时距日震学中的伴随方法

深聚焦时距日震走时和振幅测量的比较

Comparison of Travel-Time and Amplitude Measurements for Deep-Focusing Time--Distance Helioseismology

深聚焦时间-距离日震学的目的是建立对太阳内部所需目标点的物理条件具有高灵敏度的地震测量。利用这种技术，选择太阳表面上的成对点，使得声波射线路径在该目标（焦点）点处相交。考虑均匀介质中的声波，我们比较了从深聚焦互协方差函数中提取的走时和振幅测量。使用单散射近似，我们发现，深聚焦的旅行时间的声速扰动的空间灵敏度为零，在目标位置和最大值在周围的壳。这与深聚焦振幅测量不同，深聚焦振幅测量在目标点处具有最大灵敏度。我们比较的信噪比的走时和振幅测量不同类型的声速扰动，假设噪声是完全由于随机激励的波。我们发现，对于声速的高度局部化扰动，振幅测量的信噪比高于走时测量。我们得出结论，振幅测量是一个有用的补充，旅行时测量的时间-距离日震学。

时距日震学中振幅调制引起的走时漂移

Travel Time Shifts due to Amplitude Modulation in Time-Distance Helioseismology

正确解释由时距日震学测量的声波传播时间对于准确理解从中推断出的太阳属性至关重要。长期以来，人们一直观察到太阳黑子抑制p模振幅，但其对旅行时间的影响尚未得到充分研究。它已被发现在测试测量中使用的“掩蔽”程序，其中太阳多普勒信号在太阳的局部安静区域被人为地抑制的空间功能，并使用数值模拟的振幅调制相结合的速度过滤可能会导致系统的移动声旅行时间。为了理解这个过程的属性，我们推导出一个信号的互协方差的解析表达式，该信号已被局部调制的空间函数，具有方位角对称性，然后通过通常用于时间距离日震学的相位速度滤波器进行滤波。将该表达式与不考虑这种影响的Gabor小波拟合公式进行比较，我们发现旅行时有一个位移，这是由振幅调制引起的。本文提出的分析模型也可以用于解释由于观测效应引起的振幅非均匀分布的走时测量。

Analysis of Time-Distance Helioseismology for Detection of Emerging Active Regions

A time-distance helioseismic technique, similar to the one used by Ilonidis et al (2011), is applied to two independent numerical models of subsurface sound-speed perturbations to determine the spatial resolution and accuracy of phase travel time shift measurements. The technique is also used to examine pre-emergence signatures of several active regions observed by the Michelson Doppler Imager (MDI) and the Helioseismic Magnetic Imager (HMI). In the context of similar measurements of quiet sun regions, three of the five studied active regions show strong phase travel time shifts several hours …

Time-Distance Helioseismology of Deep Meridional Circulation

A key component of solar interior dynamics is the meridional circulation (MC), whose poleward component in the surface layers has been well observed. Time-distance helioseismic studies of the deep structure of MC, however, have yielded conflicting inferences. Here, following a summary of existing results we show how a large center-to-limb systematics (CLS) in the measured travel times of acoustic waves affect the inferences through an analysis of frequency dependence of CLS, using data from the Helioseismic and Doppler Imager (HMI) onboard Solar Dynamics Observatory (SDO). Our results point to…

局部日震学中的图像压缩

Image compression in local helioseismology

上下文几个即将到来的日震学空间任务在遥测方面非常有限，必须进行广泛的数据压缩。这就需要开发新的数据压缩方法。目的。我们给出了一个概述的有损数据压缩对当地日震学的影响。我们研究了几种有损压缩方法（量化，JPEG压缩，平滑和二次采样）对磁盘中心超颗粒流的功率谱和时间距离测量的影响。方法.我们采用不同的压缩方法跟踪和重新映射多普勒获得的日震和磁成像仪上的太阳动力学天文台。我们确定的信噪比的旅行时间计算从压缩的数据作为压缩效率的函数。结果我们考虑的基本日震测量对有损数据压缩是非常鲁棒的。即使只使用速度的符号，时间-距离日震学仍然是可能的。我们实现了最好的结果，通过应用JPEG压缩空间二次采样的数据。然而，我们的结论仅适用于盘中心的超颗粒流，并不适用于所有日震学应用。

