Convective Dynamo Simulation with a Grand Minimum
评估了在模拟以太阳速度三倍旋转的类太阳恒星中实现的全球尺度发电机作用。三维MHD滞弹性球谐函数（ASH）的代码，增加了粘度最小化计划，捕捉对流和发电机过程中，这G型星。模拟是在一个球壳，包括3.8密度尺度高度的太阳能对流区。结果发现，发电机的行动与高度的时间变化发生，许多周期性的极性反转发生大约每6.2年。磁能也有规律地上升和下降。磁能量循环产生于洛伦兹力对差动旋转的反馈，而导致极性反转的过程则更为复杂，似乎是由对流与平均环向场的相互作用引起的。此外，赤道迁移的环向场被发现，这是联系在一起的变化的微分旋转，并可能到一个非线性发电机波。这个模拟也进入了一个持续大约20年的大极小期，之后发电机恢复了其正常的极性周期。
2015-03-13 astro-ph.SR
A Stochastically Forced Time Delay Solar Dynamo Model: Self-Consistent Recovery from a Maunder-like Grand Minimum Necessitates a Mean-Field Alpha Effect
太阳磁场活动的波动，包括像蒙德极小期这样的大极小期，对空间和行星环境有着重要的影响。然而，这种极端波动的基本动力仍然不清楚。在这里，我们使用一种新的数学模型的基础上随机强迫，非线性延迟微分方程研究太阳周期波动，其中，时间延迟捕获物理之间的空间隔离发电机源区域在太阳内部的磁通量运输。使用这个模型，我们明确地表明，Babcock-Leighton极向场源的基础上分散的倾斜双极太阳黑子通量，单独，不能恢复太阳黑子周期从一个盛大的最小值。我们发现，一个额外的极向场源有效的弱场-螺旋湍流驱动的平均场α效应-是必要的太阳黑子周期的自洽恢复从盛大极小事件。
2014-05-19 astro-ph.SR
Nature of grand minima and maxima from fully non-linear Flux-Transport Dynamos
我们的目标是调查的性质和发生的大太阳极小和极大的周期，这是观察到的太阳代用记录，如10 Be和14 C，使用一个完全非线性的Babcock-Leighton型通量输运发电机，包括动量和熵方程。在湍流雷诺应力的作用下，产生了差旋和纬向环流，并受到磁场的反作用。为了在我们的模拟中产生极大极小和极大似周期，我们在角动量输运过程中使用了随机波动，即λ机制和Babcock-Leighton机制。为了验证在我们的模拟中识别出的极大值和极小值的性质和发生情况，我们使用了等待时间分布分析，这反映了潜在的分布是来自随机过程还是记忆过程。结果表明，在大多数情况下，极大值和极小值的分布揭示了这些事件的性质起源于无记忆过程。我们还发现，在我们的模拟中，纬向环流的速度往往是较小的大最大期间，而它是在大最小时期的速度。在极大期，径向旋转差趋于较大，而在极小期，径向旋转差趋于较小。另一方面，纬度差异旋转被发现是在大极小期较大。
2017-10-24 astro-ph.SR
Recovery of the Solar Cycle from Maunder-like Grand Minima Episodes: A Quantification of the Necessary Polar Flux Threshold through Solar Dynamo Simulations
本研究通过带随机强迫的数千年太阳发电机模拟，量化了太阳从类蒙德极小期的大极小事件中恢复、重启极性反转所需的极区磁通量阈值，发现大极小期时长与起始速率无关，提出了大极小期恢复的预测方法，同时指出大极小期起始预测仍存挑战。
2025-09-04 astro-ph.SR
Grand Minima and Equatorward Propagation in a Cycling Stellar Convective Dynamo
三维磁流体动力学（MHD）滞弹性球谐函数（ASH）代码，使用斜率限制扩散，捕捉对流和发电机过程中实现的全球尺度恒星对流模拟的模型太阳质量的恒星旋转在三倍的太阳率。发电机产生的磁场具有许多时间尺度，大约每6.2年发生一次显著的极性周期。磁场形成大规模的环形圈，其形成与低Rossby数的对流在这个模拟。极性反转与大尺度磁场的弱差旋转和电阻性崩溃有关。赤道迁移的磁场，这是由于强烈的调制的差异旋转，而不是发电机波。来自赤道的磁通量向极迁移最终导致高纬度磁场极性的反转。该模拟还进入了低纬度地区持续约16年（约2.5个极性周期）的磁能减少的间隔，在此期间极性周期被破坏，之后发电机恢复其常规极性周期。对这个最小值的分析表明，它可能是通过对称和反对称发电机家族的相互作用而产生的。这种间歇性发电机状态可能是由于模拟相对较低的磁普朗特数。基于平均场的分析表明，该发电机模拟是$α$ - $Ω$型。的时间尺度，似乎是相关的磁极性反转也确定。
2015-07-10 astro-ph.SR
Grand Minima and North-South Asymmetry of Solar Activity
建立了一个球壳太阳型发电机模型，考虑了极向场产生机制随时间和纬度的随机变化。该模型显示了可重复的时代强烈降低幅度的磁周期类似的蒙德最低限度的太阳活动。发电机参数对纬度的随机依赖性破坏了所产生场的赤道对称性。该模型显示的相关性的发生与偏离的发电机场偶极宇称的大极小。因此，磁活动南北不对称性的增加可能是向大极小过渡的一个指标。这种相关性的定性解释建议。在模型中的大极小值的统计接近泊松随机过程，表明一个大极小值的开始是统计独立于先前的最小值。
2013-10-22 astro-ph.SR
A Solar Dynamo Model Driven by Mean-Field Alpha and Babcock-Leighton Sources: Fluctuations, Grand-Minima-Maxima and Hemispheric Asymmetry in Sunspot Cycles
极端的太阳活动波动和太阳极大极小期的发生，是太阳活动周期中公认的观测特征。然而，这种极端的活动波动和太阳周期的动态在蒙德迷你事件仍然不清楚。我们探索这种极端的太阳活动波动的起源和双极向场源的作用，即Babcock-Leighton机制和平均场α效应在太阳周期的动态。我们主要集中在进入和恢复从大极小期的情节，如蒙德极小期和太阳周期的动态。我们使用一个运动学太阳发电机模型与一个新的设置，其中随机扰动力两个不同的极向场α效应。我们探索不同的制度，这些极向源具有不同的操作阈值的操作，以确定每个的重要性。在两个半球中独立地实施扰动，这使得人们能够研究太阳黑子出现时半球耦合和半球不对称的水平。从模拟进行，我们确定了几种不同的方式，发电机可以进入一个宏伟的最小插曲。虽然波动的任何$α$的影响，可以触发不稳定性，我们发现，平均场α效应是至关重要的恢复太阳周期从一个宏伟的极小插曲，一个巴布科克-莱顿源单独，未能实现。我们的模拟还展示了其他周期动态。我们的结论是，在两个相互作用的极向场源的随机波动工作与不同的操作阈值是一个可行的候选人，触发极端的太阳活动的情节和平均场α效应能够工作在弱，次均分场是至关重要的恢复太阳周期后，延长太阳极小期。
