从地磁扰动分析太阳共转周期结构

本文运用相关、功率谱等数字信号处理方法对20周太阳风速度和地磁扰动进行比较,得出两者反映的太阳共转周期结构十分相似.且用1900—1979年的地磁C₉指数进行了自相关分析,发现在相当长的时间中,地磁扰动存在13天、27天的周期成份,说明日冕上可能具有某种固有的分布结构,通过不同的太阳活动周的比较,说明太阳活动水平及黑子面积南北半球不对称都对地磁C₉指数能否明显反映日冕上固有分布结构的活动和发展有影响.      

太阳F10.7指数准27天振荡的小波分析

利用1956-2003年的F10.7日均值数据,采用Morlet小波变换方法,分析了准27天振荡的特征及与太阳活动11年周期(Schwabe周期)的关系.结果表明,F10.7的准27天振荡的幅度和周期存在明显的短期变化现象,不同年里变化的程度差别很大,有些年里起伏非常剧烈,在几天到几十天的很短时间里,幅度变化达十几倍,周期可变化数天,甚至发生十几天的突变;有些年里,幅度变化很大但起伏很小,周期也比较稳定.准27天振荡的年平均幅度存在明显的逐年变化,与太阳活动显著相关.一般说来,F10.7越高,准27天振荡的幅度就越大,然而在太阳活动19周峰年,F10.7比其他活动周的值都高,但准27天振荡的幅度却比其他活动周低.准27天振荡的周期也有明显的逐年变化,除了个别年(如1987年),年平均周期在24至31天之间变化,与太阳活动周期没有明显的关系.48年的平均周期为27.3天.从总体看,周期有逐渐缩短的趋势,48年里周期大约减少了1.5天.造成准27天振荡起伏的因素非常复杂,有待深入研究.      

用BP神经网络预报太阳活动第23周的黑子数

本文设计、训练和利用BP神经网络,对1750年以来的各太阳活动周上升段和下降段太阳黑子数的变化数据进行了分类和模式识别,得到各太阳活动周上升周期及其上升期间太阳黑子数平滑月均值相当好的模拟结果;在此基础上获得较好的太阳活动第22周上升周期及太阳黑子数的最大平滑月均值预报结果;还作出太阳活动第23周的上升周期及太阳黑子数的最大平滑月均值的预报结果.      

太阳活动变化分析

利用Morlet小波变换方法对太阳黑子相对数进行了分析,对太阳活动变化得出了一些有意义的结果.太阳活动存在10.7 a和101 a的变化周期,以10.7 a周期最为显著.太阳活动强弱变化存在一定的阶段性,在1950年发生了气候突变,之后太阳活动明显加强,未来一段时间太阳活动较弱.      

太阳活动与热层大气密度的相关性研究

为分析太阳活动对热层大气的影响,使用250km,400km,550km高度处热层大气密度与太阳F_10.7指数数据,研究了二者的周期变化及相关关系. 结果表明,热层大气密度的变化与太阳活动呈现相似的变化趋势;两者均具有显著的27天及11年周期变化特征,热层大气密度还存在7～11天及0.5年和1年的变化特征,且高度越高越明显;热层大气密度对太阳活动的最佳响应滞后为3天,无论何种地磁活动水平下,400km高度处相关性高于250km,550km处相关性最小,且太阳活动下降相期间高于上升相;250km,400km和550km高度处热层大气密度和太阳活动的统计结果分别为饱和、线性和放大关系;高度越高的热层大气密度对太阳活动响应越敏感.      

太阳黑子数及Ap指数周期变化特征的小波分析

应用Morlet小波变换方法从多个变化尺度上对1932—2000年的太阳黑子数及Ap指数的变化特征进行分析．(1)太阳黑子数存在准11年、准32年的周期变化特征及Ap指数存在准32年、准11年、准6个月、准27天和准13．9天的周期变化特征；(2)太阳黑子数及Ap指数有着相似的准11年周期变化，但Ap指数极值的出现要比太阳黑子数极值出现滞后1—2年；(3)Ap指数准27天的周期变化在太阳黑子活动高、低年不同，在太阳活动低年，Ap指数有着较稳定的准27天周期变化，但在太阳活动高年，27天的周期变化几乎消失，这种周期变化的消失和出现时间可在Morlet小波变换图中体现出来。     

利用EMD方法提取太阳活动周期成分

EMD(经验模态分解)方法在处理非线性及非平稳时间序列时表现出了很大的优势和应用潜力.利用EMD方法研究太阳活动周期,对110年(1894-2003)和55年(1949-2003)的太阳黑子数月均值进行分解,分别得到一系列模式和一个趋势项,其中都可能包含有1.3至1.4年周期分量,25至30个月QBO(准双年振荡)分量,11年太阳周分量和22年Hale周分量.其中11年周期分量幅度最大,变化特征与太阳黑子数原始数据具有很高的相似性.不同于传统方法,EMD方法给出了太阳活动在不同时间尺度上各自分离的变化特征.      

电离层N_mF_2的准27天变化

利用1969-1980年期间东亚和澳大利亚扇区不同地磁纬度11个台站的电离层垂直探测数据,采用带通滤波的方法,分析了白天NmF2的准27天变化特征及其与太阳活动指数F10.7的相关关系.结果表明,在大多数年里,太阳活动指数F10.7和NmF2的短周期(2～70天)频谱中,27天周期附近都出现明显的极大值;在27天波段,F10.7和NmF2的标准偏差有逐年变化特征,F10.7的平均标准偏差为10.9%,NmF2 的标准偏差随地磁纬度变化,赤道地区最小,纬度越高标准偏差越大,11个站的平均标准偏差为8.2%;在27天波段,NmF2与F10.7存在显著的相关,在0.05的显著水平下,显著相关的概率在90%以上;NmF2相对于F10.7的准27天变化平均滞后2天左右;从总体上看,太阳EUV辐射的准27天变化是造成NmF2准27天变化的主要原因.     

