A theoretical model of the variation of the meridional circulation with the solar cycle
对在太阳发电机运行中起关键作用的太阳纬向环流的观测表明，其速度随太阳活动周期而变化，在太阳活动极小期变快，在太阳活动极大期变慢。为了解释纬向环流随太阳活动周期的变化，我们将纬向环流方程（太阳对流区内涡度方程的$ϕ$分量）与通量输送发电机模型的方程耦合，建立了一个理论模型。我们考虑了由于发电机产生的磁场的洛伦兹力所引起的反作用，并研究了由此在纬向环流中产生的扰动，这使我们能够模拟纬向环流的变化，而不必发展纬向环流本身的完整理论。我们得到的结果相当好地再现了日冕环流的太阳周变化的观测数据。我们得到最好的结果，假设湍流粘性作用于速度场的磁扩散率（即假设磁普朗特数接近于1）。我们必须假定一个适当的底部边界条件，以确保洛伦兹力不能在速跃层底部以下的亚绝热层中驱动流动。我们的结果是敏感的底边界条件。我们还提出了一个假设，如何观察到的向内流动的活动区域可能会产生。
2017-08-17 astro-ph.SR
Double-Cell Type Solar Meridional Circulation Based on Mean-Field Hydrodynamic Model
本文的主要目的是提出雷诺应力的非扩散部分的条件，用于驱动太阳纬向环流的双胞结构，这已被最近的日震观测所揭示。通过一组平均场流体动力学模拟，首次证实了当雷诺应力在对流区下部向上输送角动量，在对流区上部向下输送角动量时，双胞涡旋环流可以伴随着类太阳的差旋而实现.结果表明，在定常状态下，通过中间层雷诺应力积累的角动量分别由两个双曲环流圈平流输送到对流区的上部和下部。
2016-12-01 astro-ph.SR
Is meridional circulation important in modelling irregularities of the solar cycle?
我们探讨的重要性，纬向环流的变化，在模拟的不规则性的太阳活动周期的通量传输发电机模型。我们表明，波动的纬向环流可以再现太阳活动周期的一些功能，如Waldmeier效应和大极小。然而，只有当对流区的湍流扩散系数相当高时，我们才能得到所有这些结果。
2011-11-09 astro-ph.SR
An overshoot solar dynamo with a strong return meridional flow
在低涡动扩散率的情况下，涡动环流在确定发电机作用的基本机制方面起着至关重要的作用。强回流和深驻点的磁通量输送发电机的情况下，讨论了一个积极的$α$效应位于过冲层和旋转规律与日震学一致。通过线性发电机模型，将表明低纬环带的迁移和活动周期与观测结果是一致的。此外，与以往的调查，偶极溶液的典型的临界发电机数显着小于四极溶液，即使在强流的制度。
2011-12-21 astro-ph.SR
Meridional Circulation From Differential Rotation in an Adiabatically Stratified Solar/Stellar Convection Zone
恒星对流区的经向环流通常不能很好地观测到，但对磁流体发电机可能是至关重要的。来自差速旋转（DR）的科里奥利力在确定纬向环流中起着重要作用。在这里，我们考虑一个在与自转轴同心的圆柱上保持恒定的恒星DR是否能驱动一个纬向环流。使用两个相关形式的控制方程，分别估计的纵向分量的旋度的纬向质量通量和涡度，我们表明，这样的DR将驱动纬向流。这是因为为了满足滞弹性质量守恒，所有DR都必须存在非球对称压力等值线，而不仅仅是与旋转轴同心的圆柱体上偏离恒定性的压力等值线。因此，如果DR存在，流体总是斜压的，因为在滞弹性系统中，扰动压力必须满足泊松型方程，以及状态方程和热力学方程。我们支持我们的定性推理与数值例子，并表明，纬向环流是敏感的大小和形式的偏离旋转常数的圆柱。该效应应存在于3D全球滞弹性对流模拟中，特别是那些由全球对流驱动的DR在剖面上接近圆柱形的模拟。对于类似太阳的DR，科里奥利力通常在每个半球驱动一个双胞环流，在高纬度地区有第二个反向流动。对于类似太阳的湍流粘性，科里奥利力产生的日冕环流比在太阳上观察到的要大得多。因此，必须至少有一个额外的力，可能是浮力，它反对的纬向流，使其振幅下降到观察值。
2013-08-21 astro-ph.SR
Effects of cyclic fluctuations in meridional circulation using a low order dynamo model
我们开发并随后探索了一个简单的通量传输发电机模型，其中包括一个随时间变化的大尺度纬向环流的解决方案空间。根据最近的观测结果，我们给出了这种环流振幅的解析形式，并研究了它对磁场演化的影响。我们发现，周期性变化的振幅和频率的纬向流影响的强度的太阳周期。波动幅度的变化会影响太阳活动周期的形状，但只有当它们发生在与太阳活动周期不同的频率或相位时，才与太阳活动周期的强度变化有关。
2012-02-14 astro-ph.SR
Meridional circulation molecular-weighted
本文研究稳定分子量梯度对恒星/行星内部经向环流穿透的影响，通过线性分析和非线性模拟揭示成分分层减缓环流穿透、经向混合加深穿透，并提出太阳差旋层及恒星较差自转的解析情景。
2025-08-15 astro-ph.EP 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
The Sun's Shallow Meridional Circulation