2018-03-29 astro-ph.SR
Recovery from Maunder-like Grand Minima in a Babcock--Leighton Solar Dynamo Model
太阳偶尔会经历类似于蒙德的扩展的大极小期，当它的磁场活动从正常活动水平大幅下降数十年时。人们提出了许多可能的理论来解释这些极小值的起源。然而，太阳每次都是如何从这种不活跃的阶段恢复过来的，这更加令人费解。巴布科克-莱顿型发电机，这是成功地解释了许多功能的太阳周期非常好，预计不会运行在大极小期，由于缺乏足够数量的太阳黑子。在这封信中，我们探讨了太阳如何通过巴布科克-莱顿发电机从大极小期恢复的问题。在我们的三维发电机模型中，由于新兴活动区域的倾斜角度的随机变化，自发地产生了大极小值。我们发现，Babcock-Leighton过程仍然可以运行在大极小期，只有最小数量的太阳黑子和模型可以出现这样的阶段，而不需要额外的生成机制的极向场。在我们的模型中的基本成分是一个向下的磁泵，抑制整个太阳表面的磁通量的扩散。
2018-06-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modelling the rotation dependence of cycle variability in sun-like stars: Answering why only slowly rotating stars produce grand minima
采用通量传输发电机模型研究类太阳恒星磁活动周期变化，发现慢速自转恒星因较低超临界发电机更易产生延长的极小期，而快转恒星则无此现象。
2024-01-15 astro-ph.SR
Modelling grand minima of solar activity using a flux transport dynamo model
像蒙德极小期这样的大极小期的出现是太阳黑子周期中一个有趣的方面。我们使用的通量传输发电机模型来解释的大极小，表明它们出现时，无论是极向场或纬向环流下降到一个足够低的值，由于波动。假设这些波动是高斯的，并从过去28个周期的数据中确定各种参数，我们对这两种波动进行发电机模拟。计算结果与观测数据非常接近。
2013-07-22 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Studies of grand minima in sunspot cycles from a flux transport solar dynamo model
我们建议，太阳活动的大极小值是由同时波动的纬向环流和Babcock-Leighton机制的极向场产生的通量传输发电机模型。结果表明：（a）纬向环流中的涨落更有效地产生巨极小;（b）巨极小的突然和逐渐启动都是可能的;（c）巨极小之间的持续时间和等待时间似乎呈指数分布;（d）纬向环流的相干时间对极大极小期的个数和平均持续时间有影响，与观测数据一致的相干时间约为30年。我们还研究了极大值的发生，发现极大值之间的持续时间和等待时间也是指数分布，就像极小值一样。最后，我们解决的问题是否巴布科克-莱顿机制可以在大极小期时，没有太阳黑子的操作。我们表明，α效应限制在对流区的上部可以拉发电机的大极小值，并可以匹配各种观测要求，如果这种α效应的幅度是适当的微调。
2013-06-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Grand minima and intermittency in near-critical convection-driven dynamos
Institute of Physics, University of Graz（格拉茨大学物理研究所）；Institut für Sonnenphysik (KIS)（太阳物理研究所）
通过三维旋转磁流体动力学模拟发现，近临界对流驱动发电机的超临界性越低，长期变异性越强，弱超临界性是太阳极小期出现的原因，早期全球发电机模拟因超临界性过高未出现极小期。
2026-10-14 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamo modelling for cycle variability and occurrence of grand minima in Sun-like stars: Rotation rate dependence
本研究用通量输运发电机模型模拟不同旋转速率太阳型恒星的周期变化，发现快速旋转恒星产生强磁场不规则周期且少极大极小期，慢速旋转恒星产生弱平滑周期且更易出现延长极大极小期。
2023-04-12 astro-ph.IM astro-ph.SR
Reinforcing the double dynamo model with solar-terrestrial activity in the past three millennia
利用主成分分析（PCA）方法从21-24太阳活动周天气图中得到的太阳磁场振荡的两个本征向量的汇总曲线作为太阳活动的代表，我们将这条曲线向后外推3000年，揭示了9个大周期，每个周期持续350-400年。总结曲线显示了过去太阳黑子和地球活动的惊人相似之处：大极小期-蒙德极小期（公元1645-1715年），沃尔夫极小期（公元1280-1350年），奥尔特最小（公元1010-1050年）和荷马最小期（公元前800-900年）;大极大期-现代温暖期（1990-2015年），中世纪温暖期（公元900-1200年），罗马温暖期（公元前400-10年）等。我们通过望远镜前肉眼观测的大黑子，通过比较蒙德极小期（MM）的观测和模拟的蝴蝶图，通过14-16世纪地球温度的最高值和极强的地球极光，验证了外推的活动曲线。我们确认即将到来的现代大极小发生在2020-2053年，持续时间较短（3个周期），因此，更高的太阳活动相比，MM。我们认为，孢子极小（1450-1550）来自同位素14 C和10 Be丰度的增加，可能是由银河系宇宙射线引起的地球背景辐射的强烈增加产生的。强大的超新星
2017-05-26 astro-ph.SR
