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
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
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
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
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
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
Modelling the Center-to-Limb systematic in normal-mode-coupling measurements
本文提出了一种建模中心到边缘系统误差的方法，用于改进全球日震学交叉谱分析中经向环流的推断。
2024-11-12 astro-ph.SR
Solar meridional circulation from twenty-one years of SOHO/MDI and SDO/HMI observations: Helioseismic travel times and forward modeling in the ray approximation
南北旅行时间差是通过将时间距离日震学应用于1996年5月至2017年4月的MDI和HMI中度多普勒图来测量的。我们的数据分析纠正了系统效应的几个来源：P角误差，表面磁场效应和中心到肢体的变化。的走时测量的解释是使用射线近似的正演模拟方法。在南半球，第23和第24周期的走时差异相似。然而，它们在北半球的第23和24周期之间有所不同。除了第24周的北半球，测量有利于单细胞纬向环流模式，其中向极流持续下降到$\sim$ 0.8 $R_\odot$，伴随着当地流入的活动带在近地层。第24周的北半球是异常的：当旅行距离大于20 $^\circ$时，旅行时间差异明显较小。在周期24期间北半球和南半球之间的这种不对称性在先前的测量中不存在（例如，Rajaguru & Antia 2015），其假设了不同的P角误差校正，其中对于所有行进距离，南北行进时间差在赤道处移位为零。在我们的测量中，当传播距离小于$\sim$ 30 $^\circ$时，赤道处的传播时间差为零，但当传播距离更大时，传播时间差不会消失。这种赤道偏移的大旅行距离不需要解释为深跨赤道流;它可能是由于存在不对称的本地流在表面附近的声波射线路径的端点。
2018-10-17 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
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
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
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
Detection of Equatorward Meridional Flow and Evidence of Double-Cell Meridional Circulation inside the Sun
太阳内部的子午流在角动量的重新分配和太阳内部磁通量的传输中起着重要的作用。虽然人们早就认识到，赤道流在太阳表面和内部浅层主要是向极的，但赤道回流和赤道流在更深内部的位置仍然不清楚。利用太阳动力学天文台/日震磁成像仪的头两年连续日震观测，我们分析了声波传播通过不同深度的太阳内部携带有关太阳内部动态的信息的旅行时间。在消除了日震观测中的系统中心-边缘效应并对流速进行反演后，我们发现，速度为15 m/s的极向纬向流在深度上从光球延伸到约0.91 R_sun。在对流区中部0.82 ~ 0.91 R_sun之间发现了速度为10 m/s的向赤道流动。我们的分析还表明，在0.82Rsun以下，纬向流再次转向极向，表明在较浅的纬向环流圈之下存在第二个纬向环流圈。这种双胞赤道环流剖面的向赤道流动比以前认为的要浅，这表明人们对太阳内部磁场是如何产生和重新分布的进行了重新思考。
2013-07-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Solar-cycle variations in meridional flows and rotational shear within the Sun's near-surface shear layer
研究太阳近表面剪切层中纬向和经向流的时空变化，揭示科里奥利力对旋转梯度变化的主要作用。
2025-12-13 astro-ph.SR
Helioseismic Constraints and Paradigm Shift in Solar Dynamo