太阳的全球纬向环流在其表面是一个缓慢的向极流动。这种流动被观察到携带磁性元素向极地-产生太阳的极地磁场作为11年太阳黑子周期的关键部分。目前的太阳黑子周期理论假设，这种表面流是一个循环的一部分，向内下沉的两极和转向赤道在深度低于100毫米。在这里，我们使用平流的太阳对流细胞的纬向流映射的流速在纬度和深度。我们的测量显示，最大的细胞清楚地向赤道移动深度低于35毫米-太阳表面剪切层的基础。这个令人惊讶的浅回流表明需要对太阳/恒星发电机理论进行实质性的修改。
2011-03-29 astro-ph.SR
Meridional circulation in the Sun and stars
平均场流体动力学的发展使恒星对流带中的全球对流的起源和性质得到了清楚的解释。定性论证和基本方程的分析均表明，非保守的离心力和浮力驱动了涡旋环流，这两个驱动力之间的轻微不平衡的结果。在对流区边界附近，偏离热成风平衡的偏差相对较大。因此，对流在边界层中达到最大速度，在对流区内速度减小。然而，这张照片，既不支持，也不驳回最近的日震探测或三维数值实验的相互矛盾的结果。简要讨论了温差的有关物理及其与太阳扁率的可能关系。
2016-10-03 astro-ph.SR
Meridional Circulation During the Extended Solar Minimum: Another Component of the Torsional Oscillation?
我们在这里展示了在新的太阳活动周期开始之前，在中高纬度（40-50度）发展的纬向环流的一个组成部分。像纬向流的扭转振荡一样，这种额外的环流似乎先于太阳表面的磁活动开始，并缓慢地向低纬度移动。然而，该分量的行为与扭转振荡的行为在位置和在周期结束时朝向赤道的会聚方面不同。在磁区出现在太阳表面之前，只有由于太阳活动极小期延长，才有可能观测到这一成分。这些结果可以解决围绕活动带的纬向环流的额外分量是否是活动区周围物质运动的影响的问题。
2010-03-08 astro-ph.SR
Meridional circulation dynamics from 3D MHD global simulations of solar convection
太阳纬向环流的形式是平均场通量输送发电机模型的一个重要组成部分。然而，这个大规模的流动仍然笼罩着一层神秘的面纱，因为使用目前的日震技术对其进行测量是具有挑战性的。在这项工作中，我们使用的结果从三维全球模拟太阳对流推断的动力学行为的建立纬向环流。我们在这些模拟和最新观测中出现的纬向环流之间进行了直接比较。根据我们的研究结果，我们认为，应该有一个赤道流的对流区在中纬度地区的基础上，低于目前的最大深度日震措施可以探测（0.75 R）。我们还提供了物理参数来证明这种行为。模拟结果表明，随着磁循环的展开，纬向环流在形态上发生了实质性的变化。最后，我们讨论了这些动态变化的重要性，目前的观测方法，涉及长时间的日震数据的平均周期。同样值得注意的是，这些拓扑结构的变化表明磁场和等离子体流之间的丰富的相互作用，这挑战了无处不在的运动学方法中使用的绝大多数平均场发电机模拟。
2015-02-04 astro-ph.SR
The mean-field solar dynamo with double cell meridional circulation pattern
日震学的最新发现以及太阳全球动力学直接数值模拟的进展表明，在每个太阳半球，赤道环流形成了对流区中沿赤道的两个单元。我们研究了具有这种双胞双对称环流的平均场太阳发电机的性质。发电机模型还包括现实的太阳差旋转（包括速跃层和地下剪切层）的配置文件，并考虑到湍流泵，各向异性湍流扩散率和磁螺旋守恒的影响。相反，以前的磁通量传输发电机模型，它被发现，发电机模型可以鲁棒地再现太阳磁循环的基本属性为广泛的模型参数和环流速度。当纬向环流的表面速度约为12 m/s时，与观测结果的符合最好。对于这种环流速度，模拟的太阳黑子活动与极区磁场表现出良好的同步性。在过去的太阳黑子周期21和22中确实观察到了这种同步。我们比较了太阳黑子数和极场强度的理论和观测相图，并讨论了第23周的特殊性质。
2013-06-08 astro-ph.SR
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
Solar Meridional Circulation from Doppler Shifts of the Fe I line at lambda 5250 Angstroms as Measured by the 150-foot Solar Tower Telescope at the Mt. Wilson Observatory
分析了1986 - 2009年期间获得的全日面Fe I谱线在5250埃处的多普勒频移，以确定太阳表面沿纬向面的环流速度。同时测量的塞曼分裂这条线被用来获得太阳磁场的测量，用于选择低场点和施加磁致多普勒频移的校正。使用的数据来自新的简化，保留了原始观测的全部空间分辨率，以便可以跟踪到北纬80度的环流。推导出的纬向流示出不同的环流速度来自磁图案的运动。在极地地区，连续三个太阳活动极小期的环流模式是相反的。在第22和23个周期的上升阶段，低纬度地区的环流速度出现激增。
2010-10-04 astro-ph.SR
Mean field models of flux transport dynamo and meridional circulation in the Sun and stars
本文综述了太阳与恒星磁活动周相关的平均场理论、通量输运发电机模型及子午环流机制，探讨了磁场与环流的相互作用，并指出多方法协同将推动领域发展。
2023-02-18 astro-ph.SR
Is a deep one-cell meridional circulation essential for the flux transport Solar Dynamo?