Modeling the irregularities of solar cycle using flux transport dynamo models
太阳黑子的数量随时间大致呈周期性变化。然而，个别周期的持续时间和振幅被发现以不规则的方式变化。据观察，较强的周期具有较短的上升时间，反之亦然。这导致了一个重要的效应，称为Waldmeier效应。太阳活动周期不规则性的另一个重要特征是大极小期，在此期间活动水平强烈降低。我们探讨这些太阳周期的不规则性是否可以研究的帮助下，太阳周期的通量传输发电机模型。我们表明，一个适当的随机波动的定期发电机模型，我们能够重现许多不规则的功能，包括Waldmeier效应和太阳活动周期的最小值。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。
2012-05-03 astro-ph.SR
Fluctuations in the Alpha-Effect and Grand Solar Minima
利用太阳黑子星表的数据，对发电机理论中称为Babcock-Leighton机制的一种特殊α效应的参数进行了估算。这些估计证明了太阳上存在巴布科克-莱顿α效应。还估计了α效应的波动。波动幅度明显超过平均值，波动的特征时间与太阳自转周期相当。波动的参数发现包括在太阳能发电机的数值模型。计算表明，在数百年和数千年的时间尺度上，磁周期的振幅发生了不规则的变化。计算的太阳活动极大值和极小值的统计特征与全新世的太阳活动数据相吻合。
2013-05-13 astro-ph.SR
Importance of Meridional Circulation in Flux Transport Dynamo: The Possibility of a Maunder-like Grand Minimum
经向环流是通量输送发电机模式的重要组成部分。我们已经研究了它的重要性的周期，太阳活动周期的振幅，并在这些模型中产生的Maunder-like大极小。首先，我们通过改变纬向环流速度来模拟过去23个太阳黑子周期的周期。如果发电机是在一个扩散主导的制度，那么我们发现，大多数的周期振幅也得到了一定程度上建模时，我们的模型周期。接下来，我们提出，在蒙德极小期开始时，纬向环流的振幅下降到一个低值，然后在几年后再次增加。一些独立的研究也支持这一假设。有了这个假设，扩散主导的发电机能够非常好地再现蒙德极小值的许多重要特征。如果发电机处于扩散主导的状态，那么较慢的纬向环流意味着极向场在通过对流区的传输过程中有更多的时间扩散，使发电机变弱。这一结果有助于对周期振幅和Maunder-like极小值进行建模。然而，我们无法重现这些结果，如果发电机是在一个平流主导的制度。
2010-11-04 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Long-term variability of the solar cycle in the Babcock-Leighton dynamo framework
我们使用一个新的三维Babcock-Leighton发电机模型来探讨太阳活动周期变化的原因。在这个模型中，基于对流区底部的环形磁通，双极磁区（BMR）的统计特性从观测到的分布产生。我们发现，在BMR倾斜一点淬火是足够的稳定发电机的增长。BMR爆发的随机性和非线性使得极向场不均匀，并导致太阳活动周的某些变化。然而，当观察到的散射的BMR倾斜周围的乔伊定律的标准偏差为$15^\circ$，被认为是，我们的模型产生的太阳周期的变化，包括南北不对称的观测。磁场的形态与观测结果非常相似，特别是表面径向场具有更混合的极性场。观测到的散射也产生极大极小值。在11,650年的模拟中，检测到了17个大极小值，并且模型在$11\%$的时间内保持在这些大极小值中。当我们将倾斜散射加倍时，模型会产生正确的极小值统计。重要的是，发电机甚至在只有几个BMR的大极小期间继续，而不需要任何额外的α效应。其原因是向下的磁泵作用抑制了磁通量在表面上的扩散。磁泵也有助于实现11年的磁周期使用所观察到的BMR通量分布，即使在高扩散率。
2018-05-13 astro-ph.IM astro-ph.SR
Long-term forcing of Sun's coronal field, open flux and cosmic ray modulation potential during grand minima, maxima and regular activity phases by the solar dynamo mechanism
本研究利用随机强迫的太阳发电机模型进行长期模拟，揭示了发电机产生的磁场如何控制日冕结构和日球层状态，证明了模拟与重建的太阳开放磁通量功率谱一致，为解释长期太阳周期变率提供了理论基础。
2023-06-30 astro-ph.SR physics.space-ph
Supercriticality of the dynamo limits the memory of the polar field to one cycle
极地磁场前兆被认为是预测下一个太阳活动周期强度的最可靠和基于物理的方法。然而，为了对一个周期做出可靠的预测，前一个周期太阳极小期的极场是否足够，或者我们需要许多以前周期的极场？为了回答这个问题，我们进行了几次模拟使用Babcock-Leighton型通量输运发电机模型与随机强迫源的极向场（$α$项）。我们表明，当发电机是在临界发电机过渡或弱超临界附近运行时，周期n的极性场决定了接下来几个周期（至少三个）的振幅。然而，当发电机基本上是超临界时，极场的这种相关性减少到一个周期。随着发电机的超临界性的增加，极场的记忆从多周期到单周期的这种变化与模型中各种湍流传输过程的重要性无关。我们进一步表明，当发电机在临界点附近运行时，它会产生频繁的较弱活动的延长事件，类似于太阳的大极小期。巨极小的发生伴随着极场的多旋回相关。极大极小值的出现频率随发电机超临界度的增大而减小。
2022-02-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Grand Challenges in the Physics of the Sun and Sun-like Stars
对恒星结构和演化的研究是天体物理学的主要组成部分之一，太阳具有重要意义，因为它是最适合详细研究的恒星，也是迄今为止通过其辐射和微粒输出对地球和近地环境影响最大的恒星。在过去的几十年里，对恒星和太阳的研究在某种程度上已经分开。但近年来，星震学的快速发展，以及对更好地了解太阳和恒星发电机的追求，再次强调了恒星和太阳研究之间的协同作用。在这篇文章中，我选择了两个“重大挑战”，这既是因为它们的至关重要性，也是因为我认为这两个问题在未来十年内会取得重大进展。它们是：（一）了解太阳和恒星发电机如何产生磁场，以及（二）提高地球效应空间天气的可预测性。