日震学为太阳发电机问题提供了重要的限制。然而，发电机过程的基本性质，甚至深度，也在其他恒星中运作，是未知的。大多数发电机模型认为，出现在表面并形成太阳黑子的环形磁场是在对流区底部附近的速跃层中产生的。然而，有一些理论和观测问题与证明深层次的发电机模型。这导致了这样的想法，地下角速度剪切可能在太阳发电机中发挥重要作用。利用日震学测量的内部旋转和纬向环流，我们研究了一个平均场MHD模型的发电机分布在大部分的对流区，但在近地层中形成。我们表明，如果在发电机区的顶部的边界条件允许大规模的环形磁场穿透到表面，那么发电机波传播沿角速度的等值面在次表层剪切层，形成的蝴蝶图与帕克-吉村规则和太阳周期的观测。与通量传输发电机模型不同，该模型不依赖于对流区底部纬向环流对磁场的传输，并且当纬向环流在半径上形成两个单元时，该模型工作良好，正如最近SDO/HMI和SOHO/MDI数据的深焦时距日震学分析所表明的那样。我们比较了新的发电机模型的各种特性，如果太阳磁周期，包括周期不对称性（Waldmeier的关系）和磁“蝴蝶”图。
2014-02-09 astro-ph.SR
A new code for Fourier-Legendre analysis of large datasets: first results and a comparison with ring-diagram analysis
傅里叶-勒让德分解（Fourier-Legendre Decomposition，FLD）是一种很有前途的太阳多普勒成像数据的太阳次表层纬向流估计方法。FLD对低阶振荡模式敏感，因此具有探测深部纬向流的潜力。我们提出了一个新开发的代码，用于大规模FLD分析日震数据提供的全球振荡网络组（龚），迈克尔逊多普勒成像仪（MDI）仪器，即将到来的日震和磁成像仪（HMI）仪器。第一个结果与新的代码是定性可比的相同的时间序列从环形图analyis。
2010-11-18 astro-ph.SR
Helioseismic Modeling of Background Flows
我们提出了一个三维（3D）的线性化可压缩欧拉方程（GALE -全球声学线性欧拉），用于模拟整个太阳内部的声学振荡的数值求解器。控制方程在标准太阳模型S产生的背景状态下，在全球球面网格（$0 \le ϕ\le 2π$，$0 \le θ\le π$，$0 \le r \le R_{\odot}$）上以守恒形式求解。我们实现了一个有效的伪谱计算方法来计算的可压缩材料导数二分之一的内部速度扰动的贡献，计算任意三维背景速度场的振荡。这个模型提供了一个“正演模拟”方法的基础，使用日震学技术来探索内部质量流的各种制度。我们证明了本文提出的数值方法的有效性，通过再现观测到的太阳能谱，显示旋转分裂由于差分旋转，并应用当地日震学技术来测量旅行时间由一个简单的单细胞纬向环流模型。
2020-12-18 astro-ph.SR
The effect of activity-related meridional flow modulation on the strength of the solar polar magnetic field
本文研究了局地日震学探测到的活动带纬向流扰动对极冠表面磁场发展和强度的影响。我们进行了模拟的合成太阳周期的通量传输模型，它遵循的周期性演变的表面场确定的通量出现和平流输送近地表流。在每个半球，一个轴对称带的纬向流收敛向活动带的中心纬度叠加到背景极向纬向流。流动扰动的总体效果是减少双极磁区磁极的纬度分离，从而减少其对极场的贡献。因此，极场的最大值达到周围的周期活动最小值被削弱的纬向流扰动的存在。对于与日震观测一致的流扰动，与没有流入的情况相比，极场减少了约18%。如果流量扰动的幅度取决于循环强度，其对极场的影响提供了一种非线性，这种非线性可能有助于限制Babcock-Leighton型发电机的幅度。
2010-05-28 astro-ph.SR
Helioseismic finite-frequency sensitivity kernels for flows in spherical geometry including systematic effects
日震推断太阳内部的大规模流动需要考虑太阳的曲率，无论是在解释测量中引入的系统趋势，还是将光球测量与地下流速相关的敏感性内核。此外，将测量值与模型参数相关联的逆问题需要被适定以获得准确的推断，这需要稀疏的参数集。此外，灵敏度函数需要在计算上易于评估。在这项工作中，我们解决这些问题，通过证明，可以有效地计算的基础上的矢量球谐函数的灵敏度内核的流速。我们还能够考虑到多普勒测量中的视线投影，以及线形成高度的中心到边缘的差异。我们表明，假设球对称的背景模型，它往往是便宜的同时计算的内核对相关的旋转的观察点。因此，这种方法特别适合于太阳中大规模流动的逆问题，如纬向环流。
2020-11-04 astro-ph.SR
Contribution of flows around active regions to the north-south helioseismic travel-time measurements