通量输运发电机成功地模拟了太阳活动周期，其中太阳纬向环流起着重要的作用。大多数运动发电机模拟都假设对流区内的经向环流为单胞结构，其底部有向赤道的回流。鉴于最近的索赔，回流发生在一个更浅的深度，我们探讨是否有这样一个浅的回流纬向环流仍然可以保留有吸引力的功能的通量输送发电机（如适当的蝴蝶图，适当的相位关系之间的环向和极向场）。我们认为额外的细胞下方的浅层回流-多个细胞径向堆叠在另一个以上的情况下，更复杂的细胞模式的情况下，三角形环流。只要在对流带底部存在低纬向赤道的气流，我们发现太阳的行为是近似再现的。然而，如果在对流区的底部没有流动或有向极的流动，那么我们就不能再现太阳的行为。在使湍流扩散率低时，我们仍然发现周期性行为，尽管周期变得不切实际地大。此外，低扩散率，我们没有得到观测到的太阳黑子最小值的极场和下一个周期的强度之间的相关性，这是复制时，扩散率高。在引入径向向下泵浦时，我们得到了更合理的周期和更像太阳的行为，即使在低扩散率的情况下。
2014-02-04 astro-ph.EP astro-ph.IM 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
Meridional circulation in the solar convection zone: time-distance helioseismic inferences from four years of HMI/SDO observations
我们提出和讨论的结果，从时间距离日震测量的日冕环流在太阳对流区使用4年的多普勒速度观测的日震和磁成像仪（HMI）板载太阳动力学天文台（SDO）。使用一个内置的质量守恒约束的流函数，我们反演日震旅行时间来推断太阳对流区的纬向环流。我们发现关闭纬向环流的回流可能在$0.77 R_{\odot}$深度以下。我们讨论了这一结果的意义，最近发表的其他日震推论和可能的原因，结果的差异。我们的研究结果清楚地表明，在目前的信噪比限制和我们对数据中的系统学的有限理解的情况下，在太阳内部深处的物质流测量中存在的陷阱。我们还讨论了我们的结果的影响，太阳内部的动态和流行的太阳发电机模型。
2015-10-07 astro-ph.SR
The Meridional Circulation of the Sun: Observations, Theory and Connections with the Solar Dynamo
太阳的纬向环流在表面被观测到是向极的，在一定深度应该有一个回流。由于大规模的流动，如差异旋转和对流环流是由对流区的湍流应力驱动的，这些流动预计将保持局限在这个区域内。目前的观测（基于日震学）和理论（基于发电机理论）的证据指向赤道回流的对流区底部的纬向环流。假设湍流中各物理量的平均值是轴对称的，我们在二维平均场论的基础上研究了类太阳恒星中的大尺度流动。旋转恒星中的湍流应力可以传递角动量，建立差动旋转。纬向环流是由两个项之间的轻微不平衡引起的，这两个项试图将它推向相反的方向：热成风项（由于极地地区对流热传输的效率较高）和离心项（由于差异旋转）。为了使这些项具有可比性，太阳的两极应该比赤道稍微热一点。讨论了纬向环流在通量输运发电机模式中的重要作用。由Babcock-Leighton过程在表面产生的极向场是平流极向，而在对流区底部产生的环向场是平流赤道向。纬向环流的波动（相干时间约为30- 40年）有助于解释太阳活动周期中许多方面的不规则性。最后，我们讨论了发电机产生的磁场的洛伦兹力如何引起大尺度流随太阳活动周期的周期性变化。
2020-08-21 astro-ph.SR
Mean-field solar dynamo models with strong meridional flow at the bottom of the convection zone
本文研究了一个在对流区底部有一个深滞止点和强回流的纬向环流的运动学轴对称平均场发电机模型。这种环流来自太阳对流区角动量平衡的平均场模型。我们表明，这类纬向环流有可能构建在某些方面类似于太阳黑子磁活动周期的运动发电机模型。发电机模型包括湍流源的大规模极向磁场生产，由于动力学螺旋度和综合效应，由于科里奥利力和大规模的电流。在这些模型中，环向磁场，这是负责太阳黑子的生产，是集中在对流层的底部，并通过纬向流传输到低纬度地区。极向场的纬向分量也集中在对流区的底部，而径向分量则集中在近极区。这些问题可能是由给定的纬向环流型和对流区内磁扩散率的分布引起的。特别是在近赤道地区，环向分量和极向分量之间的相位关系与观测结果不一致。此外，我们表明，磁循环的周期可能并不总是单调减少的纬向流速度的增加。因此，对于进一步的进展，重要的是确定的纬向环流的结构，这是一个关键的属性，从日震观测。
2011-04-07 astro-ph.SR
Meridional Circulations of the Solar Magnetic Fields of Different Strength
本文分析太阳活动周21—24不同强度磁场的经向环流，发现中等强度磁场存在约22年周期的波状环流并主导极区反转，而高强度磁场并非弱磁场的主要来源。
2023-11-16 astro-ph.SR
Meridional Circulation in Solar and Stellar Convection Zones