2014-06-17 astro-ph.SR
Solar Cycle Variability Induced by Tilt Angle Scatter in a Babcock--Leighton Solar Dynamo Model
我们提出了一个三维巴布科克-莱顿发电机模型，是持续的明确出现和分散的双极磁区（BMR）的结果。平均而言，每个BMR都有一个由乔伊定律给出的系统倾斜。随机性和非线性的BMR出现我们的模型产生可变的磁周期。然而，当我们允许倾斜角的随机散射来模拟观测到的偏离乔伊定律时，我们发现磁周期的变化更多。我们发现，观测到的标准偏差在乔伊定律的$σ_δ= 15^\circ$产生的变化与观测到的太阳活动周期的变化$\sim $ 32%，量化的太阳黑子数最大值之间的1755- 2008。我们还发现，倾斜角散射可以促进大极小值和大极大值。$σ_δ= 15^\circ$在大极小期所花费的时间比从宇宙成因同位素推断的太阳的时间要少一些（大约9%比17%）。然而，当我们将倾斜散射加倍为$σ_δ= 30^\circ$时，模拟统计数据与太阳相当（$\sim $在极大极小值中占18%，在极大值中占$\sim 10$ %）。虽然Babcock-Leighton机制是极向场的唯一来源，但我们发现，即使在倾角波动较大的情况下，我们的模拟也始终保持磁循环。我们还表明，倾斜淬火是一个可行的和有效的机制发电机饱和;抑制的倾斜只有1-2 $^\circ$是足以限制发电机的增长。因此，任何可能观测到的太阳倾斜猝灭的特征都可能是微妙的。
2017-08-13 astro-ph.IM astro-ph.SR
Solar activity in the past and the chaotic behaviour of the dynamo
这里回顾一下太阳活动的记录，重点放在特殊性上。由于太阳黑子的位置比各种全球太阳黑子数量更能告诉我们太阳发电机的情况，我们首先关注望远镜观测太阳黑子的记录，从而获得位置信息。然后，我们转向代理记录从宇宙成因同位素丰度，这表明在过去的9500年周期性的大极小。强烈调制的事件和具有较温和调制和较弱整体活动的干预事件之间的明显区别暗示了太阳发电机在数千年的过程中遵循各种解决方案，具有不同的对称性。
2014-06-30 astro-ph.SR
The Decay of Stellar Dynamos and X-ray Activity
现有的恒星X射线巡天表明，在我们理解太阳和晚型恒星的恒星磁活动演化过程中存在重大问题，在X射线活动的衰减速率和光谱类型上得出了相互矛盾的结论。我们正在面对这些差异与预期的恒星X射线光度分布的一个新模型，结合银河系人口合成模型与当前的理论旋转自旋下降和旋转活动关系的恒星磁发电机。在这里，我们测试我们的模型，使用新的观测恒星内容的钱德拉宇宙调查，其中60个新的恒星X射线源被确定从薄盘和星系晕人口。我们的模型与观测到的X射线光度分布和光谱类型分布基本一致。然而，在X射线光度分布的形式上存在着细微的差异，这可能暗示着我们对恒星X射线发射的理解存在问题。
2010-12-01 astro-ph.SR
Parametric Modulation of Dynamo Waves
太阳活动的长期变化，包括大极小期，被认为是发电机参数随时间变化的结果。发电机波的最简单的近似应用表明，周期性变化的参数可以导致指数增长或衰减的磁振荡取决于变化频率。然而，发电机中没有参数共振：对不同频率的选择敏感性，共振现象的特征，是不存在的。这一发现的定性解释建议。非线性分析的发电机波揭示了滞后现象，发现更先进的模型。然而，简化的模型允许计算足够大数量的发电机周期，用于构建其振幅的分布函数，以定性地再现最近从自然档案中的宇宙成因同位素含量推断的太阳活动的两种模式。
2015-04-27 astro-ph.SR
Revisited sunspot data: A new scenario for the onset of the Maunder minimum
蒙德极小期形成了大极小期的原型，详细了解其时间发展对处理长期太阳活动演化的太阳发电机理论具有重要影响。在这里，我们重新考虑目前的大极小的一般情况下，使用新恢复的太阳黑子观测G。马尔库塞和修订一些早期的不确定的数据，1636- 1642年期间，即，蒙德极小期开始前的一个太阳活动周期。新的和修订的数据大大改变了蒙德极小期之前的太阳黑子周期的大小，从60- 70下降到大约20，这意味着可能是一个逐渐开始的最低活动减少开始前两个周期。蒙德极小期的修订方案，通过大太阳/恒星活动极小期的范例，对太阳/恒星发电机理论的观测限制集中于长期研究和大极小期的发生。
2011-03-08 astro-ph.SR
Dynamos and Differential Rotation: Advances at the Crossroads of Analytics, Numerics, and Observations
讨论了最近在恒星磁性的观测、理论和数值研究方面所取得的进展。特别是，这篇评论将涵盖的物理过程被认为是在这些磁场和它们的变化，即发电机行动之间的相互作用所产生的对流，旋转，辐射和磁场的起源。一些照顾将采取涵盖最近的分析进展的动力学和磁性的辐射内部，包括一些想法的作用，速跃层。此外，最近和迅速发展的对流发电机的数值模拟将进行讨论，在快速旋转的对流系统，大极小值和缩放规律的磁场强度。这些主题与观测或其观测含义有关。
2017-01-10 astro-ph.SR
Long-term modulation of solar cycles
太阳活动具有周期性，在年际时间尺度上，约11年的施瓦贝周期支配着太阳活动的变化。然而，太阳活动周期在长度、形状和大小上都有很大的变化，从几乎一尘不染的极小期到非常活跃的极大期。400年的太阳黑子数直接序列在质量上是不均匀的，而且太短，无法研究长期太阳变率的鲁棒参数。宇宙起源同位素代用品将时间尺度扩展到12000年，并为长期太阳发电机调制提供了重要的观测约束。在这里，我们提出了一个简短的最新的概述太阳活动的长期变化在百年-千年的时间尺度。大极小值和极大值的发生进行了讨论，以及现有的准周期，如百年Gleissberg，210年Suess/de Vries和2400年Hallstatt周期。结果表明，太阳活动周包含一个重要的随机分量，没有时钟锁相意味着缺乏长期记忆。一个简短而全面的理论观点来解释观察到的功能的框架内的发电机模型，包括发电机的非线性和随机波动的审查。我们通过熟悉的新数据和开发的新模型不断获得驱动太阳变化的过程的知识。