上下文在局部日震学中，沿同一子午线向相反方向传播的声波的传播时间告诉我们南北方向的水平流动。南北日震走时偏移的纵向平均值随太阳黑子周期而变化。目的。我们的目标是研究流入太阳活动区的贡献，这种太阳周期的变化。方法.要做到这一点，我们确定的水平流图中的相关跟踪SDO/HMI连续图像中的颗粒周围的活动区域的局部流动。我们计算这些流入使用三维灵敏度内核所造成的正演模拟旅行时扰动。为了与观测结果进行比较，我们以与测量的旅行时间相同的方式对这些前向建模的旅行时间扰动在经度和时间上进行平均。结果正演模拟的方法表明，与活动区相关的流入量可能只占南北走时测量中太阳周期变化的一小部分。结论.活动区周围的大规模流入所造成的旅行时间扰动并不能完全解释在日震测量中看到的太阳周期变化。关键词：太阳：活动--太阳：日震学
2022-06-21 astro-ph.SR
Oscillatory Phase and Acoustic Travel-Time Inconsistencies Measured between SDO/HMI and GONG Dopplergrams
Stanford University（斯坦福大学）；Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；National Solar Observatory（国家太阳观测台）；National Research University TIIAME（塔什干国立研究技术大学）
研究SDO/HMI与GONG日震观测中经向流测量差异的原因，发现相位异常区域和东西不对称性，表明两者均存在系统误差。
2026-06-04 astro-ph.SR
Meridional Flow in the Solar Convection Zone I: Measurements from GONG Data
太阳对流区的大尺度等离子体流可能在十年时间尺度上的太阳动力学中发挥重要作用。特别是，量化纬向运动是理解太阳活动周期和磁通量传输的关键因素。由于这些特征的信号在太阳深层中可能非常小，并被系统学或噪声所掩盖，因此真正的纬向速度剖面仍然很难确定。我们进行时间距离日震学测量几年的宫多普勒数据。球谐分解技术应用于声学模式的一个子集，以测量旅行时间差，试图获得整个太阳对流区的对流信号。中心到肢体系统考虑在一个直观的，但特设的方式。旅行时间差的表面附近，是一致的向极流在每个半球，并类似于以前的工作进行测量。此外，在对流区底部附近的深层测量表明可能存在向赤道方向的流动，以及对流区中部深度处旅行时间差异的符号变化的部分证据。使用不同的测量技术对一个独立的数据集进行分析，加强了最近的结论，即对流区可能有多个“细胞”的对流。这些结果可能会挑战人们对一条大型传送带在太阳对流区运行的普遍理解。在对这些大尺度流动结构作出确定的结论之前，需要进一步进行日震反演和系统效应的仔细研究。
2014-03-20 astro-ph.SR
Evolution of Subsurface Zonal and Meridional Flows in Solar Cycle 24 from Helioseismological Data
利用2010年5月至2020年9月太阳动力学观测站（SDO）上的日震磁成像仪（HMI）在纬度-60° ~+60°、深度约19 μ m的日震观测资料，分析了太阳差自转和纬向环流的时空变化。扭转振荡的模式，或纬度带交替的“快”和“慢”的纬向流迁移从高纬度向赤道，被发现在整个时间间隔的时间-纬度图中延伸。振荡周期相当于一个加倍的太阳活动周期，可以被描述为一个延长的太阳活动周期。纬向速度的变化与太阳活动水平有关，局地速度的增加与太阳黑子数的增加相对应，并局限于记录到最强磁场的纬度。2018年纬向速度的急剧增长似乎是第25个活动周期开始的前兆。到2020年，纬向速度场的强烈对称化可以被认为是另一个前兆。向极纬向流的一般模式是由纬度变化调制的，类似于纬向流的扩展太阳周期行为。在活动的最大值，这些变化是叠加与高次谐波对应的纬向流收敛到现场形成纬度。我们的结果表明，纬向流和纬向流的变化都表现出扩展的太阳周期行为，这是太阳发电机的一个内在特征。
2021-02-25 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
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
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
Assessing the Observability of Deep Meridional Flow Cells in the Solar Interior
本文通过将日震学平均核与三维流体模拟经向流卷积，评估太阳内部多层经向流环的可观测性，揭示表面流信号对深层弱流的污染及系统偏差对当前日震学推断的影响。
2023-12-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Variation of global and local flows in the solar convection zone during activity cycles 24 and 25