时距日震学中高频波的大气辐射边界条件

Atmospheric radiation boundary conditions for high frequency waves in time-distance helioseismology

在日震学中，在太阳表面的两个位置上测量的地震波之间的时间协方差是基本的可观测的时间-距离日震学。在声学截止频率（$\sim$ 5.3 mHz）以上，波不被捕获在太阳内部，协方差函数可用于探测高层大气。我们希望实现适当的辐射边界条件计算高频波在太阳大气中的传播。我们考虑Barucq等人最近开发的辐射边界条件。（2017）用于声速恒定且密度随半径呈指数下降的大气。我们计算的互协方差函数使用有限元方法在球面几何和频域。在时间-距离图中的第一和第二跳跃幅度之间的比率被用作诊断，以比较边界条件和与观测比较。我们发现，边界条件适用于500公里以上的光球和小角度的入射近似下推导准确地再现了“无限大气”的解决方案，高频波。当辐射边界条件取在光球层上方2 μ m时，我们发现大气模式的选择对时距图有影响。特别地，当使用VAL大气模式时，时距图呈现双脊结构。

用真实的安静太阳模拟验证时间-距离日震学

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。

用于时距日震学的球面几何中的频率灵敏度核

Finite-frequency sensitivity kernels in spherical geometry for time-distance helioseismology

从太阳表面测量波的传播时间来推断太阳的内部性质是日震学的目标。准确解释走时偏移的关键一步是计算将地震测量与内部结构联系起来的灵敏度函数。在这里，我们计算有限频率灵敏度内核在球面几何两点走时测量。我们通过在每个频率和球谐次数下求解格林函数并对所有这些部分求和来数值构建格林函数。这些计算是并行执行的（“并行地”），从而在挂钟时间内实现了显著的加速。通过调用一阶玻恩近似将波场中的偏差连接到算子中的扰动来计算核。经验证的流量内核所示出的均匀流量高达750米/秒的旅行时间的真实值的0.47%内。我们发现，旅行时间可以得到1毫秒或更小的误差具有类似的大小的对流环流。除了流量，我们还计算和验证灵敏度内核的声速扰动。这些准确的灵敏度内核可能会显着改善目前的地下流动的推断。

太阳动力学天文台日震磁成像仪（SDO/HMI）的时距日震数据分析管道及其初步结果

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。

太阳黑子区的局部日震学：环形图和时距结果的比较

Local helioseismology of sunspot regions: comparison of ring-diagram and time-distance results

局部日震学提供了关于太阳黑子和活动区的地下结构和动力学的独特信息。然而，由于太阳黑子区域的复杂性，当地日震学诊断需要仔细分析系统的不确定性和反演结果的物理解释。我们提出了新的结果比较的环形图分析和时间距离日震活动区NOAA 9787，其中以前的比较表明，在地下声速结构的显着差异，并讨论系统的测量和反演的不确定性。我们的研究结果表明，无论是环形图和时间距离技术给出了定性相似的结果，揭示了一个特征的两层地震声速结构与其他活动区的结果一致。然而，反演结果的定量比较并不简单。它必须考虑灵敏度、空间分辨率和平均内核的差异。特别是，由于声功率抑制，太阳黑子地震结构对环图信号的贡献可以大大减少。我们表明，考虑到这种效果减少了由这些方法推断的负和正声速变化之间的过渡深度的差异。进一步详细分析当地日震学方法的灵敏度，分辨率和平均性能是必要的，以巩固反演结果。重要的是，这两种方法都表明太阳黑子的地震结构相当深，至少延伸到地表以下20毫米，这对太阳黑子的理论模型产生了限制。