我们提出了一系列的3-D非线性模拟的类太阳对流，进行了滞弹性球谐（ASH）代码，旨在隔离这些过程中，驱动器和形状的恒星对流区内的对流环流。这些模拟的构建是为了跨越类似太阳的差异旋转（快赤道/慢极点）和“反太阳”差异旋转（慢赤道/快极点）之间的过渡。当对流受到旋转约束时，产生类似太阳的差分旋转状态，其特征在于与反太阳制度相比，对流雷诺应力非常不同，其中对流仅微弱地感知科里奥利力。我们发现，对流雷诺应力的角动量输运在建立这些模拟中的对流流动剖面中起着核心作用。我们发现，从单细胞的过渡到多细胞的回旋环流配置文件在强和弱制度的旋转约束是联系在一起的对流雷诺应力的变化，一个明确的演示陀螺泵。这些不同的制度之间的垂直热变化不同，与那些在太阳的制度合谋，以抑制一个单细胞的赤道环流，而建立在反太阳状态的冷极和温暖的赤道往往会促进单细胞环流。虽然对流角动量输送在中纬度的反太阳区域变成径向向内，但主要负责建立快速旋转极的是纬向环流。最后，我们讨论了这些结果与太阳的关系，并建议太阳可能位于快速旋转和缓慢旋转制度之间的过渡附近。
2015-01-26 astro-ph.SR
Evaluating potential for data assimilation in a flux-transport dynamo model by assessing sensitivity and response to meridional flow variation
我们在这里估计一个通量传输发电机模型的响应时间的变化，在纬向流速。在这类发电机模型中，纬向流的时变主要决定了周期的形状。为了通过在数据同化研究试验台（DART）的框架内实施EnergyKalman滤波器来同时预测太阳活动周期的形状、幅度和时间，了解模型对流量变化的敏感性是很重要的。在观测的指导下，我们考虑在特定的时间（几个月到几年），在流动速度恢复到稳定的速度，并实现在太阳周期的不同阶段，随时间变化的纬向流速度的平滑增加或减少。我们发现，如果流量变化持续一年，模型对流速变化的响应时间在四到六个月达到峰值。更改的流持续的时间越长，模型响应的时间就越长。只要发电机运行在对流占优的区域，磁扩散率对模型对流量变化的响应没有影响。对更复杂的流动变化的实验表明，流动扰动的形状和幅度对模型响应时间的估计没有影响。
2012-06-26 astro-ph.SR
On the origin of the double cell meridional circulation in the solar convection zone
日震学、数值模拟和太阳差异自转平均场论的最新进展表明，对流区的每个半球可能有两个或两个以上的环流圈。根据平均场论，双胞环流型可以由太阳对流区下部的径向角动量输运的非扩散部分的符号反转（所谓的$Λ$效应）产生。在这里，我们表明，这种现象{可以导致}的径向不均匀性的科里奥利数，这取决于对流周转时间。我们证明，如果考虑到这种影响，那么太阳类差旋转和双胞纬向环流都是由平均场模型再现。该模型是一致的湍流速度的相关性的分布确定从观测跟踪运动的太阳黑子和大规模的磁场，表明这些示踪剂是植根于剪切层下面。
2018-02-05 astro-ph.SR
Meridional Circulation Dynamics in a Cyclic Convective Dynamo
地面观测表明，光球层中太阳纬向环流的速度与太阳活动周呈反相变化。目前对这种变化来源的解释是，流入活动区的气流改变了全球地面的纬向环流模式。当这些局部气流在整个半球上积分时，它们有助于轴对称极向水平分量的减慢。对流区深处的这种大规模流动的行为在很大程度上仍然未知。目前的日震技术还不够灵敏，无法捕捉到这种微弱的大尺度流动的动态。此外，绘制对流区内部的纬向环流所需的大量积分时间也掩盖了较短时间尺度上的一些可能的动态。在这项工作中，我们研究了从太阳对流区的3D MHD全球模拟出现的纬向环流的动力学。我们的目的是评估和量化的对流区，循环的大规模磁场可以达到相当大的强度内的对流循环的行为。我们的分析表明，纬向环流的形态和幅度都受到磁场的高度影响，通过对全球角动量分布的影响的磁转矩。由这些磁转矩引起的一个动态特征是在低对流区的中纬度出现一个突出的向上流动，该流动发生在环带的赤道边缘附近，并在周期最大值期间达到峰值。在全球范围内，发电机产生的大规模磁场驱动的纬向流的变化，在形成鲜明对比的传统的运动学通量传输观点的磁场被平流被动的流动。
2017-07-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Meridional Circulation Streamlined
针对恒星演化理论中辐射区随时间变化的经向环流和较差自转这一核心开放问题，研究利用大气科学的向下控制原理简化问题，推导相关方程并揭示稳态衰减规律、传播机制及弱拖曳极限下的稳态时间特性，为恒星内部自转研究提供支撑。
2024-06-05 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
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
Physical Origin of Differences among various Measures of Solar Meridional Circulation