2023-02-28 astro-ph.SR
The solar dynamo: inferences from observations and modeling
观测结果表明，太阳活动发电机理论的两个基本效应-通过差速旋转从极向场产生环向场，以及通过螺旋运动将环向场反向转换为极向场-在太阳中起作用。然而，这两种效应不足以为太阳发电机构建一个现实的模型。只有当一个非本地版本的α-效应，是向下的反磁泵和场平流的赤道向纬向流附近的对流区的底部允许，可以密切复制所观察到的活动周期。阿尔法效应的波动可以从太阳黑子数据中估计出来。具有波动参数的发电机模型再现了太阳活动周期的不规则性，包括大活动极小值。然而，不规则性的参数激发的物理学仍有待理解。
2014-04-16 astro-ph.SR
Multiple dynamo modes as a mechanism for long-term solar activity variations
太阳磁场活动既有平滑的长期变化，如现代大极大期，也有相当突然的下降，称为大极小期。对流驱动发电机的直接数值模拟（DNS）提供了一种研究这些事件背后机制的方法。在这项工作中，我们分析了一个类似太阳的DNS的解决方案，该解决方案已经进化了大约80个4.9年的磁周期，在此期间检测到不规则行为的时代。我们分析的重点是寻找这种行为的物理原因。DNS采用的是一个半全球（楔形）磁对流模式。对于数据分析，我们使用Encourage经验模式分解（EEMD）和相位色散（$D^2$）方法。DNS的一个特殊性质是在不同深度和纬度存在多个发电机模式。主导模式是类太阳模式。该模式伴随着表面附近的高频模式和对流区底部的低频模式。发电机解决方案的整体行为是非常复杂的表现出可变的周期长度，时代的干扰，甚至停止表面活动，和强烈的短期半球不对称性。令人惊讶的是，最突出的抑制表面活动时期实际上是全球磁能最大值。我们解释的整体不规则的行为是由于不同的发电机模式显示不同的赤道对称性的相互作用，特别是平滑的部分的不规则的变化与模式的强度的变化，演变与不同的和可变的周期长度。突然的低活动时期在占主导地位的发电机模式附近的表面是一个强大的最大值的底部环向场强度，这会导致突然的干扰，特别是在差分旋转剖面通过抑制的雷诺应力。
2016-01-22 astro-ph.SR
Evolution of solar and stellar dynamo theory
本文回顾了太阳与恒星发电机理论与建模的历史演化及现状，重点分析了平均场电动力学、磁螺旋度守恒、较差自转等仍未解决的“张力点”，并展望了理论与恒星磁活动观测间的潜在联系。
2023-05-26 astro-ph.SR
The origin of grand minima in the sunspot cycle
11年太阳黑子周期最引人注目的方面之一是，过去曾有一些周期消失过，最著名的例子是1645-1715年期间的蒙德极小期。对宇宙成因同位素（C14和Be 10）的分析表明，在过去的11，000年中，大约有27个太阳活动极小期，这意味着大约2.7%的太阳活动周期具有迫使太阳进入太阳活动极小期的条件。我们解决的问题是如何产生的大极小，并具体计算的发生频率从理论发电机模型的大极小。我们假设极向场产生机制和纬向环流的波动产生了太阳黑子周期的不规则性。将这些波动假定为高斯型，并根据过去28个太阳活动周的数据估计重要参数的值，我们从我们的通量输运发电机模型中发现，大约1-4%的太阳黑子活动周可能具有诱发巨极小的条件。
2012-09-25 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
a dynamo-based prediction of solar cycle 25
太阳活动周期变化幅度很大。最后一个24周期是过去一个世纪中最弱的。太阳的活动主导着地球的空间环境。太阳活动的频率和强度与太阳活动周期相一致。因此，实际上需要知道即将到来的周期25的幅度。基于发电机的太阳周期预测不仅提供了预测，而且还提供了一种有效的方法来评估我们对太阳周期的理解。在这篇文章中，我们将第一个成功的基于发电机的预测方法应用于第24个周期的预测，以便我们可以验证以前的成功是否可以重复。预测显示，第25周将比第24周强约10%，振幅为126（国际太阳黑子数2.0版）。结果表明，第25周不会像一些出版物所建议的那样进入类似蒙德的大太阳极小期。大约四到五年的太阳活动将决定预测方法是否抓住了太阳周期变化的关键机制，太阳周期变化被假设为模型中周期最小值周围的极场。
2021-08-03 astro-ph.SR
Dynamo Model for North-South Asymmetry of Solar Activity
观测结果显示，在几个太阳活动周期的时间尺度上，太阳黑子活动存在相对较小但统计上显著的南北不对称性。本文提出了一个发电机模型的长期NS不对称现象。该模型分离的发电机方程的磁场的偶极和四极赤道宇称。NS不对称性是偶极场和四极场叠加的结果。模型计算证实了以前提出的四极发电机模式的激发主导偶极模式介导的赤道对称波动的$α$效应作为长期NS不对称的机制。给出了一个短期随机强迫激发振荡的解析可解例子，证明了由于$α$效应在一个太阳自转时间尺度上的随机变化而导致的NS不对称性在几个（本模式中约为6个）太阳周时间尺度上相干的数值结果。模型计算表明，锁相现象的偶极和四极场振荡主要在相位（北方型不对称）或反相（南方型不对称），这两个国家之间的相对较短的不规则过渡。大的不对称性在模拟的大极小被发现和解释弱磁淬灭的$α$ -效果在极小。根据发电机模型和观测结果，讨论了活动极小期极场不对称性作为后续活动周期中黑子不对称性前兆的可能性。
2021-09-02 astro-ph.SR
Oscillating dynamo models with a time-nonlocal $α$ effect
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)（波茨坦阿斯特罗物理研究所）；University of Potsdam（波茨坦大学）；INAF, Catania Astrophysical Observatory（意大利国家天体物理研究所，卡塔尼亚天文台）
该研究将传统α效应扩展为时间非局部形式，发现其能简化发电机激发、延长周期并产生锯齿状磁场轮廓，且能重现Waldmeier趋势及类似蒙德极小期的弱周期事件。
2026-09-17 astro-ph.SR
Oscillations of the baseline of solar magnetic field and solar irradiance on a millennial timescale