时距日震全波形反演

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。

One-sided arc averaging geometries in time-distance local helioseismology

The study of solar oscillations (helioseismology) has been a very successful method of researching the Sun. Helioseismology teaches us about the structure and mean properties of the Sun. Together with mid-resolution data, the local properties were uncovered in quiet-Sun regions. However, magnetic fields affect the oscillations and prevent us from studying the properties of magnetically active regions with helioseismology. We aim to create a new methodology to suppress the negative effects of magnetic fields on solar oscillations and measure plasma properties close to active regions. The method…

在时距日震学中使用大距离分离测量的地表下超颗粒垂直流

Subsurface Supergranular Vertical Flows as Measured Using Large Distance Separations in Time-Distance Helioseismology

由于大距离射线（例如，10\，-\，$24 ^\circ$）近似垂直地接近太阳表面，从这些大分离的表面对测量的旅行时间大多对垂直流敏感，至少对于太阳表面几毫米内的浅流。以前对超颗粒化的所有分析都使用较小的分离，并且受到难以分离水平和垂直流动组分的阻碍。我们发现，大分离旅行时间与超颗粒不能使用标准的相速度过滤器的时间距离日震学研究。这些滤波器的使用基于扰动的折射模型，在某些距离处将所得的传播时间信号减少至少一个数量级。更有效的过滤器。模拟表明，中心-环行程时间差$[δt_{\rm{oi}}]$在分离范围$Δ=10$ \，-\，$24 ^\circ$是不敏感的水平发散流从中心的超颗粒，并应导致一个恒定的信号从垂直流。我们对这个量$5.1 \pm 0.1\secs$的测量在整个距离范围内是恒定的。这种信号强度不可能是由在$10\ms$光球层中观察到的细胞中心的向上流动水平引起的。它要求垂直流量随深度增加。随深度增加的简单高斯模型意味着在$2.3\Mm$的深度处的$240\ms$的峰值向上流动和在$1.6\Mm$的深度处的$700\ms$的峰值水平流动。

两个真实太阳黑子模拟的时距日震

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。

利用时间-距离日震学理解太阳黑子中声波传播时间的不对称性

Understanding the Travel-time Asymmetry of Acoustic Waves in Sunspots With Time-distance Helioseismology

该研究利用时间-距离日震学研究太阳黑子内声波传播，测量进出黑子波的传播时间并建模。发现进出波传播时间均缩短且有不对称性，总体减少或因多种因素，不对称或与地下流动有关，虽模型再现部分特征，但仍有定量差异。

时距日震学：测量流涡度的一种新的平均方案

Time-distance helioseismology: A new averaging scheme for measuring flow vorticity

时距日震学通过测量太阳表面各点之间的波传播时间，提供有关太阳近表层矢量流的信息。有人提出了具体的旅行时间空间平均数，以区分东西和南北方向的流动，并测量流动的水平发散。然而，还没有专门的测量技术被开发来测量流动涡度。在这里，我们提出了一种新的测量技术，专门用于测量涡度的垂直分量。流体涡度是太阳对流区动力学的基本性质，特别是旋转湍流对流。该方法包括测量波的旅行时间沿太阳表面上的一个封闭的轮廓，以近似的流通沿此轮廓。垂直涡度与顺时针和逆时针传播时间之差有关。我们应用的方法来表征太阳对流的旋涡运动使用日震数据从太阳动力学天文台（SDO/HMI）和迈克尔逊多普勒成像仪板载太阳和日光层天文台（SOHO/MDI）的日震和磁成像仪。远离赤道，垂直涡度和水平辐散之间有明显的相关性。水平外流与北半球的负涡度和南半球的正涡度有关。HMI观测的信号比MDI观测的信号强得多。我们通过与噪声模型的比较来表征信号的空间功率谱。利用这种日震技术可以探测水平波数低于250/RSun的垂直涡度。