基于2010-2024年日震数据，研究了太阳对流区流动，发现巨细胞尺度结构呈经向拉长，流动谱功率与活动水平在浅层反相关、深层正相关，并追踪了22年纬向流周期及第25周中清晰的次生子午流。
2025-04-21 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
The Puzzling Structure of Solar Convection: Window into the Dynamo
本文指出太阳发电机运行受深层对流结构不确定性制约，提出从极地观测获取长期日震数据并加强理论与观测结合研究以解决测量不一致问题。
2023-05-15 astro-ph.SR
Solar flows and their effect on frequencies of acoustic modes
利用准简并微扰理论（QDPT）计算了日震分裂系数随太阳大尺度环流、巨对流单体和太阳自转的变化。我们的研究表明，极向流的影响，如大尺度纬向环流是很难检测到的全球声学模式的观测数据，因为频率的变化远远小于误差。然而，大规模对流的签名可以检测到，如果它们的振幅是足够大的，通过寻找频率偏移，由于近退化模式耦合对流。在这项全面的研究中，我们试图把限制在巨细胞的流速的大小，通过比较从QDPT处理与观测数据得到的分裂系数。
2009-10-21 astro-ph.SR
Evidence of a Quasi-periodic Global-scale Oscillation in the Near-Surface Shear Layer of the Sun
通过分析SDO卫星HMI仪器的高分辨率多普勒数据中的低阶模式环图拟合，发现了太阳近表面剪切层中存在覆盖大范围半球、随太阳自转周期反转的全球尺度纬向和经向径向剪切振荡。
2023-05-29 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
Large-scale photospheric motions determined from granule tracking and helioseismology from SDO/HMI data
太阳中的大规模流动在与太阳周期相关的发电机过程中起着重要作用。重要的大尺度流动是差异旋转和纬向环流，其振幅分别为km/s和几m/s。这些流动也有一个周期相关的组件，即扭转振荡。我们的尝试是确定大规模的等离子体流在太阳表面上的水平流速推导使用的技术，太阳粒子跟踪，多普勒，和时间距离日震学。利用相干结构跟踪（CST）和时距日震学方法，对30天HMI SDO序列上的太阳差异自转和日面纬向环流进行了研究。一个大的太阳黑子对这些大规模的流动与特定的7天HMI SDO序列的影响也进行了研究。CST在太阳表面上测量的大尺度流与由相同数据确定的日震学在表面以下前1 Mm的相同流在幅度和方向上是很好的一致。扭转波也位于相同的纬度，振幅相同的数量级。我们能够使用CST方法正确地测量纬向环流，只有三天的数据，并在经度+和-15度之间进行平均。我们的结论是，CST和多普勒速度的组合，使我们能够正确地检测差分太阳自转，也较小的振幅流，如纬向环流和扭转波。我们的方法的结果是在良好的协议与日震测量。
2018-01-26 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
Successfully Reproducing Solar Orbiter Polar Field Observations with a Surface Flux Transport Model
Beihang University（北京航空航天大学）；Southwest Jiaotong University（西南交通大学）；Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系统研究所）；Kyung Hee University（庆熙大学）
本研究利用表面磁通输运模型成功重现太阳轨道器SO/PHI-HRT的极区磁场观测，表明特定子午流廓线调控向极输运，为太阳大尺度子午流提供新约束。
2026-09-29 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
An advective solar-type dynamo without the alpha effect