最近发现的太阳背景磁场的长期振荡与太阳内层和外层产生的双发电机波相关，表明太阳活动在未来三十年（2019-2055）将达到类似于蒙德的现代大极小期。另一方面，太阳总辐照度的重建表明，自蒙德极小期以来，周期平均太阳总辐照度（TSI）增加了约$1-1.5$ $Wm^{-2}$的值，与基线（平均）陆地温度的增加密切相关。为了理解这两个相反的趋势，我们计算了向后10万年的磁场变化的双发电机汇总曲线，使我们能够确认太阳活动在常规（11年）和最近报告的大（350-400年）太阳周期中的强烈振荡，这些振荡是由双太阳发电机的作用引起的。此外，通过应用运行平均滤波器抑制11年周期的大尺度振荡，发现了磁场基线（零线）的周期为$1950\pm95$年（一个超大周期）的振荡。最新的基线振荡的最低值被发现与大太阳极小（蒙德极小）发生在当前的超级大周期开始之前。从那时起，基线幅度开始缓慢增加，在$~$ 2700时达到最大值，随后降低，在$~$ 3700时达到最小值。发现这些基线太阳磁场的振荡与围绕太阳系重心的长期太阳惯性运动有关，这种惯性运动可导致地球温度进一步自然升高2.5-3.0 $^\circ$ C。
2020-04-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Convective dynamo action in a spherical shell: symmetries and modulation
本文研究了球壳中三维旋转滞弹性对流驱动的发电机作用。出于对太阳发电机的行为，我们研究了不同对称性的磁流体模式的相互作用，并演示了如何复杂的对流，差分旋转和磁场之间的相互作用可能会导致调制的基本周期。对于一些参数，类型1调制通过在不同对称性的模式之间的能量转移而发生，而整体振幅几乎没有变化，对于其他参数，调制是类型2，其中振幅受到显著影响（导致活性的极大极小值），而对称性没有显著变化。最重要的是，我们确定了存在的“超调制”的解决方案，其中的活动之间的1型和2型调制混乱切换，这被认为是一个重要的过程中的太阳活动。
2016-07-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Comment on the paper by Popova et al. "On a role of quadruple component of magnetic field in defining solar activity in grand cycles"
Popova等人的论文提出了一个过于简化的太阳活动数学模型，声称可以预测/追溯几千年。这项工作包含几个缺陷，使结果贬值：（1）从信号处理的角度来看，该方法是不可靠的（仅根据35年的数据不可能进行数千年的谐波预测），缺乏质量控制，（2）事后预测的结果显然与观测数据相矛盾。(3)总而言之，提出了一个与完全太阳发电机理论几乎无关的多谐数学模型，该模型不适用于实际太阳条件，因为太阳活动具有显著的混沌/随机内在成分和强烈的非平稳性。所得到的结果显然与过去的数据不一致，因此不能相信未来的预测。
2017-10-14 astro-ph.SR
HD 4915: A Maunder Minimum Candidate
利用Keck I/HIRES摄谱仪测量的\ion{Ca}{2} H & K谱线强度研究了HD 4915的磁活动周期。这颗恒星从2006年至今一直是加州行星搜索计划的一部分。我们注意到磁场活动周期的振幅在下降，这种模式表明恒星进入了磁场大极小（MGM）状态，让人想起太阳的蒙德和道尔顿极小。我们建议对这颗恒星进行进一步的监测，以确认发电机的最小值性质，这将有助于深入了解太阳色球层和全球磁场在其最小值期间的状态。我们还建议继续观测H \& K发射线，地面或空间测光观测，以估计太阳黑子的覆盖范围。
2018-01-29 astro-ph.SR
Analyses of features of magnetic cycles at different amounts of dynamo supercriticality: Solar dynamo is about two times critical
本文通过Babcock-Leighton型发电机模型在不同超临界程度下的模拟，结合蒙德极小期恢复速率和大极小/极大期统计，并与观测对比，证明太阳发电机仅约为临界值的两倍，并非高度超临界。
2025-01-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The "Other" Centuries-Long Record of Solar Magnetic Activity Cycles: Lessons From the Stars
Penn State（宾夕法尼亚州立大学）；Center for Solar-Stellar Connections, WDRC（太阳-恒星联系中心，WDRC）；ELTE Eötvös Loránd University（罗兰大学）；Nagoya University（名古屋大学）；Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University（地球环境研究所，名古屋大学）；Institute for Advanced Research, Nagoya University（先进研究院，名古屋大学）；RAL Space, Science and Technology Facilities Council（拉尔夫空间部，英国科学与技术设施委员会）；Riken Nishina Centre（理化学研究所仁科中心）
该综述综合太阳与恒星磁活动记录，揭示类太阳发电机普遍存在，而类似蒙德极小期的磁极大极小事件极为罕见，并阐明恒星自转减慢至临界罗斯比数后磁活动减弱、周期受抑的演化图景。
2026-09-22 astro-ph.SR
Models for the long-term variations of solar activity
本文回顾了太阳活动周长期变化的发电机模型，归纳出磁场反馈、随机强迫和时间延迟三类调制机制，并结合示例模型与观测数据分析了其优缺点及当前研究趋势。
2023-05-26 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.space-ph
Recent Developments in the Babcock-Leighton Solar Dynamo Theory
本文综述了巴布科克-莱顿太阳发电机理论的最新进展，重点介绍环向场到极向场转换中的非线性机制及BMR不规则性对太阳活动周变化的影响，并讨论了太阳活动周早期预测的新进展。
2024-01-12 astro-ph.IM astro-ph.SR