时距日震学噪声模型的推广

Generalization of the noise model for time-distance helioseismology

在时距日震学中，关于太阳内部的信息被编码在太阳表面上成对点之间的旅行时间的测量中。旅行时推导出随机波场的互协方差。在这里，我们考虑旅行时间和旅行时间的产品作为可观测量。它们包含有关太阳对流的统计特性等信息。该模型的基本假设是噪声是太阳波随机激发的结果，太阳波是一个平稳的高斯随机过程。我们通过放弃水平空间均匀性的假设来推广现有的噪声模型（Gizon和Birch 2004）。使用递归关系，我们计算的噪声协方差矩阵的阶数为4，6，和8的观察波场的时刻，阶数为2，3和4的互协方差的时刻，和阶数为2，3和4的旅行时间的时刻。所有的噪声协方差矩阵只依赖于观测波场的互协方差的期望值。对于旅行时间的乘积，噪声协方差矩阵由与$1/T$、$1/T^2$和$1/T^3$成比例的三项组成，其中$T$是观测的持续时间。对于几个小时的典型观测时间，与$1/T^2$成比例的项占主导地位，并且$Cov[τ_1 τ_2, τ_3 τ_4] \approx Cov[τ_1, τ_3] Cov[τ_2, τ_4] + Cov[τ_1, τ_4] Cov[τ_2, τ_3]$，其中$τ_i$是任意旅行时间。通过蒙特卡罗模拟和SDO/HMI观测结果的比较，证实了$p_1$旅行时间的这一结果。推导了日震走时和走时乘积噪声协方差矩阵的一般精确公式。这些结果可以很容易地推广到其他方法的本地日震学，如日震全息和环图分析。

Time-distance helioseismology of solar Rossby waves

Context. Solar Rossby waves (r modes) have recently been discovered in the near-surface horizontal flow field using the techniques of granulation-tracking and ring-diagram analysis applied to six years of SDO/HMI data. Aims. Here we apply time-distance helioseismology to the combined SOHO/MDI and SDO/HMI data sets, which cover 21 years of observations from May 1996 to April 2017. The goal of this study is to provide an independent confirmation over two solar cycles and in deeper layers of the Sun. Methods. We have measured south-north helioseismic travel times along the equator, which are sens…

利用时距日震学综合测量太阳经圈环流和中心-边缘效应的方法

A Comprehensive Method to Measure Solar Meridional Circulation and Center-to-Limb Effect Using Time-Distance Helioseismology

子午线环流是太阳内部动力学的一个重要组成部分，但它在太阳内部深处的推断由于日震测量技术中的系统中心到边缘效应而变得复杂。以前，使用经验方法，从中央子午线区域的南北向行波测量值中去除赤道区域的东西向行波测量值的走时偏移，但其有效性和准确性需要评估。在这里，我们开发了一种新的方法，以更稳健的方式分离中心-边缘效应δ τ_CtoL和湍流引起的走时偏移δ τ_MF。使用7年的观测SDO/HMI，我们详尽地测量沿太阳盘的径向方向的所有方位角和所有跳跃距离的两个表面位置之间的走时位移。实测走时偏移量是δ τ_CtoL和δ τ_MF的线性组合，可以通过求解线性方程组进行解纠缠。发现δ τ_CtoL相对于方位角是各向同性的，然后对纬向环流反演了δ τ_MF。我们的反演结果显示了一个三层流动结构，低纬地区的向赤道流动在0.82和0.91之间，高纬地区的向赤道流动在0.85和0.91之间。在向赤道气流区的下方和上方都有向极气流，表明在每个半球都有双胞环流。

时距日震学中流的灵敏度核：球面几何的扩展

Sensitivity Kernels for Flows in Time-Distance Helioseismology: Extension to Spherical Geometry