内容：大多数太阳和恒星发电机模型使用阿尔法-欧米茄方案，其中磁场是由差异旋转（欧米茄效应）和螺旋湍流对流（阿尔法效应）引起的平均电动势之间的相互作用产生的。然而，有湍流发电机mechanisms，可以补充的α效应或可能是一个替代it. Aims：我们调查模型的太阳能型发电机的α效应是完全取代其他两个湍流发电机机制，即欧米茄X J效应和剪切电流效应，这两个结果从平均磁场的不均匀性。研究方法：我们研究了轴对称平均场发电机模型，包含差分旋转，欧米茄X J和剪切电流的影响，和一个双曲环流。模型计算是利用从日震测量中获得的太阳自转剖面和根据太阳内部标准模型获得的其他量的径向剖面进行的。结果：在没有纬向流的情况下，模型与太阳观测值不能取得满意的一致。然而，包括一个足够强的纬向环流，大规模的太阳磁场的主要属性，即它的振荡行为，它的纬向漂移向赤道内的每半个周期，和它的偶极宇称相对于赤道平面，正确地再现。结论：我们由此构建了第一个不使用α效应的太阳能发电机的平均场模型。
2009-10-14 astro-ph.SR
Improved Measurements of the Sun's Meridional Flow and Torsional Oscillation from Correlation tracking on MDI \& HMI magnetograms
太阳的轴对称流、差动自转和纬向流控制着太阳磁周期的动态，各种方法被用来测量这些流，每种方法都有自己的优缺点。自20世纪70年代以来，已经进行了基于表面磁场的互相关图像的流量测量，这需要能够检测小于太阳图像中像素大小的运动的先进数值技术。我们已经确定了几个系统误差，除了中心到肢体的效果，影响以前的测量这些流量，并提出了数值技术，可以尽量减少这些错误，利用测量的位移在几个时间滞后。我们对欧空局/美国宇航局（ESA/NASA）{ \em Solar and Heliospheric Observatory}（SOHO）上的{ \em Michelson Doppler Imager}（MDI）和美国宇航局（NASA）{ \em Solar Dynamics Observatory}（SDO）上的{\em Helioseismic and Magnetic Imager}（HMI）的视线磁图进行了分析，显示了1996年至2020年两个太阳黑子周期内纬向流和差旋的长期变化。这些改进的测量可以作为太阳发电机和表面通量传输模拟的重要投入。
2021-07-16 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.data-an
Flows around Averaged Solar Active Regions
我们探讨了太阳活动区附近近地表流动的一般性质。日震全息应用于HMI多普勒，产生近5000个流量测量的336个独特的活动区域观察太阳动力学天文台在2010年和2014年之间。在基于磁通量分类的区域的子集上执行流的包络平均。这些平均值表明，速度约为10 m/s、从活动区中心延伸至10度的会聚流是普遍存在的，并且在磁通量大于10^21 Mx的所有区域都具有相似的性质。还检测到逆行流，其幅度约为10 m/s，主要但不限于活动区域的极侧。我们估计这些活跃地区的流动的纬向和纬向流的纵向平均值的预期贡献，并证明了它们是负责随时间变化的全球尺度流的至少一些组件的可解释性。我们的流量测定的可靠性进行了测试，使用公开的MHD模拟安静的太阳对流和太阳黑子。在验证总体方法的同时，太阳黑子模拟显示了可能会损害一些日震测量的定量流量推断的人工制品的存在。
2019-02-06 astro-ph.SR
Probing the Sun's Near Surface Shear Layer using HMI Spherical Harmonic Coefficients
本研究利用HMI全日面多普勒图的球谐系数构建多普勒图，通过环图技术测量太阳表层下30 Mm内的地下流分量，发现其与传统方法结果整体吻合但存在部分差异，为太阳近表面剪切层探测提供了新途径。
2023-12-18 astro-ph.SR
Leptocline as a Shallow Substructure of Near-Surface Shear Layer in 3D Radiative Hydrodynamic Simulations
了解太阳对流区中自转驱动的效应对于许多与太阳活动相关的问题是必不可少的，例如差异自转的形成，纬向环流等。我们分析现实的3D辐射流体动力学模拟太阳地下动态旋转的存在下，在一个局部域80毫米宽，25毫米深，位于30度纬度。模拟结果揭示了一个浅10毫米深的近地表剪切层（NSSL）的子结构，其特征在于由一个强大的径向旋转梯度和自组织的湍流的发展。这一浅层（“leptocline”）位于氢电离区与增强各向异性过冲型流入一个不太不稳定的层之间的H和HeII电离区。我们讨论了目前的观测证据的存在下的薄跃层，并表明，径向变化的差分旋转和对流剖面在这一层的模拟定性同意与日震观测。
2022-08-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Solar Cycle Observations
本文系统综述太阳黑子、活动区、极场、大尺度流动及日震学等太阳周期关键观测，以为太阳发电机理论提供约束。
2023-09-28 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