我们表明，太阳纬向流的表面多普勒和磁元素跟踪措施之间的系统差异可以解释的表面湍流磁扩散的影响。在低纬度和中纬度地区，磁场跟踪速度低于等离子体速度，因为在低纬度地区，磁场扩散反对向极的等离子体流，而在高纬度地区，磁场扩散增加了等离子体流。通量输运发电机模型必须输入等离子体流;模型输出产生表面磁性特征跟踪速度的估计。我们表明，等离子体速度和磁图案的速度之间的差异，在磁通量传输发电机是一致的，与观察到的这些速度之间的差异。
2010-08-16 astro-ph.SR
The Solar Meridional Circulation and Sunspot Cycle Variability
自1996年以来，我们一直在测量太阳表面层中磁性元素的纬向运动，并发现了系统的和实质性的变化。一般来说，在循环最小值时，横向流动速度快，在循环最大值时，横向流动速度慢。我们发现，这些系统性的变化的特点是减弱的纬向流的活动（太阳黑子）纬度的向极侧。这可以被解释为一个更一般的极向纬向流剖面上叠加的太阳黑子区的流入。我们还发现，在不同的周期，以周期为单位的纬向流的变化。与第21、22和24次循环的相似阶段相比，第23次循环的最小值和最大值时的血流速度较慢。由可变纬向流产生的磁通量传输模型表明，它可以通过对太阳极地磁场的影响来显著地调节下一个太阳黑子周期的大小和时间。我们认为，在第23周观察到的纬向流的变化有助于弱极场在周期结束，然后产生一个弱的周期24和非常周期23/24最低。
2014-04-23 astro-ph.SR
Time-Distance Helioseismology of Deep Meridional Circulation
太阳内部动力学的一个关键组成部分是纬向环流（MC），其在表面层中的极向分量已经被很好地观测到。然而，对MC深层结构的时距日震研究却得出了相互矛盾的推论。在这里，现有的结果总结后，我们展示了如何一个大的中心到肢体系统（CLS）在声波的测量旅行时间影响的推断，通过分析CLS的频率依赖性，使用数据从日震和多普勒成像仪（HMI）板载太阳动力学天文台（SDO）。我们的研究结果指出，作为一个主要原因，不同的推断MC的深层结构的旅行时间的剩余系统学。
2020-04-27 astro-ph.SR
Theory of differential rotation and meridional circulation
经向气流是由热成风平衡的微小偏差引起的。在对流区顶部和底部附近的边界层中，偏差相对较大。因此，对流在边界处达到最大速度，在对流区内速度减小。边界层的厚度，在那里的纬向流是集中的，减少与旋转速率，使对流占主导地位的发电机制度是不可能在快速旋转的恒星。角动量通过对流和旋向流的输送产生了差动旋转。角动量的对流通量的点径向向内的情况下，缓慢的旋转，但改变其方向赤道方向和平行于旋转轴的旋转速率增加。主序星矮星的自转差随自转速率的变化不大，但随恒星表面温度的升高而增大。发电机的差动旋转的意义具有相反的趋势，随着光谱类型的增加而增加。
2012-10-26 astro-ph.SR
Variational estimation of the large scale time dependent meridional circulation in the Sun: proofs of concept with a solar mean field dynamo model
本文提出了一种基于轴对称平均场发电机模型和磁面数据的太阳资料同化方法，中期目标是预报太阳准周期活动。在这里，我们专注于我们的算法的能力，以约束太阳的深层纬向环流的基础上太阳磁场观测。为此，我们开发了一种变分同化技术。在一个给定的同化窗口内，同化程序通过准牛顿算法找到对流区的最佳纬向环流和最佳初始磁场，从而最大限度地减少数据与模型预报之间的差异。我们证明了该技术的能力，以估计通过一个闭环实验，涉及40年的合成，类太阳能数据的纬向流。通过同化合成的磁性代理每年，我们能够重建一个（随机）随时间变化的纬向环流，这也是轻微的赤道不对称。我们表明，该方法是强大的估计流量的波动水平可以达到30%左右的平均水平，该方法的预测能力的地平线是1周期长度的顺序。
2017-10-05 astro-ph.SR
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。
2017-09-22 astro-ph.SR
Flux-transport and mean-field dynamo theories of solar cycles
我们指出的困难，进行直接数值模拟的太阳发电机问题，并认为，运动学平均场模型是我们最好的理论工具，目前详细解释太阳活动周期的各个方面。最有前途的运动学平均场模型是通量输运发电机模型，其中环向场由速跃层中的差动旋转产生，极向场由太阳表面的Babcock-Leighton机制产生，纬向环流起着至关重要的作用。取决于扩散率是高还是低，无论是扩散率或对流环流提供了主要的传输机制的极向场到达对流区的底部从顶部。我们指出，高扩散率通量输送发电机模型是一致的观测数据的各个方面。太阳活动周期的不规则性主要是由巴布科克-莱顿机制和日冕环流的波动产生的。我们总结了最近的工作，在磁通量传输发电机的纬向环流的波动，导致解释等事情的Waldmeier效应。