我们扩展了现有的玻恩近似方法计算的线性灵敏度的日震走时流从笛卡尔球面几何。这一发展是必要的使用玻恩近似推断大规模的流动在太阳内部深处。在第一个健全检查，我们比较两个$f-$模式内核从我们的球形方法和现有的笛卡尔方法。水平积分和总积分在0.3%以内。作为第二个一致性检验，我们考虑一个匀速旋转的太阳和42度的旅行距离。分析旅行时的差异同意与正演模拟旅行时的差异在2%以内。此外，我们评估了不同的选择的过滤器功能的内核的42度的椭圆形的旅行距离的影响。对于所有的过滤器，灵敏度被发现分布在对流区的一个大的分数。我们表明，内核依赖于在数据分析过程中采用的过滤器功能。如果允许更高谐波度（$90\lesssim l \lesssim 170$）的模式，则在表面附近出现对应于$l\approx 260$的空间尺度的噪声图案。当主要使用低阶模式（$l\lesssim70$）时，灵敏度集中在最深的区域，并且在视觉上类似于射线路径状结构。在使用的不同的低阶滤波器中，我们发现相位速度滤波测量的内核在深度上是最好的本地化。

时间-距离日震学的灵敏度核：球对称太阳模型的有效计算

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。

计算日震学中日震走时对施加洛伦兹力限制器的灵敏度

Sensitivity of helioseismic travel-times to the imposition of a Lorentz force limiter in computational helioseismology

阿尔文波速度随着太阳表面高度的快速指数增长，对磁场对太阳振荡影响的物理建模提出了严峻的挑战，因为它为显式数值代码引入了重要的CFL时间步长约束。在计算日震学中，通常需要超过10小时（数百个波周期）的长时间模拟，当洛伦兹力和水动力之间的比值变得太大时，通过人为修改动量方程来限制阿尔文波的速度。然而，最近的研究表明，阿尔文波的速度在MHD模式转换过程中起着至关重要的作用，特别是在确定向上传播的日震快波的反射高度。利用数值模拟的日震波传播在恒定倾斜（相对于垂直）磁场，我们证明了这种人为限制器的实施显着影响时距旅行时间，除非阿尔文波速度上限是舒适地选择超过调查中的水平相速度。

将贝叶斯方法应用于日震学时间-距离分析以推断太阳经向环流剖面

Inferring the Solar Meridional Circulation Flow Profile by Applying Bayesian Methods to Time-distance Helioseismology

本文提出贝叶斯MCMC框架，结合21年日震学时间差数据与参数化经向环流模型反演太阳内部流动，发现第23、24周分别倾向单胞与较弱双胞结构。

太阳黑子的日震学：NOAA 9787区的个例研究

Helioseismology of Sunspots: A Case Study of NOAA Region 9787

各种日震学方法被用来研究NOAA活动区9787的太阳黑子的地下特性。选择这个太阳黑子是因为它是轴对称的，在2002年1月20日至28日期间几乎没有演化，并且由MDI/SOHO仪器连续观测。(...)波的传播时间和模式频率受到太阳黑子的影响。在大多数情况下，通过太阳黑子传播的波包具有缩短的旅行时间。然而，在短的旅行距离，旅行时的变化的符号似乎敏感地依赖于如何处理数据，特别是在频率波数空间的过滤。我们进行了两个线性反演波速：一个使用旅行时和相速滤波器，另一个使用模式频率从环分析。这两个反演给出了符号相反、振幅不同的地下波速剖面。(...)从AR 9787的研究中，我们得出结论，我们目前无法提供太阳黑子的地下结构和动力学的统一描述。

频域中的计算日震学：有流动的轴对称太阳模型中的声波

Computational helioseismology in the frequency domain: acoustic waves in axisymmetric solar models with flows

到目前为止，局部日震学一直依赖于半解析方法来计算波旅行时间对太阳内部扰动的空间灵敏度。这些方法繁琐且缺乏灵活性。在这里，我们提出了一个方便的框架，数值求解的时间-距离日震学在频域中的正演问题。要计算的基本量是地震波场的互协方差。我们选择源波激发，使我们能够以一种简单的方式与格林函数的振荡的互协方差。我们说明的方法，考虑三维声波方程的轴对称参考太阳模型，忽略重力对波的影响。背景模型围绕旋转轴的对称性意味着格林函数可以被写为纵向傅立叶模式的总和，从而导致一组独立的2D问题。我们使用高阶有限元方法在频率空间中求解二维波动方程。计算是“并行的”，每个频率和每个方位阶在计算机集群上独立求解。我们计算旅行时的灵敏度内核在球形几何的流量，声速和密度扰动下的第一玻恩近似。收敛性测试表明，旅行时间可以计算的数值精度优于一毫秒，所需的最精确的旅行时间测量。这里提出的方法在计算上是有效的，并且将用于解释走时测量，以便推断，例如，太阳对流区的大尺度对流。它允许实施（全波形）迭代反演，从而在每次迭代更新的轴对称背景模型。