Inferring solar differential rotation through normal-mode coupling using Bayesian statistics
正常模式日震数据分析使用观测到的太阳振荡光谱来推断太阳内部由于全球和局部尺度流动和结构非球面性而产生的扰动。差分旋转，占主导地位的全球规模的轴对称扰动，一直严格限制主要使用测量的频率分裂通过“$a$系数”。然而，频率分裂的形式主义调用的近似，多重态是孤立的。这种假设对于高角度的模式是不准确的。分析本征函数校正，这方面的交叉耦合模式跨越多重态，是一个更准确的方法。然而，应用标准的反演技术，使用这些交叉频谱测量产生$a$ -系数具有显着更广泛的扩展比良好的约束结果从频率分裂。在这项研究中，我们应用贝叶斯统计推断$a$ -系数，由于差分旋转交叉光谱的$f$ -模式和$p$ -模式。我们证明，这种技术的工作相当不错的模式与角度$\ell=50-291$。发现推断的$a_3-$系数在$\ell > 200$的频率分裂值的$1$ nHz内。我们还表明，该技术失败在$\ell < 50$由于不敏感的测量扰动。这些结果有助于进一步建立模式耦合作为一种重要的日震技术，用它来推断内部结构和动力学，两者都是轴对称的（例如，纬向环流）和非轴对称扰动。
2021-01-22 astro-ph.SR
Effects of Asymmetric Flows in Solar Convection on Oscillation Modes
许多日震测量都存在很大的系统误差。一个特别令人沮丧的是，时间-距离测量受到大的中心到边缘效应的影响，这看起来非常类似于有限的光旅行时间，除了幅度取决于所使用的可观测值，并且可以具有相反的符号Zhao et al.（2012）。这使得确定太阳对流区中的深纬向流的尝试受挫，Zhao等人（2012）应用了一种没有物理基础的特别校正来校正数据。在这封信中，我们提出，这种效果的一部分可以解释的高度不对称性质的太阳能颗粒，结果出现在什么样的振荡模式作为一个净径向流，从而赋予相移的模式作为一个函数的观察高度，从而日心角。
2012-10-04 astro-ph.SR
Gyroscopic Pumping in the Solar Near-Surface Shear Layer
我们使用全球和本地日震反演，探讨在太阳近地表剪切层（NSSL）的现行动态平衡。差异旋转和纬向环流密切相关，共同起源于太阳对流区上部的湍流应力。NSSL的存在和结构不能归因于太阳表面对流的角动量守恒，因为通常认为。相反，湍流的角动量输送占向极纬向流，而经常被忽视的纬向力平衡维持中纬度旋转切变。我们认为，该基地的NSSL的标志是由过渡斜压湍流应力在赤道平面，抑制科里奥利诱导的环流，否则将建立一个圆柱形的旋转配置文件。湍流角动量输运必须是非扩散性的，并且是径向向内的。推断的平均流量是一致的湍流对流往往混合角动量的想法，但只有当混合效率是不均匀的和/或各向异性的。估计的湍流输送的纬向和纵向分量在振幅上是可比的，并且比垂直分量大一个数量级。我们估计，它需要2- 4%的太阳光度，以维持太阳NSSL对惯性的平均流量。大部分的能量都与角动量的湍流输送有关，旋转下降的时间尺度为$\sim$ 600天。我们还解决这些结果的影响，数值模拟的NSSL。
2011-08-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Structure and evolution of solar supergranulation using SDO/HMI data
内容：研究太阳表面的运动对于理解湍流对流如何传输能量以及磁场如何分布在太阳表面是至关重要的。目的：从水平速度测量整个可见的太阳光盘和使用的数据从太阳动力学天文台/日震和磁成像仪（SDO/HMI），我们调查的结构和演变的太阳超颗粒。研究方法：水平速度场的测量使用新开发的版本的相干结构跟踪（CST）代码的太阳颗粒的自行。利用该工具，计算了水平发散图。然后，我们分割和确定超颗粒细胞，并遵循他们的历史，使用时空标签。通过这个数据集，我们推导出了超颗粒的基本性质，包括它们的运动。结果如下：我们发现超颗粒的基本参数的值与以前的研究相似：一个平均寿命为1.5天，平均直径为25 μ m。单个超颗粒细胞的跟踪揭示了太阳的差异旋转和向极环流的趋势的纬向流。推导出的微分旋转和旋向流的形状不依赖于细胞的大小。当存在背景磁场时，超颗粒中的发散流较弱。结论：这项研究证实，超颗粒是合适的示踪剂，可用于调查大规模的太阳对流，只要他们是足够的表面上检测。
2014-07-01 astro-ph.SR
Non-zero phase-shifts of acoustic waves in the lower solar atmosphere measured from realistic simulations and their role in local helioseismology
本研究通过模拟辐射对流大气并合成Fe I 6173.3埃谱线计算相移，验证了低层太阳大气倏逝声波的非零相移现象，揭示非绝热性的额外贡献及中心-边缘变化规律，助力理解日震学相关效应的物理成因。