2012-11-02 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Measuring Meridional Circulation in the Sun
测量日冕流的深度变化对于理解太阳活动周期是很重要的，至少根据一些发电机模型是这样。在试图扩展\citet{giles_thesis}对流量时间-距离测量的早期观察时，我们偶然发现了一些可能影响这些测量的系统误差：1）来自远离盘中心的点的辐射所传播的额外距离导致了明显的“收缩”太阳，即朝向盘中心的明显流动，以及2）在远离中心经度的测量中，旋转信号可能泄漏到双相流信号中。试图理解和克服这些系统性的问题将被提出。基于射线理论的正演模型已被应用，以测试旅行时间对各种模型的敏感性。
2009-05-19 astro-ph.IM astro-ph.SR
Meridional Circulation. I. A Formation Channel for Lithium-rich and Super Lithium-rich Red Clump Stars
本文将自转巨星辐射区中的经向环流径向混合建模为扩散过程，证明其可输运氢燃烧产生的铍并形成富锂及超富锂红团簇星。
2025-02-20 astro-ph.GA astro-ph.SR
Effect of Magnetic Field Strength on Solar Differential Rotation and Meridional Circulation
利用磁元特征跟踪技术研究了太阳表面流场（差旋和纬向环流），该技术利用磁场数据获得了表面速度。我们使用了太阳动力学天文台上的日震和磁成像仪从2010年5月1日到2017年8月16日（卡林顿旋转2096到2193）获得的视线磁图，并每小时跟踪磁性元素特征。使用我们的方法，我们估计的差分旋转速度剖面。我们发现在卡林顿旋转框架中，$\sim$ 30和-170 m s $^{-1}$在纬度0 $^{\circ}$和60 $^{\circ}$的旋转速度。我们的结果是一致的与以前的结果通过其他方法，如直接多普勒，时间距离日震学，或互相关分析。我们还估计了纬向环流速度廓线，发现它在45 $^{\circ}$纬度的$\sim$ 12 m s $^{-1}$处达到峰值，这也与以前的结果一致。还研究了表面流速与磁场强度的关系。在我们的分析中，具有较强和较弱磁场的磁性元素分别在很大程度上代表了活动区遗迹和太阳磁网络的特征。我们发现，具有强（弱）磁场的磁性元素显示出更快（更慢）的旋转速度。另一方面，具有强（弱）磁场的磁性元素显示出较慢（较快）的纬向环流速度。这些结果可能与太阳的内部动力学有关。
2018-08-09 astro-ph.SR
Magnetic Cycles and Meridional Circulation in Global Models of Solar Convection
我们回顾了最近的见解太阳对流区的动力学从全球数值模拟，特别是最近的两个发展重点。第一个是在一个长时间的发电机模拟准周期的磁活动。虽然平均场只占总磁能的百分之几，但它们表现出显着的秩序，在6-15年的时间尺度上具有多次极性反转和系统性变化。第二个发展是关于维持赤道环流。最近的高分辨率模拟捕捉到了微妙的非线性动力学平衡，比以前更逼真，更层流模式，产生更连贯的环流模式。这些模式是由一个单一的细胞在每个半球，与极地和赤道流分别在上层和下层对流区。我们简要地解决这些建模工作的影响和未来。
2010-10-02 astro-ph.SR
Differential rotation and meridional flow of Arcturus
大角星的光谱变化暗示了它的周期性活动和差异自转。这可以为目前太阳和恒星发电机的理论模型提供一个测试。要检查目前的流量传输发电机模型的适用性大角星，我们计算其内部旋转，对流气流，对流热传输的对流信封的平均场模型。然后，我们比较发电机的行动与太阳上的条件。我们发现太阳型的表面旋转与约1/10的剪切太阳表面上发现。在整个对流区中，在所有纬度上，自转速率随深度单调增加。在对流区的下部，水平切变消失，并有一个很强的径向梯度。表面纬向流的最大速度为110米/秒，在高纬度地区流向赤道，在低纬度地区流向两极。湍流磁扩散率的量级为$10^{15}$ - $10^{16} {\rm cm^2/s}$。大角星上的条件不利于环流主导的发电机。
2010-12-15 astro-ph.SR
Probing the Solar Meridional Circulation using Fourier Legendre Decomposition
我们应用日震方法的勒让德函数分解88个月的多普勒获得的日震和磁成像仪（HMI）的基础上推断的平均纬向流的深度变化，平均20和60度之间的纬度和时间，在北半球和南半球。我们开发和应用控制程序，旨在评估和消除中心到肢体的文物，使用的测量结果进行分析，在东，西肢体的人工极点。进行了正演模拟，使用灵敏度函数成比例的模式动能密度，以评估的一致性的校正的频率偏移与模型的深度变化的对流区的上半部分的纬向环流。从表面上看，这些结果意味着南半球和北半球的纬向环流有很大的差异。在北半球光球层以下约40毫米深度处推断存在返回（向赤道传播）流，这是令人惊讶的，似乎与许多其他日震分析不一致。这种差异可能是由于我们的方法不足以消除HMI数据中的系统误差。我们的结果似乎至少在定性上与Gizon等人（2020）的结果相似，后者指出HMI数据中存在MDI或GONG数据中不存在的异常。
