22和23个太阳活动周期。一个半球的不对称的光球场的周期性被认为只有在纬度以上$\pm45{^{\circ}}$时，数据被分为两部分：一个是在1996年之前，另一个在1996年之后。此外，观察到半球不对称性仅限于纬度范围45 ${^{\circ}}$至60 ${^{\circ}}$。这可以归因于极地浪涌的变化，主要取决于表面磁通量的出现和变化的太阳表面流。观察到的不对称性与$\pm45{^{\circ}}$上方的太阳场和内日光层中的微湍流水平自90年代初至中期以来一直在下降的事实相结合（Janardhan等人，2011年）表明，在这个时候，太阳发电机发生了积极的变化，控制着太阳的基本过程。这些变化反过来可能引发了在周期23结束时非常深的太阳极小期的积累。在$\pm45{^{\circ}}$以上的磁场在一个太阳活动周期内的下降，意味着在过去两个连续的太阳活动周期\textit{viz.}周期22和23中产生了弱极磁场。如果这种下降趋势持续超过22年，将对我们目前对太阳发电机的理解产生严重影响。
2013-04-28 astro-ph.SR
Effects of large-scale non-axisymmetric perturbations in the mean-field solar dynamo
本文研究了非线性非轴对称平均场太阳发电机模型对非轴对称扰动的响应。经过一段松弛期后，非轴对称场的振幅取决于初始条件、螺旋度守恒和扰动深度。据发现，锚定在r= 0.9 R的扰动有一个深刻的影响发电机过程，产生一个瞬态磁循环的轴对称磁场，如果它是在增长阶段的周期启动。相对于赤道扰动的不对称导致磁活动的半球不对称。轴对称场和非轴对称场的演化取决于湍流磁雷诺数R_m。在R_m=10^{4-6}的范围内，演化在下一个周期回到正常过程，在此过程中，由于非线性α效应和磁浮力，产生了非轴对称场。在稳态下，大尺度磁场呈现出“主动振荡”现象，大尺度磁场取向呈180度周期性“翻转”变化。翻转效应是从太阳和恒星磁周期的观测中得知的。然而，这种影响消失的模式，其中包括纬向环流型所确定的日震。非轴对称场分量的旋转速率在弛豫期间变化，并且携带关于发电机过程的重要信息。
2015-07-28 astro-ph.SR
Distributed Electric Currents in Solar Active Regions
利用太阳动力学天文台日震磁象仪提供的磁象资料，分析了6个不同耀斑活动水平的活动区的磁场和垂直电流结构。我们发现，电流在整个AR上很好地平衡：对于所有这些电流不平衡都低于0.1%，这意味着任何电流系统都是封闭的。将横向磁场矢量分解为两个分量，揭示了主黑子周围方位磁场分量的大尺度涡旋结构的存在。在每一个AR中，我们发现了一个大规模的电流系统占据了AR的广阔区域，我们称之为分布式电流。对于遵守Hale极性定律和半球螺旋度符号规则的AR，分布电流在AR的前部是向上的，并且在AR的随后部分似乎通过日冕和色球层向光球关闭。我们对分布电流大小的时间变化的分析表明，低耀斑AR在$\pm 20 \times 10^{12}$ A范围内表现出分布电流的小变化，而高耀斑AR在$30-95 \times 10^{12}$ A范围内表现出分布电流的显著缓慢变化。增强的耀斑的间隔似乎与分布的电流的平滑增强是同时的。
2019-12-15 astro-ph.SR
Solar activity simulation and forecast with a flux-transport dynamo
我们提出了一个扩散主导的平均场轴对称发电机模型在再现历史太阳活动和预测太阳活动周25的评估。以前的研究指出，太阳的极地磁场是预测太阳活动的重要指标。由于观测数据记录减少，仅从1976年开始，使用这一替代物的扩展研究受到阻碍。然而，人们认识到需要一个太阳能发电机模型，在各种活动情况下进行充分的验证，以提高理论标准。本研究旨在探索利用日震学数据和重建的太阳极地磁场，以促进发展可靠的太阳活动预报。该研究是基于观测推断的差异旋转形态，以及通过半球太阳黑子面积记录使用人工神经网络方法观测和重建的极场。结果表明，一致的再现历史太阳活动的趋势与增强的结果，通过引入一个前兆上升时间系数。预测弱太阳周期25，其具有相对于当前周期24的缓慢上升时间和最大活动$-14.4 \%$（$\pm 19.5\%$）。
2018-06-28 astro-ph.SR
Sub-Surface Meridional flow, Vorticity and the life time of Solar Active Regions
太阳次表层流体拓扑学提供了一种间接的方法来研究活动区（ARs）的内部特征。早期的研究已经揭示了在具有复杂磁场的AR内部强流的普遍性。利用全球振荡网络组（GONG）项目获得的74个ARs样本的多普勒数据，我们发现在耀斑生产ARs中存在1.5至5 Mm深度范围内的纬向速度陡梯度。这些AR的样本取自1980- 2052年卡林顿轮换，涵盖2001年8月至2007年1月。梯度显示了北（南）半球负（正）符号的有趣的半球趋势，即，朝向赤道。我们已经发现了三个剪切层在0 - 10毫米的深度范围内，提供了一个复杂的流动结构在几个AR的证据。从我们的分析得出的一个重要推论是，最深的零垂直涡度的位置与剩余寿命的AR。这一新发现可以作为预测AR预期寿命的工具。
2010-03-27 astro-ph.SR