2023-04-04 astro-ph.SR
Structure and evolution of the photospheric magnetic field in 2010 - 2017: comparison of SOLIS/VSM vector field and $B_{LOS}$ potential field
自20世纪50年代以来，人们一直在观测大尺度光球磁场的视线（LOS）分量，但直到2010年才开始使用SOLIS矢量斯托克斯磁力仪（VSM）和SDO日震和磁成像仪（HMI）对全矢量磁场进行每日全圆盘观测。传统上，位场外推是基于光球层中的磁场近似为径向的假设。这一假设的有效性尚未得到检验。本文利用SOLIS/VSM的光球磁场矢量天气图，研究了2010 - 2017年太阳大尺度磁场的三个分量的结构和演化，涵盖了太阳活动24周的上升阶段和中期下降阶段。我们比较观察到的VSM矢量磁场的潜在矢量场使用VSM LOS磁场观测作为输入。新的矢量场数据使我们能够推导出的纬向倾角和方位角的磁场，并调查其太阳周期的演变和纬度廓线的这些量。SOLIS/VSM矢量数据表明，光球磁场一般是相当非径向的。在赤道平面上，磁场向赤道倾斜，反映了太阳磁场的偶极结构。旋转平均纬向倾角没有显著的太阳周变化。虽然矢量径向分量$B_r$和势径向分量$B_r^{PFSS}$相当相似，但纬向分量和纬向分量并不完全一致。我们发现，SOLIS/VSM矢量观测是嘈杂的高纬度地区，遭受的优势点效应比LOS观测。这是由于不同的噪声特性的LOS和横向分量的磁场，这需要解决在未来的研究。
2019-04-24 astro-ph.SR physics.space-ph
Advances and Challenges in Observations and Modeling of the Global-Sun Dynamics and Dynamo
计算太阳物理学揭示了太阳内部的基本物理过程，如差动旋转、纬向环流和磁场的发电。然而，尽管取得了实质性的进展，目前的三维MHD模拟结果仍然远远不能再现日震推断和地面观测。原因是太阳动力学的多尺度性质，涵盖了广泛的尺度，这是目前的计算资源无法解决的。在这种情况下，基于小尺度湍流和大尺度动力学分离的平均场方法取得了重大进展。平均场模拟可以定性和定量地再现太阳观测，并揭示新的现象。然而，它们并没有揭示大规模对流、太阳磁循环以及导致太阳黑子和太阳爆发的磁自组织的复杂物理学。因此，发展这些方法的协同作用似乎是一项必要但非常具有挑战性的任务。
2022-03-21 astro-ph.SR
Spatial Scales and Time Variation of Solar Subsurface Convection
利用日震时间-距离技术，对太阳次光球对流的空间结构进行了谱分析。源数据来自太阳动力学观测站（SDO）上的日震和磁成像仪（HMI），时间为2010年5月至2020年9月。球谐变换应用于水平速度散度场在深度从0到19微米。流动尺度的范围是相当广泛的浅层和缩小的深度增加。水平流尺度随深度迅速增加，从超颗粒到巨胞值，表明近地面剪切层中存在大尺度对流运动。结果可以自然地解释为在不同深度间隔中局部化的不同尺度流动的叠加。在深层中，有一些倾向于出现细长的（香蕉形）对流结构。对流总功率与太阳黑子数在太阳活动周期中的变化在浅层呈负相关，在更大深度处呈正相关，这表明对流能量在磁场作用下的深度再分布。
2022-08-09 astro-ph.SR
Seismic Monitoring of the Sun's Far Hemisphere: A Crucial Component in Future Space Weather Forecasting (A White Paper Submitted to the Decadal Survey for Solar and Space Physics (Heliophysics) -- SSPH 2024-2033)
本白皮书的目的是对太阳远半球磁活动日震监测的作用提出一个连贯的设想，这将有助于在未来十年改进空间天气预报和基础研究。我们的目标适合于更广泛的背景下，日震学在太阳研究的任何数量的努力时，日震监测器可能是唯一的太阳的远半球的天气视图。其目的是促进对在两个半球实际监测的太阳活动及其与近地和陆地环境所有已知方面的关系的日益了解。在未来十年中，通过对远侧太阳活动的地震监测可以卓有成效地实现的一些问题和目标包括：日震信号与其相关的磁结构之间的关系是什么，以及这种关系如何与太阳自转期间的太阳EUV辐照度相联系？日震监测如何为精确预报空间天气的数据驱动全球磁场模型作出贡献？日震监测器能告诉我们在太阳自转期间，耀斑、日冕物质抛射或高速气流对地球环境的影响前景如何？将远侧信息包括在内将如何有助于行星际空间天气和宇航员在行星际空间遇到的环境的预报？因此，通过地面或空间观测，在今后十年继续发展对太阳远侧的监测至关重要。
2022-10-04 astro-ph.IM astro-ph.SR