太阳黑子复合体的日震学研究

Investigation of a Sunspot Complex by Helioseismology

太阳黑子区域经常形成活动复合体，可能存在几个太阳旋转，并代表太阳磁场活动的主要组成部分。有人认为，活动区在空间和时间上的接近可能与共同的地下根或活动“巢穴”有关。EUV图像显示，活动区域在日冕中是磁性连接的，但尚未建立地下连接。我们调查的地下结构和动态的一个大型复杂的活动，NOAA 10987-10989，在SOHO/MDI动态运行在2008年3月至4月，这是整个日光层间隔（WHI）运动的一部分。在这个复杂的活动区出现在一个狭窄的纬度范围内，可能代表一个地下环形通量管。我们使用MDI的全磁盘多普勒测量扰动的声波旅行时间的不同深度，通过使用时距日震学，并获得声速和流量地图的旅行时间反演。地下水流图显示了一个有趣的动态衰减的活动区域与持续的剪切流，这可能是重要的驱动耀斑和CME活动，在WHI活动期间观察到。我们的分析，包括地震声速反演结果和深源走时异常的分布，给出了磁结构的发散根的指示，正如可以从$Ω$环结构中预期的那样。然而，在0-48毫米的深度范围内，在这个复杂的活动中的三个活动区之间没有明确的联系。

模型太阳黑子大气的定向时距探测

Directional Time-Distance Probing of Model Sunspot Atmospheres

在当地日震学中没有被广泛考虑的一个关键特征是，表面磁性区域实际上打开了一个从内部进入太阳大气的窗口，地震波通过这个窗口泄漏，在大气层中反射，然后重新进入内部，重新加入通常局限于那里的地震波场。在最近一系列使用平移不变大气的数值研究中，我们使用了“定向时距日震学”测量方案来研究太阳大气层中较高位置的返回快波和阿尔文波对光球层地震学的影响（Cally & Moradi 2013; Moradi & Cally 2014）。在这项研究中，我们将我们的定向时间-距离分析扩展到更现实的类太阳黑子大气中，以更好地了解太阳黑子中磁场对日震走时测量的直接影响。与我们以前的研究结果一致，我们发现了一个独特的频率依赖性的方向行为的走时测量，一致的签名MHD模式转换。我们发现，无论太阳黑子的场强或威尔逊凹陷的深度如何，情况都是如此。我们还分离和分析了纯热扰动对测量旅行时间的直接贡献，发现在本影中传播的波对太阳黑子的潜在热效应更加敏感。

利用三跳声信号进行太阳远侧时距成像

Time-Distance Solar Far-Side Imaging Using Three-Skip Acoustic Signals

这项工作的目的是使用具有三个跳跃的声学信号对太阳远侧活动区成像，并改善现有图像的质量。利用四跳声信号，利用日震全息术技术首次使远侧活动区的测绘成为可能。后来，利用时间-距离日震学技术将四跳和五跳信号结合起来，提高了远侧图像的质量。在这项工作中，我们探索的可能性，使三跳远侧图像的活动区域，并提高图像质量相结合的三跳图像与现有技术获得的图像。提出了一种新的组合图像的方法，该方法提高了信噪比并减少了伪特征的出现。

利用结合脊和相速滤波的时间-距离反演对太阳对流区上部等离子体流的层析成象

Tomography of plasma flows in the upper solar convection zone using time--distance inversion combining ridge and phase-speed filtering

