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
Helioseismic Holography of an Artificial Submerged Sound Speed Perturbation and Implications for the Detection of Pre-Emergence Signatures of Active Regions
我们使用Hartlep等人2011年公开的数值波传播模拟来测试日震全息术检测太阳模型内50 Mm深度处放置的紧凑、完全淹没、5%声速扰动的签名的能力。我们发现，日震全息术，在一个标称的“横向优势”或“深焦”的几何形状采用象限的环形光瞳是能够检测和表征的扰动。一些测试的方法，包括使用一个平面平行近似，定义的旅行时移，使用不同的相速度过滤器，和变化的瞳孔，也进行。它被发现，旅行时的移位，使用Gabor小波拟合基本上是相同的那些来自互协方差函数的傅立叶变换的相位。对于这里考虑的深度和视场，由平面平行近似引起的走时偏移的误差可以最小化到小于一秒。基于所测量的扰动的平均走时信号的强度，通过改变与期望一致的标称方法的分析程序，灵敏度没有实质性的改善。通过改变相速滤波器的轮廓或完全省略滤波器，所测量的走时偏移基本上不变。该方法仍然最大限度地敏感时，适用于瞳孔是广泛的象限，而不是较窄的象限或与瞳孔组成的较小的弧。我们讨论了这些结果的意义，最近的争议怀疑出现前的签名活动区域。
2012-10-28 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
Variations of helioseismic parameters due to magnetic field generated by a flux transport model
在太阳活动周期间，对流的基础上发现了声速的变化，这可以用来约束太阳内部的磁场。我们的目的是检验太阳发电机产生的磁场是否会导致日震学探测到的声速周期性变化。利用Babcock-Leighton（BL）型磁通输运发电机，得到了太阳内部磁场的基本位形。我们通过同化一个已建立的发电机产生的磁场，重建了一维太阳模型，并考察了它们对结构变量的影响。结果表明，发电机产生的磁场在一个太阳活动周内能够引起对流层底部声速剖面的显著变化。通过调整发电机模型的自由参数，该理论预报的细节特征也与第23周日震预报结果相似。
2020-11-05 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
Sensitivity of Helioseismic Measurements of Normal-mode Coupling to Flows and Sound-speed Perturbations
在这篇文章中，我们推导和计算的灵敏度测量的耦合正常模式的振荡在太阳底层流动。该理论是基于第一出生的微扰理论，并进行了分析，使用的形式主义所描述的\citet{lavely92}。虽然冗长，我们详细推导和计算的敏感性耦合正常模式的特定对异常的内部。事实上，这些内核是至关重要的对流振幅和大规模的环流在太阳内部的准确推断。我们解决了\citet{lavely92}推导过程中的一些不一致，并重新表述了流体连续性条件。我们还推导和计算声速内核，铺平了道路，反演热异常旁边的流量。
2017-05-23 astro-ph.SR physics.geo-ph
Validated helioseismic inversions for 3-D vector flows
根据时距日震学，关于内部流体运动的信息被编码在太阳波的传播时间中。逆问题包括推断3-D矢量流从一组旅行时间测量。在这里，我们调查的潜在的时间距离日震学推断3-D对流速度在太阳近地表层。我们开发了一个新的减最优局部平均（SOLA）代码适用于管道伪自动处理。与其前身相比，该代码通过考虑额外的约束进行了改进，以便在给定的噪声水平内获得正确的答案。本研究的主要目的是验证我们的反演代码所获得的结果。我们模拟旅行时地图使用快照从太阳对流的数值模拟，现实玻恩旅行时灵敏度内核，和旅行时噪声的现实模型。这些合成的旅行时间被反转的流量和结果与已知的输入流场进行比较。在反演中实现了额外的约束：流量分量之间的串扰最小化和反演系数的空间定位。使用模式f，p1到p4，我们表明，水平对流流速可以推断没有偏见，在一个信噪比大于一个在顶部3.5毫米，只要观测跨度至少四天。速度的垂直分量（v_z）如果较弱，则更难以推断，并且受到来自水平速度分量的串扰的严重影响。我们强调，这种串扰必须明确地最小化，以检索v_z在顶部1微米。我们还表明，统计平均在许多不同地区的太阳允许可靠地测量的平均性能的所有三个流组件在顶部5.5微米的对流区。
2011-04-20 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