2021-03-03 astro-ph.SR
On the Penetration of Meridional Circulation below the Solar Convection Zone II: Models with Convection Zone, the Taylor-Proudman constraint and Applications to Other Stars
太阳对流区表现出很强的差异旋转，因此极地地区的旋转周期比赤道地区长约25-30%。与这些纬向流相关联的科里奥利力永久地“泵”对流区流体，并保持准稳定的环流，靠近表面。这种纬向环流对下面的辐射带有什么影响，特别是，它是否提供了两个区域之间混合的重要来源？在第一篇论文中，我们通过假设对流区中的固定双曲流型并计算其进入辐射区的穿透深度来研究这个问题。我们发现，所造成的混合量非常敏感地依赖于假设的辐射-对流界面附近的流动结构。我们继续这项研究在这里，包括一个简单的模型的对流区“泵”，并计算在整个太阳产生的对流的自洽方式。我们发现，全球环流的时间尺度取决于两个因素的关键方式：整体分层的辐射区测量的Rossby数乘以平方根的普朗特数，以及，弱分层系统，存在或不存在的应力内的辐射区能够打破泰勒-普劳德曼约束。最后，我们讨论了我们的研究结果的太阳内部的后果，并认为一个潜在的重要机制，在主序星混合迄今被忽视。
2009-06-09 astro-ph.SR
The Waldmeier effect and the flux transport solar dynamo
我们证实了Waldmeier效应WE1（太阳黑子周期上升时间与其强度之间的反相关）和相关效应WE2（太阳黑子周期上升率与其强度之间的相关）的证据在不同类型的太阳黑子数据中被发现。我们探讨这些影响是否可以在理论上解释的基础上的通量传输发电机模型的太阳黑子周期。在我们的模型中包含了两个黑子周期不规则性的来源：极向场产生过程中的波动和纬向环流中的波动。我们发现WE2是一个强大的结果，这是在不同的理论模型，为不同来源的不规则性。另一方面，Waldmeier效应WE1是由纬向环流中的波动引起的，并且仅在具有相当高的湍流扩散率的理论模型中发现，这确保了扩散时间不超过几年。
2010-08-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Transport by meridional circulations in solar-type stars
纬向流的输运对恒星演化有着重要的影响，但由于涉及的时间尺度范围很广，在全球尺度的数值模拟中很难捕捉到。因此，恒星演化模型通常采用基于理想化层流或平均场模型的参数化方法来描述这种输运。不幸的是，最近试图在全球模拟中模拟这种运输，结果与任何这些理想化的模型都不一致。为了解释全球模拟和理想化模型之间的差异，我们在这里使用三维的可压缩对流的局部笛卡尔模拟研究的效率，通过对流区下方的对流在几个参数制度的相关太阳和太阳型恒星的运输。在这些局部模拟中，我们能够建立正确的顺序的动态时标，虽然分离的时标仍然是不现实的。我们发现，即使产生的内波对流过冲产生了高度的时间依赖性的湍流流场，平均流量的定性行为预测层流，“平衡”模型。特别是，我们观察到一个渐进的深化，或“挖洞”，平均环流，如果当地的爱丁顿甜的时间尺度是短于粘性扩散的时间尺度。这种挖掘是该参数范围内层流模型的可靠预测，但在之前的任何数值模拟中从未观察到过。我们认为，以前的模拟，因此低估了运输的纬向流。
2015-01-21 astro-ph.SR
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。
2017-04-03 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
Estimating the deep solar meridional circulation using magnetic observations and a dynamo model: a variational approach
我们展示了如何将太阳磁力观测与轴对称通量传输太阳发电机模型结合使用，以估计整个对流区的大规模经向环流。我们的创新方法依赖于变分数据同化，即预测和观测（由目标函数测量）之间的距离迭代最小化的优化算法，寻求最好的占数据的对流。最小化是使用拟牛顿技术，这需要的知识的灵敏度的目标函数的双曲流动。该灵敏度通过伴随通量输运发电机模型的积分有效地计算。使用合成数据的闭环（也称为双胞胎）实验证明了这种技术的有效性和准确性，对于各种各样的对流配置，从单细胞和赤道对称到多细胞和赤道不对称。在这个控制良好的合成背景下，我们进行了系统的研究，我们的变分方法在不同的观测配置下的行为，通过改变它们的空间密度，时间密度，噪声水平，以及同化窗口的宽度。我们发现，该方法是非常强大的，导致在大多数情况下，恢复的真正的对流，以优于1%。这些令人鼓舞的结果是使用这种技术的第一步，i）更好地约束太阳内部发生的物理过程，ii）更好地预测十年时间尺度上的太阳活动。