Global Twist of Sunspot Magnetic Fields Obtained from High Resolution Vector Magnetograms
太阳黑子矢量磁场中精细结构的存在已经从日出和其他早期观测中得到证实。利用ASP/DLSP、Hinode（SOT/SP）和SVM（USO）的太阳黑子观测数据，对43个太阳黑子进行了研究。在这个\emph{Letter}中，（i）我们引入了太阳黑子的符号剪切角（SSA）的概念，并建立了它对非无力场的重要性。(ii)我们发现，全球$α$（无力参数）的符号与全球SSA和太阳黑子的光球手征有很好的相关性。(iii)在每个太阳黑子的本影中，都有符号相反的局部$α$斑块。本影中局部$α$的空间变化的幅度通常是太阳黑子的全局$α$的量级。(iv)我们发现局部$α$在半影区呈正负相间的细丝分布。半影中局部$α$的方位角变化幅度比本影中的方位角变化幅度大约大一个数量级。半影区的正电流、负电流和$α$的贡献相互抵消，对整个黑子的整体值几乎没有贡献。(v)在某些黑子的本影-半影边界上，可以看到与本影区的主符号$α$相反的弧形结构（部分环）。(vi)研究的大多数太阳黑子属于第23个$^{rd}$太阳周期的最小时期，不遵循所谓的半球螺旋度规则。
2009-07-29 astro-ph.SR
On Making Magnetic-Flux-Rope $Ω$ Loops for Solar Bipolar Magnetic Regions of All Sizes by Convection Cells
我们提出，磁通绳$Ω$环出现成为任何双极磁区（BMR）是由对流细胞的$Ω$环的大小从最初的水平磁场摄入通过细胞的底部。这个想法是基于（1）所有跨度（$\sim$ 1000 km到$\sim$ 200，000 km）的BMR的观测特性，（2）由置于单元底部的水平场的超颗粒尺寸对流单元产生BMR的众所周知的模拟，以及（3）众所周知的对流区模拟。从观测和模拟中，我们（1）推断最大对流单体吸收的场的强度（2）合理地解释了为什么观测到的最大BMR的跨度和通量是$^3$ 200，000 km和$\sim$ 10 $^{22}$ Mx，（3）提出巨单体如何也可能制造“失效的BMR”$Ω$环，这些环填充具有水平场的上部对流区，较小的对流单体由此制造它们大小的BMR $Ω$环，（4）提出为什么在太阳黑子周期的下降阶段观察到的太阳黑子倾向于违反半球螺旋度规则，和（5）支持先前提出的太阳黑子周期发电机过程的修正巴布科克方案。由于所提出的基于对流的启发式模型，使太阳黑子BMR $Ω$循环避免了在对流区底部的初始通量绳中具有$\sim$ 10 $^5$ G场，因此它是一个有吸引力的替代方案，以目前的磁浮力为基础的标准方案，并保证测试足够高的分辨率巨细胞磁对流模拟。
2020-09-29 astro-ph.SR
Polarity Reversal of the Polar Magnetic Fields in Solar Cycle 25
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；China Meteorological Administration（中国气象局）；Innovation Center for FengYun Meteorological Satellite（风云气象卫星创新中心）
利用Hinode卫星矢量磁图数据，研究第25太阳活动周极区磁场极性反转时间，发现北、南极区分别于2024年11月和10月反转，北半球反转滞后黑子数峰值约19个月。
2026-06-17 astro-ph.SR
Automated detection and analysis of coronal active region structures across Solar Cycle 24
本研究利用SDO/AIA数据对第24太阳活动周日冕活动区结构进行自动长期检测，分析了超三万个结构在四个极紫外波段的宽度、位置与发生率分布，发现其幂律斜率与FD-SOC预测值存在偏差，并揭示了南北半球不对称性及蝴蝶图案。
2023-05-18 astro-ph.SR
Investigation on the Relation between Active Regions' Compliance with Empirical Laws and Flare Productivity
CAS Key Laboratory of Geospace Environment, Department of Geophysics and Planetary Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学院空间环境重点实验室，地球物理与行星科学学院，中国科学技术大学）；Mengcheng National Geophysical Observatory, University of Science and Technology of China（蒙城国家地球物理观测台，中国科学技术大学）；State Key Laboratory of Solar Activity and Space Weather, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（太阳活动与空间天气国家重点实验室，中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；School of Space and Earth Sciences, Beihang University（航空航天大学空间与地球科学学院）；Key Laboratory of Solar Activity, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（太阳活动重点实验室，中国科学院国家天文台）