Signal and noise in helioseismic holography
日震全息照相术是一种成像技术，用于通过观测太阳表面的振荡来研究太阳内部的不均匀性和流动。由于太阳振荡的随机性，全息图包含噪声。我们提供了一个理论框架建模的信号和噪声的波特-Bojarski日震全息。波动方程可以被改写成一个类似亥姆霍兹的方程，以便与声学文献联系起来，并以一种有意义的方式定义全息格林函数。波激发源被假定为静止的、水平均匀的和空间不相关的。使用第一玻恩近似，我们计算全息图中存在的扰动的声速，密度，流量，源协方差，以及作为位置的函数的噪声水平。这项工作是一个直接扩展的时间-距离日震学建模信号和噪声的方法。为了说明这个理论，我们计算全息强度数值埋在不同深度的声速扰动在太阳内部。参考格林函数获得的球对称太阳能模型使用有限元求解器在频域中。在表面上的光瞳区域之下，我们发现全息图强度的空间分辨率非常接近于局部波长的一半。对于与局部空间分辨率相当的大小的声速扰动，信噪比随深度近似恒定。在3 mHz以上的多个$N$频率上对全息图强度求平均，以几乎等于$N$的平方根的因子增加信噪比。在较低频率下可能不是这种情况，其中全息信号中的大变化是由于长寿命振荡模式的个体贡献。
2018-09-30 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 general formulation for computing spherical helioseismic sensitivity kernels while incorporating systematical effects
随着日震学的成熟和成为一门精密科学，有限频率、几何和系统效应的建模变得越来越重要。在这里，我们介绍了一个通用的公式来处理任意张量秩的扰动球几何使用的基本思想量子力学和它们的扩展在量子物理学。在我们的分析中，我们包括视线投影和线形成高度的中心到边缘差异。我们通过计算声速扰动的走时灵敏度核来演示该技术。分析产生的球谐系数的灵敏度内核，从而导致更好的设置和计算效率的反问题。
2020-09-15 astro-ph.SR
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
Sound-speed inversion of the Sun using a nonlocal statistical convection theory
日震反演揭示了太阳和标准太阳模型在太阳对流区底部下方的声速存在重大差异。我们证明了这种差异是由标准太阳模型中采用的局部混合长度理论的固有缺陷造成的。利用自洽的非局域对流理论，我们构造了一个用于声速反演的太阳包络模型。我们的太阳模型有一个非常平滑的过渡，从对流信封的辐射内部;和对流能量通量改变符号穿过对流区的边界。它比标准太阳模型有明显的改进，太阳和局部对流模型之间的声速差异显着减少。
2012-10-16 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
Asteroseismic Inversions for Internal Sound Speed Profiles of Main-sequence Stars with Radiative Cores
本研究针对12颗1~1.15倍太阳质量的主序类太阳恒星开展声速结构反演，可探测恒星内侧30%半径的等温声速差异，发现部分恒星模型与观测存在偏差，调整核反应速率或核心不透明度仅能部分缩小差异。
2023-12-27 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
Comparison of time-distance inversion methods applied to SDO/HMI Dopplergrams
我们比较的结果从JSOC管道的水平流分量和扰动的声速在一组深度与等效的结果从一个独立实施的管道使用不同的时间-距离反演方案。我们的反演管道允许一次反演所有量，同时允许最小化它们之间的串扰。这使我们有机会讨论JSOC数据产品中可能存在的偏差。在测试中，我们使用了减法最佳局部平均（SOLA）方法，最大限度地减少了串扰。我们比较了三个测试反演的每个数量在每个目标深度。首先，我们使用JSOC设置来重现JSOC结果。随后，我们使用了扩展的管道，以改善这些结果，包括更多的独立旅行时间测量，但保持JSOC指示的本地化在太阳。最后，我们使用本地化内核与JSOC元数据中的属性来反转流组件和声速扰动。我们成功地再现了水平流分量。JSOC产品中的高水平串扰强烈影响声速扰动。这导致声速扰动反演中的较大幅度。当使用定位在目标深度周围的目标函数时，获得了不同的结果。这是非局部化JSOC平均内核的结果。我们补充说，我们的方法也允许反演的垂直流。