本文通过比较时距日震学中常用的两种k-ω滤波方法--脊滤波和相速滤波，检验了太阳对流层上部等离子体流水平分量在超颗粒尺度上时距反演的一致性。结果表明，这两种方法导致类似的流量估计时，使用有限频率灵敏度内核。它进一步表明，反演的性能提高（同时更好地平均内核和较低的噪声水平），当这两种方法结合在一起，在一个反演。使用组合反演，我反演了太阳对流区上部10毫米的水平流动。与超颗粒相关联的流动似乎仅在上部~5 Mm的深度是连贯的，更深处有对流尺度向比超颗粒更大的结构变化的暗示。

日震走时对当地气流的线性敏感性

Linear Sensitivity of Helioseismic Travel Times to Local Flows

时距日震学是一种测量波从太阳表面一点传播到另一点的时间的技术。这些波的传播时间受到地下流平流的影响。等离子体流的推断所观察到的旅行时间的基础上，关键取决于准确建模的能力，地下流动的影响，时间-距离测量。我们提出了一种基于玻恩近似计算的时间距离旅行时间的敏感性弱，稳定，不均匀的地下流动。得到三个灵敏度函数，一个用于3D矢量流的每个分量。我们表明，深度灵敏度的旅行时间的水平均匀流给出近似的动能密度的振荡模式，有助于旅行时间。对于具有强深度依赖性的流动，玻恩近似可以给出与射线近似大不相同的结果。

在从Hinode的声走时测量中色球下降流的日震特征

Helioseismic Signature of Chromospheric Downflows in Acoustic Travel-Time Measurements from Hinode

我们报告的一个签名的色球下降流在两个新兴的通量地区检测的时间距离日震学分析。我们使用Hinode/SOT获得的Ca II H线的色球强度振荡数据和Fe I 557.6nm线的光球多普勒数据进行分析。通过互相关的钙II振荡信号，我们已经检测到了一个旅行时间异常的plage地区，向外旅行时间比向内旅行时间短0.5-1分钟。然而，这样的异常是不存在的Fe I数据。这些结果可以解释为低色球层下行流的证据。下降速度估计低于10 km/s。这一结果表明，一个新的可能性研究色球流的时距分析。

太阳振动两点互协方差函数的统计

Statistics of the two-point cross-covariance function of solar oscillations

内容：在太阳表面成对点上观测到的太阳振荡的互协方差是时距日震学的基本组成部分。从互协方差函数中提取波的传播时间，并用于推断太阳内部的物理条件。目的：了解两点互协方差函数的统计是优化旅行时间测量的必要步骤。研究方法：通过模拟随机太阳振荡，我们评估的互协方差函数的时间滞后和两点之间的距离的函数的方差。结果：我们证明了互协方差的方差与远场的时滞和距离无关，即，当它们与太阳振荡的相干尺度相比很大时。结论：互协方差的恒定噪声水平意味着互协方差的信噪比与互协方差的期望值的幅度成比例。这一观察结果对于计划数据分析工作很重要。

利用时间-距离深聚焦方法研究地下太阳对流的时间依赖性

Time-Dependence of Subsurface Solar Convection Using the Time-Distance Deep-Focus Method

本文利用时间-距离深聚焦方法研究太阳对流的时间依赖性，发现其功率谱在特定空间尺度上与模拟结果存在显著差异，但较大尺度下的估计较为准确。

Solar meridional circulation from twenty-one years of SOHO/MDI and SDO/HMI observations: Helioseismic travel times and forward modeling in the ray approximation

The south-north travel-time differences are measured by applying time-distance helioseismology to the MDI and HMI medium-degree Dopplergrams covering May 1996-April 2017. Our data analysis corrects for several sources of systematic effects: P-angle error, surface magnetic field effects, and center-to-limb variations. An interpretation of the travel-time measurements is obtained using a forward-modeling approach in the ray approximation. The travel-time differences are similar in the southern hemisphere for cycles 23 and 24. However, they differ in the northern hemisphere between cycles 23 and …