研究太阳活动区对经验定律的遵循与耀斑生产率的关系，通过统计分析，利用多种方法计算相关参数，发现多数活动区遵循经验定律，耀斑生产率与磁系统大小强度更相关，还确定阈值区分活跃与不活跃活动区。
2026-07-10 astro-ph.SR
Investigating the Behavior and Spatiotemporal Variations of Green Line Emission in the Solar Corona
本研究利用MHDS数据集和多种分析方法，研究9个太阳活动周内低高纬度绿线发射的时空行为，发现其与太阳现象的关联、半球不对称及44年周期等特征，为理解日冕结构提供新见解。
2024-11-25 astro-ph.SR
Application of Synoptic Magnetograms to Global Solar Activity Forecast
天气磁图为我们提供了有关太阳表面磁场演变的知识，并为预测未来的太阳活动提供了重要信息。在这项工作中，极向和环向磁场分量来自天气磁图同化，使用Enhancement卡尔曼滤波方法，到一个平均场发电机模型的基础上帕克的迁移发电机理论补充磁螺旋度守恒。结果发现，预测的环向场是在很好的协议与观测几乎整个以下的太阳周期。然而，极向场预测仅在预测周期的前2 - 3年与观测结果一致。结果表明，即将到来的第25个太阳活动极大期（SC 25）预计将比当前的第24个太阳活动极大期弱。模型结果显示，预计在2019 - 2021年期间将出现一个深度扩展的太阳活动最小值，下一个太阳活动最大值将发生在2024 - 2025年。太阳黑子数量最多时约为50个，误差估计为15 - 30%。最大值可能会有一个双峰或显示延长的高活动期（2 - 2.5年）。根据半球预测结果，SC 25将于2020年在南半球开始，并将于2024年出现最大值，太阳黑子数量约为28个。在北半球，太阳活动周期将延迟约1年（误差为$\pm 0.5$年），并在2025年达到最大值，太阳黑子数约为23个。
2019-10-02 astro-ph.SR nlin.CD physics.data-an
Time Series Analysis of Photospheric Magnetic Parameters of Flare-quiet versus Flaring Active Regions: Scaling Properties of Fluctuations
利用太阳活动区光球磁参数的时间序列来回答嵌入在这些时间序列中的波动的标度特性是否有助于区分耀斑平静和耀斑活动区。我们总共检查了118个耀斑安静和118个耀斑AR斑块（称为HARPs），这些斑块是由太阳动力学天文台（SDO）上的日震和磁成像仪（HMI）在2010年至2016年期间观测到的。具体而言，波动的标度指数的推导应用趋势波动分析（DFA）方法的数据集的8天的时间序列的18光球磁参数在12分钟的节奏为所有的HARPs正在调查。我们首先发现一个统计上显着的差异，耀斑安静和耀斑HARPs之间的标度指数的分布，特别是一些空间平均，签署的参数与磁场线扭曲，电流密度，和电流螺旋度。耀斑的HARPs往往表现出较高的标度指数值相比，耀斑安静的，即使有相当大的重叠之间的分布。另外，对于耀斑宁静和耀斑HARP，DFA分析表明：（1）所考虑的大部分磁参数的时间序列是非平稳的，（2）总无符号磁通量和平均光球磁自由能量密度的时间序列一般呈现非平稳的、持久的性质，而磁极性反转线附近的总无符号磁通量和与电流密度有关的参数在时间序列上表现出非平稳、反持续的趋势。
2020-08-30 astro-ph.SR
Comparison of magnetic properties in a magnetic cloud and its solar source on April 11-14 2013
在日冕物质抛射和磁通量绳（MFR）的日地联系背景下，研究了2013年4月14-15日期间太阳活动区（AR）和磁云（MC）事件的磁特性。我们使用先进的成分探测器和源AR测量太阳动力学天文台的原位观测。用梯度-沙夫拉诺夫方法重建了MCs的磁结构，揭示了轴向磁场的北向分量，具有左手螺旋度。MC不变轴相对于指向北方的黄道平面高度倾斜，并且相对于源区域PIL旋转$117^o$。MC中的净轴向磁通和电流相对高于源区。在S形腿处的线性无力α分布（$10^{-7}-10^{-6}$ m $^{-1}$）与1-2 AU MFR的MC中的扭转数范围相匹配。MFR是非线性的无力的，具有从轴线（9圈/AU）朝向边缘减小的扭转。因此，Gold-Hoyle（GH）组态，假设一个恒定的扭曲，是更符合MC结构比Lundquist组态的扭曲从轴到边界增加。作为一个指示，GH配置产生更好的拟合全球趋势的原位磁场组件，在均方根方面，比Lundquist模型。在考虑MFR自相似膨胀效应的情况下，这些圆柱形结构改善了MC拟合结果。对于这种扭曲行为，本研究提出了一种替代的拟合程序，以更好地拟合MC磁结构及其源区链接。
2016-07-13 astro-ph.SR