Spatio-temporal non-localities in a solar-like mean-field dynamo
该研究针对太阳平均场发电机模型，基于DNS结果采用洛伦兹积分核描述非局域湍流电动势，发现非局域效应降低临界阈值、增加周期并降低近临界增长率，非线性模型验证了超临界下的帕克波和弱非线性下约300年的大周期。
2023-05-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Hysteresis between distinct modes of turbulent dynamos
太阳发电机的非线性平均场模型显示了长期的变化，这可能与从长期放射性碳数据推断的不同活动状态有关。本文的目的是探索的直接数值模拟的Kitchatinov \& Olemskoy（2010）的最新平均场模型预测的发电机滞后。我们进行三维模拟的大型发电机在剪切盒螺旋强制湍流。作为初始条件，我们要么采用弱随机磁场，要么从早期模拟的快照开始。两个准稳定的状态被发现共存在一定范围内的参数接近的大规模发电机的发病。根据初始条件，模拟收敛到这些状态之一。当分数螺旋度或磁普朗特数在连续运行之间增加到发电机开始的临界值以上时，场强跳到一个有限值。然而，当分数螺旋度或磁普朗特数然后再次降低时，场强度保持在类似的值（强场分支），甚至低于原始开始。我们还观察到间歇性衰减阶段远离强场分支接近大规模发电机行动的点是可能的。因此，在平均场模型中先前看到的发电机滞后通过3D模拟再现。它可能与太阳活动的不同模式，如大极小期的讨论。
2015-04-23 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Evidence for distinct modes of solar activity
目的。太阳的磁活动从极大极小期到极大期都表现出很强的变化性，但变化性的本质还没有完全被理解，主要是因为直接观测到的太阳活动记录长度不够，以及与长期重建有关的不确定性。在这里，我们提出了一个新的调整免费重建太阳活动超过三千年，并研究其不同的模式。方法.我们提出了一个新的调整，在过去的三千年太阳活动的物理重建，使用最新验证的碳循环，14 C生产，和古地磁场模型。这一巨大的进步使我们能够以前所未有的细节水平研究太阳活动的不同模式。结果太阳活动的分布显然是双峰的，这意味着存在不同的活动模式。主要的常规活动模式对应于中等活动，在太阳黑子数量约20和67之间的相对狭窄的波段内变化。一个单独的大极小模式的存在，减少太阳活动，这不能解释的随机波动的定期模式，确认在一个高置信水平。也有人提出可能存在一个单独的大极大值模式，但统计数据太低，无法得出可靠的结论。结论.太阳以不同的模式运行--一个主要的一般模式，一个对应于不活跃太阳的大极小模式，以及一个对应于异常活跃太阳的可能的大极大模式。这些结果为类太阳恒星的发电机模型和研究太阳对地球气候的可能影响提供了重要的约束。
2014-02-19 astro-ph.SR
Understanding solar cycle variability
太阳磁场活动的水平，如太阳黑子的数量和日冕中的高能事件所示，在很大的时间尺度上变化。最突出的是11年的太阳活动周期，它在更长的时间尺度上受到显著的调制。从发电机理论的经验结果，过去的太阳活动和类似的现象，类太阳恒星，我们表明，太阳周期的变化基本上可以理解的弱非线性极限环随机噪声的影响。与太阳活动周期的临时“玩具模型”相比，这导致了一个通用的正规形式模型，其参数都受到观测的约束。该模型再现了几十年至几千年时间尺度上太阳活动的变化特征，包括长期极低活动（大极小期）的发生和统计数据。与Babcock-Leighton型发电机模型得到的结果比较证实了正常模式方法的有效性。
2017-05-30 astro-ph.SR
Shaken and stirred: When Bond meets Suess-de Vries and Gnevyshev-Ohl
我们认为，最突出的时间特征的太阳发电机，特别是黑尔周期，（与Gnevyshev-Ohl规则的变化有关），Gleissberg型周期，和大极小期可以用金星-地球-木星系统的11.07年周期引潮力和（主要）19.86年周期引潮力的双同步自洽地解释。太阳围绕太阳系重心的周期运动。在我们的数值模拟中，大极小期及其集群，出现在千年的时间尺度上的间歇性和非周期性事件，非常类似于整个全新世和末次冰期观察到的一系列邦德事件。如果得到证实，这种间歇性的混沌过渡将阻止任何对太阳活动的长期预测，尽管事实上，较短期的黑尔和苏斯-德弗里斯周期是由行星运动计时的。
2020-06-19 astro-ph.SR
Evidence of persistence of weak magnetic cycles driven by meridional plasma flows during solar grand minima phases
长期的太阳黑子观测和太阳活动重建显示，太阳偶尔会进入被称为太阳大极小期的静止阶段，在此期间的动态尚不清楚。我们使用一个在平均场和Babcock-Leighton极向场源项中具有随机波动的通量输运发电机模型来模拟太阳活动周期的变化。我们的长期模拟检测到在太阳大极小期的极性场逐渐衰减。虽然定期活动区出现停止，妥协的巴布科克-莱顿机制，弱磁活动继续在最低阶段持续的平均场$α$效应;令人惊讶的是，周期性极场振幅调制持续在这些阶段。模拟的极地通量时间序列的频谱分析表明，11年的周期变得不那么突出，而高频率的周期和22年左右的时期表现在大极小期发作。对长期太阳开放通量观测的分析似乎与这一发现一致。通过数值实验，我们表明，在极场和在盛大的极小事件的主导频率的周期性振幅调制的持久性是由的等离子体流的速度-这似乎是作为一个时钟。
2022-09-29 astro-ph.SR physics.space-ph
Large-scale dynamos in rapidly rotating plane layer convection
内容：对流驱动的流动在发电机过程中起着至关重要的作用，发电机过程是恒星和行星产生磁场活动的原因。为什么许多天体物理学上的磁场都有一个显著的大尺度分量，这一点仍然没有完全弄清楚。目的：我们的目的是研究可压缩对流在快速旋转的笛卡尔域的发电机性能，专注于一个参数制度，其中底层的流体动力学流动是已知的是不稳定的大规模涡不稳定。方法：数值求解三维非线性磁流体动力学（MHD）控制方程。不同的数值方案进行了比较，我们提出了一个可能的基准情况下，其他类似的代码。结果：与以前的相关研究一致，我们发现在这个参数区的对流可以驱动一个大规模的发电机。平均水平磁场的分量振荡，导致平均场的连续整体旋转。虽然大规模的旋涡不稳定性占主导地位的系统的早期演变，它被抑制的磁场，使一个可以忽略不计的平均电动势，负责驱动大型发电机。发电机的循环周期与欧姆衰减时间相当，对流系统中发电机的循环周期更长，更接近于开始。在这些特定的模拟中，只有当在上下边界处采用垂直磁场边界条件时，才发现大规模的发电机作用。强调制的大规模发电机被发现在较高的瑞利数，减少活动（“大极小”的事件）发生在瞬态阶段，其中大规模的漩涡暂时重新建立自己，然后再次被抑制的磁场。