SDO/HMI和SOHO/MDI对太阳纬向环流声学走时测量的比较

Comparison of acoustic travel-time measurement of solar meridional circulation from SDO/HMI and SOHO/MDI

时距日震学是研究太阳纬向环流的主要工具之一。然而，旅行时间测量的地下纬向流遭受各种系统误差，如一个中心到肢体的变化和偏移，由于太阳图像的P角的不确定性。在这里，我们应用的时间距离技术，以同期的中等程度的多普勒产生的SOHO/MDI和SDO/HMI，以获得旅行时间差所造成的纬向环流整个太阳对流区。MDI图像中的P角偏移量通过MDI和HMI图像的互相关来测量。在南北和东西方向上的走时测量在相同的观测周期内的两个数据集的平均值，然后进行比较，以检查MDI和HMI走时校正后的系统误差的一致性。由P角误差引起的南北走时差的偏移量随着走时距离的增加而逐渐减小。然而，这些偏移对于与到达对流区的底部的波相对应的行进距离变得有噪声。这表明，在研究深纬向流时，需要仔细处理P角问题。在校正P角并消除中心-边缘效应后，MDI和HMI的走时测量值在覆盖整个对流区的纬向环流的误差条内一致。在这两组数据中观察到的波动是高度相关的，因此表明它们的太阳起源，而不是仪器起源。虽然我们的研究结果表明，特设校正是能够减少广泛的差异，从MDI和HMI的走时测量，我们不能排除的可能性，存在其他系统的影响，以同样的方式作用于两个数据集。

球面玻恩近似灵敏度函数在太阳子午流测量中的验证

Validation of Spherical Born Approximation Sensitivity Functions for Measuring Deep Solar Meridional Flow

太阳深层纬向流的精确测量对于理解太阳发电机具有重要意义。在本文中，我们验证了最近开发的方法获得灵敏度函数（内核）的旅行时测量太阳内部流动使用玻恩近似在球面几何，这是预计将比经典的射线近似更准确。此外，我们开发了一种数值方法来有效地计算大量的内核的基础上分离的特征函数到其水平和径向的依赖。验证是使用的线性波传播在太阳，其中包括一个标准的单细胞对流剖面的流体动力学模拟。我们表明，使用玻恩近似，它是可以准确地模拟观测量相关的时间距离日震学，如平均功率谱，光盘平均互协方差函数，并在流场的存在下旅行时间。为了密切匹配的模型观测，我们表明，它是有益的，使用模式频率和阻尼率，从测量的功率谱中提取。此外，径向流的总行程时间的贡献被发现达到20%的水平流的行程距离超过$40^\circ$的贡献。使用玻恩核和二维SOLA反演的旅行时间，我们可以恢复输入的纬向流剖面的大部分功能。因此，玻恩近似是一个很有前途的方法推断大规模的太阳内部流动。

作为波衰减和几何扩展诊断工具的太阳振荡互协方差函数的振幅

The amplitude of the cross-covariance function of solar oscillations as a diagnostic tool for wave attenuation and geometrical spreading

上下文在时距日震学中，波的传播时间是从太阳振荡的两点互协方差函数测量的，并用于对太阳对流区进行三维成像。然而，在互协方差函数的幅度中也存在例如关于地震波衰减的信息。目的。在这里，我们开发了一个方便的程序来测量太阳振荡的互协方差函数的振幅。方法.在该过程中，互协方差函数的幅度与互协方差函数线性相关，并且即使对于高水平的噪声也可以测量。结果作为一个例子的应用，我们测量的振幅扰动的地震波，通过活动区NOAA 9787太阳黑子传播。我们可以恢复振幅的变化，由于散射和衰减的波的太阳黑子和相关的有限波长的影响。结论.提出的互协方差振幅的定义是鲁棒的噪声，可用于测量的振幅在太阳内部的三维扰动下的玻恩近似，并将提供独立的信息从旅行时间。