2019-08-11 astro-ph.SR
Analysis of Time-Distance Helioseismology for Detection of Emerging Active Regions
时间距离日震技术，类似于Ilonwei等人（2011年）使用的技术，应用于地下声速扰动的两个独立的数值模型，以确定相位旅行时移测量的空间分辨率和精度。该技术也被用来检查出现前的签名几个活跃的地区所观察到的迈克尔逊多普勒成像仪（MDI）和日震磁成像仪（HMI）。在安静的太阳区域的类似测量的背景下，五个研究的活动区域中有三个在出现前几个小时显示出强烈的相位旅行时间变化。这些结果形成的基础上的噪声在派生的相位走时图和可能的标准，以区分真正的和假阳性检测新兴的通量的讨论。
2021-03-01 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
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
Asteroseismic Structure Inversions of Main-Sequence Solar-like Oscillators with Convective Cores
本文将星震结构反演扩展至43颗具有对流核的Kepler主序星，检验模型声速剖面与观测的差异，并通过修改过冲、扩散等物理过程尝试解释差异，发现模型调整不足以消除反演所揭示的结构偏差。
2025-05-08 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
Sound speed and oscillation frequencies for solar models evolved with Los Alamos ATOMIC opacities
洛斯阿拉莫斯国家实验室计算了新一代原子序数Z=1-30的元素的辐射不透明度（OPLIB数据，使用ATOMIC代码），改进了物理输入，更新了原子数据，更精细的温度网格，以取代2000年发布的洛斯阿拉莫斯LEDCOP不透明度。我们计算标准的太阳模型，包括这些新的不透明度的演变，并与模型演变使用劳伦斯利弗莫尔国家实验室OPAL（伊格莱西亚斯和罗杰斯1996年）不透明度进行比较。我们使用Asplund et al.（2009）的太阳丰度混合。新的洛斯阿拉莫斯原子不透明度有陡峭的不透明度衍生物比OPAL的温度和密度的太阳内部辐射区。我们比较计算出的非绝热太阳振荡频率和太阳内部声速观测到的频率和日震推断。对于使用更新的Iben演化代码（参见\cite{Guzik2010}）或MESA演化代码（Paxton等人，2015）。LANL原子不透明度部分缓解了“太阳丰度问题”。
2016-05-14 astro-ph.SR
Evidence of solar-cycle related structural changes in the solar convection zone
虽然确定与太阳周期有关的太阳动力学变化相对容易，但确定太阳深层结构的变化已被证明是困难的。通过使用日震数据获得了两个太阳周期，并牺牲分辨率有利于较低的不确定性，我们表明，有显着的变化，在太阳对流区，甚至低于it. Using MDI数据，我们发现一个相对的平方声速差$(2.56\pm 0.71)\times 10^{-5}$在对流区的基础之间的最大太阳周期~23和周期~23和24之间的最小值。使用HMI数据获得的循环~24最大值的声速差平方为$(1.95\pm 0.69)\times 10^{-5}$。GONG的数据支持这些结果。我们还发现，随着太阳变得更加活跃，太阳对流区中的声速与其下方的声速相比会降低。我们发现的证据的变化的径向导数的声速差异之间的太阳极小期和其他时代的对流区的基础上，这意味着可能的对流区的基础的位置的小的变化，但是，结果是太嘈杂，使任何明确的估计的变化。
2021-06-15 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
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
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
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
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
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。
2010-11-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