2018-01-15 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the contribution of quiet Sun magnetism to solar irradiance variations: Constraints on quiet Sun variability and grand minimum scenarios
虽然平静的太阳磁场只显示出很小的变化与太阳周期，长期变化不能完全排除从第一原则。我们通过一系列小尺度发电机模拟研究了平静太阳磁场对光谱太阳辐照度的潜在影响，模拟中考虑了零垂直通量不平衡（$\langle B_z\rangle=0$）和不同水平的小尺度磁场强度，以及一个弱网络情况下，额外的通量不平衡对应于$\langle B_z\rangle=100$ G的通量密度。从这些设置中，我们计算的平均垂直磁场强度的光球在连续光学深度$τ=1$（$\langle \vert B_z\vert\rangle_{τ=1}$）的出射辐射能通量的依赖性。我们发现，一个安静的太阳设置的平均垂直磁场强度为$\langle \vert B_z\vert\rangle_{τ=1}=69$ G是约$0.6~\%$比非磁参考情况下更亮。我们发现出射辐射能通量与平均场强$\langle \vert B_z\vert\rangle_{τ=1}$成线性关系，其相对斜率为$1.4\cdot 10^{-4}$ G $^{-1}$。在这种灵敏度下，只有$10\%$对平静太阳场强的适度改变，才会导致与观测到的太阳周期变化相当的总太阳辐照度变化。虽然这确实对正常太阳周期期间可能的安静太阳变化提供了强有力的间接限制，但它也强调了较长时间尺度上的潜在变化可能对长期太阳辐照度变化做出重大贡献。
2020-04-03 astro-ph.SR
The Effect of "Rogue" Active Regions on the Solar Cycle
太阳活动周与周之间变化的起源是目前人们非常感兴趣的焦点。最近有人指出，具有非典型性质的大型活动区域可能对太阳活动的长期行为产生重大影响。我们调查这种可能性，更详细地使用最近开发的2 $\times$ 2D发电机模型的太阳磁周期。我们发现，即使是一个单一的“流氓”双极磁区（BMR）的模拟可以有一个重大的影响，进一步发展的太阳活动周期，提高或抑制随后的周期的振幅。在极端情况下，单个BMR可以完全停止发电机，触发最小值。流氓BMR也有可能在太阳周期中引起显着的半球不对称性。为了以更系统的方式研究流氓BMR的影响，进行了一系列发电机模拟，其中在不同幅度的周期的各个阶段在模型中手动引入大型测试BMR。在一个周期的上升阶段出现的BMR可以修改正在进行的周期的幅度，而在后期阶段出现的BMR只会影响后续周期。在这个模式中，对后续循环的最强影响发生在低纬度的流氓BMR出现在循环最大值附近，但BMR不需要严格的越赤道。从赤道延伸到$20^{\circ}$的活跃区域仍然会产生重大影响。我们证明了BMR的磁通量、倾斜角和极性分离对发电机的综合作用是通过它们对偶极矩$δD_{\mathrm{BMR}}$的贡献。我们的研究结果表明，预测的幅度，开始的时代和持续时间的一个周期需要一个准确的会计广泛的活跃地区出现在前一个周期。
2017-12-06 astro-ph.SR
Solar cyclic activity over the last millennium reconstructed from annual 14C data
11年的太阳活动周期是太阳活动的主要模式，反映了太阳的振荡发电机机制。自1700年以来，人们直接观测到了太阳活动周期，而间接的代用指标表明它们存在的时间要长得多，但通常没有解决个别周期及其连续性。在这里，我们使用最近的14 C数据和最先进的模型重建了上个千年的各个周期。从迄今为止最精确的树木年轮放射性碳含量测量确定的14 C产生率开始，太阳活动被重建在三个基于物理的步骤中：（1）根据变化的地磁场校正14 C产生率;（2）计算太阳的开放磁通量;（3）转换成太阳黑子数。重建了971-1900年期间（85个独立周期）的太阳活动。这比直接观测到的太阳活动周期多了一倍多。我们发现，在大极小期之外的明确定义的周期的长度和强度与1750年之后直接观测太阳黑子的结果一致。Waldmeier规则的有效性在一个非常显著的水平上得到证实。太阳活动被发现是在一个深盛大的最低时，活动大多低于太阳黑子形成阈值，在大约250年。因此，虽然在14 C中的相当大的周期变化，即使在大极小期也可以看到，但在那里很难可靠地解决单个太阳周期。三个潜在的太阳粒子事件。显示了公元994年、1052年和1279年。一个新的约1000年长的太阳活动重建，在年度（伪）太阳黑子数的形式与全面评估的不确定性，提出了基于新的高精度14 C测量和国家的最先进的模型，超过一倍的数量单独解决太阳周期。
2021-03-28 astro-ph.SR
Occurrence of high-speed solar wind streams over the Grand Modern Maximum
在太阳活动周的下降阶段，当来自低纬度的同号磁通量输送加强了太阳两极的新极性场时，极冕洞膨胀并形成向太阳赤道的非轴对称扩展。这些扩展增强了低纬度日球层中高速太阳风流（HSS）和相关同向旋转相互作用区域的出现，并导致近地空间中的中度、周期性地磁活动。在这里，使用一个新的定义地磁活动在高纬度（极冠）和最长的记录在极冠站的磁观测，我们计算的年度平均太阳风速度代理的有效年发生HSS在整个大现代极大（GMM）从20世纪20年代起。我们发现，一个时期的高年速度（频繁发生的HSS）发生在每个太阳活动周16-23的下降阶段。对于大多数周期，HSS活动在一年内明显最大化，这表明通常只有一次导致冠状孔延伸的强烈激活是HSS最大值的原因。我们发现，最持久的HSS活动发生在太阳活动周期18的下降阶段。这表明，周期19，这标志着太阳黑子最大的GMM期间，是由异常强大的极场之前，在以前的太阳黑子最小。这为太阳发电机理论在这一戏剧性的太阳磁性时期的有效性提供了有趣的支持。
2015-01-20 astro-ph.SR physics.space-ph