2017-10-05 astro-ph.SR
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。
2023-08-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Supergranules as Probes of the Sun's Meridional Circulation
最近的分析显示，超颗粒（在太阳表面看到的对流细胞）是由纬向流平流在深度等于细胞本身的宽度。在这里，我们探测的结构，通过互相关的多普勒速度信号的地图，使用一系列连续较长的时间滞后之间的地图。我们发现，极向纬向流的振幅随时滞的增加而减小，当时滞大于24小时时，纬向流的方向发生逆转，成为赤道向回流。这些互相关结果由较大且较深的细胞在较长的时间滞后处主导。(The较小的单元具有较短的寿命，并且在较长的时间滞后时对相关信号没有贡献。我们确定的特征细胞大小与每个时间滞后通过比较赤道纬向流测量在不同的时间滞后与纬向流与不同的细胞大小从傅立叶分析。这种关联在24小时的时滞下给出了~50 μ m的特征细胞大小。这表明，极向纬向流返回赤道深度> 50毫米-下面的表面剪切层的基础。一个实质性的和非常显着的赤道流（4.6 +/- 0.4米/秒）被发现在28小时的时间滞后对应的深度为~70毫米。这是第一个积极的检测太阳的纬向返回流，并说明了使用超颗粒探测太阳的内部动力学的力量。
2012-10-11 astro-ph.SR
Measurements of the Sun's High Latitude Meridional Circulation
高纬度的纬向环流对太阳极地磁场的形成和逆转至关重要。在这里，我们的轴对称流的特点，通过应用磁特征互相关程序获得的日震和磁成像仪（HMI）板载太阳动力学天文台（SDO）的高分辨率磁图。我们专注于卡林顿旋转2096-2107（2010年4月至2011年3月）-HMI和迈克尔逊多普勒调查（MDI）之间的重叠间隔。HMI磁图平均超过720秒，首先映射到日面坐标。这些地图上的条带然后互相关联，以确定磁性元素图案移动的纬度和经度距离，从而提供太阳每次旋转的纬向流和差分旋转速度。对重叠层段的流速取平均值，并与MDI数据获得的结果进行比较。这种比较表明，这些HMI图像相对于太阳的旋转轴逆时针旋转了0.075度。曲线表明HMI数据可用于可靠地测量这些轴对称流速，至少在极点的5度范围内。与噪音较大的MDI测量不同，在HMI测量的两个半球中均未观察到逆向流反池的证据：向极流一直持续到两极。轻微的南北不对称性观察到的纬向流。这些不对称性应该有助于观察到的极场不对称性及其逆转的时间。
2012-11-05 astro-ph.SR
Polar Field Puzzle: Solutions from Flux-Transport Dynamo and Surface Transport Models
第23太阳活动周的极区磁场比第22太阳活动周弱约50%。解决这个难题的唯一理论模型是表面传输模型和通量传输发电机模型。比较从数值模拟使用表面通量传输模型和通量传输发电机模型得到的极场，我们表明，这两类模型可以解释的物理范围内的极场功能包括在各自的模型。在这两种模式中，极场如何随纬向环流的变化而变化取决于所用纬向环流廓线的细节。使用物理推理和示意图，以及从磁通量传输发电机模型的数值解，我们证明，极场主要是由倾斜，双极活动区的衰减所提供的表面极向源的强度。在通量输送发电机模式中，纬向气流随纬度的廓线及其随时间的变化比在地面输送模式中的影响小得多。
2011-04-01 astro-ph.SR
The Sun's meridional circulation and interior magnetic field
迄今为止，没有自洽的数值模拟的太阳内部已经成功地再现了观测到的薄的太阳速跃层，和持久的均匀旋转下it.Although它是已知的，均匀旋转可以解释的存在一个全球规模的限制磁场，数值模拟迄今未能产生任何解决方案，这样的字段仍然限制向外扩散。我们认为，问题在于这些数值模拟已经进行了参数的选择。我们构建了一个简单的分析磁流体动力学模型的太阳内部，并确定了几个不同的参数制度。对于现实的太阳参数值，我们的结果是广泛的协议与Gough & McIntyre的速跃层模型。在这种情况下，在对流区底部驱动的涡旋流具有足够的幅度来阻止内部磁场扩散。对于现有的数值模拟中使用的参数值，另一方面，我们发现，双曲流动显着较弱，我们认为，无法限制的内部字段。我们提出了一种方法来选择参数值在未来的数值模型。
2011-06-26 astro-ph.SR
Possible explanations of the Maunder minimum from a flux transport dynamo model
我们认为，在蒙德极小期开始时，极向场或纬向环流幅度或两者突然下降到低值。有了这个命题，通量输送发电机模型能够非常好地再现蒙德极小期历史记录的各个重要方面。
2011-01-23 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