奇异谱分析在太阳10.7cm射电流量中期预测中的应用

首次尝试利用信号处理技术奇异谱分析方法预测太阳活动低年未来27天太阳10．7cm射电流量．选取的预报试验时间段是2004年4月30日至5月30日,此试验期内太阳活动水平相对较低．在样本时间序列的构建上,吸取了相似周数据分析思路,采取的是23周实时观测数据与其相似周第20周下降年部分数据相结合的方式,既增加了样本长度又避开了太阳活动的活跃期．这31天的预报试验结果表明,大部分情况下,预报值基本上体现出F10．7的变化趋势,平均相对误差为10．5％;比同时期美国空军预测值的平均相对误差小,前者为11．3％,后者为14．6％;除两天外,SSA每一次27天的预报结果的平均相对误差比美国空军(AAF)的要小;对不同的时间提前量而言,AAF提前1天到提前12天的预报准确性较奇异谱分析方法要高,即AAF较短期的预报效果更好．     

基于CHAMP卫星观测数据对热层大气密度的经验正交分析

对2003年(太阳活动较高年)至2007年(太阳活动低年) CHAMP卫星的热层大气密度观测数据进行了经验正交函数(EOF)分析, 得到了400 km高度上白天平均大气密度ρ的太阳活动周变化与年度变化等不同变化分量. 研究结果表明, ρ受太阳活动影响较大, 其太阳周变化分量与F10.7指数变化之间的相关系数可高达94.5 %; ρ的太阳周变化分量随纬度增加而减小, 且在中高纬地区, 南半球的值明显大于北半球的值, 在低纬地区则出现基本对称的双峰分布, 即赤道质量密度异常(EMA)结构. 在ρ的年变化中, 呈现出明显的季节变化, 即夏季低冬季高; 同时ρ的年变化幅度随太阳活动增加而增强, 随纬度增加而增强. 将本文结果与经验模式NRLMSISE00在观测条件下的输出数据进行对比, 发现两者的太阳周变化与年变化分量基本一致, 但本文观测数据的太阳周成分随纬度变化略小, 年变化幅度略大, 且NRLMSISE00模式不能再现EMA结构. 研究结果对揭示热层气候学变化特征具有重要意义.      

日球参数的卡林顿共转变化(Ⅱ)——在第20太阳活动周中的演变

本文统计分析了日球基本参数及能量参数的共转变化在第20太阳周中不同位相的演变。太阳风速度由上升年的单峰经历极大年的多峰演变为下降及极小年的稳定双峰。密度变化自极大年起即具有双峰特征。在上升及下降年速度变化不明显,但密度和流密度存在明显增高的共转压缩扰动。      

Solar wind turbulence during the solar cycle deduced from Galileo coronal radio-sounding experiments

Seven coronal radio-sounding campaigns were carried out during the active lifetime of the Galileo spacecraft in the years 1994–2002. The observational data analyzed in the present work are S-band frequency fluctuation measurements recorded during the solar conjunctions at different phases of solar activity cycle #23, specifically: periods near solar maximum (three conjunctions), near solar minimum (three conjunctions) and during the ascending phase (one conjunction). These data are all applicable to low heliographic latitudes, i.e. to the slow solar wind. The rms frequency fluctuation and power-law index of the frequency fluctuation temporal spectra are determined as a function of heliocentric distance. The turbulence power spectrum tends to be flatter inside ca. 20 solar radii during all phases of the solar cycle. This coincides with a transition in the flow from the inner acceleration region to the outer region of constant velocity. The radial falloff rate and absolute level of the rms frequency fluctuation are essentially invariant over the solar cycle.     

中等磁暴太阳周分布的统计研究

依据实际观测的中等磁暴数据,统计分析了中等磁暴的太阳周分布.分析结果表明,在一个太阳活动周内,每年中等磁暴随时间的变化出现多个峰值,其中,最大峰值均出现在太阳活动周的下降段,即中等磁暴的峰值比太阳黑子数平滑年均值的峰值要滞后,滞后的时间为2～3年.超过70%的中等磁暴出现在太阳活动周的下降段,这表明绝大多数中等磁暴出现在太阳活动周的下降段.通过对中等磁暴平滑月均值与太阳黑子数平滑月均值相位差的计算分析发现,中等磁暴峰值出现的时间比太阳黑子数峰值出现的时间要滞后,不同太阳活动周中等磁暴峰值出现的时间与太阳黑子数峰值时间滞后的程度不同.      

Intermediate-term periodicities in relativistic solar electron fluences during solar cycles 22 and 23

In this paper, we have investigated the intermediate-term periodicities of the relativistic (E > 10 MeV) solar electron flares measured by IMP-8 satellite of NASA for the time period of 1986–2001. This period of investigation includes the entire solar cycle 22; ascending, maximum and a part of descending phase of the current solar cycle 23. To determine accurately the occurrence rate of electron flux, we have employed three different spectral decomposition techniques, viz. fast Fourier transformation (FFT); maximum entropy method (MEM) and Lomb–Scargle periodogram analysis method. For solar cycle 22, in the low frequency range, power spectrum analysis exhibits statistically significant periodicities at ∼706, ∼504 and ∼392 days. In the intermediate frequency range, we have found a series of significant periodicities ∼294, ∼221, ∼153, ∼86, ∼73 and ∼66 days. For short term, periodicities of ∼21–23, ∼31 and ∼37 days were found in power spectrum. When solar cycle 23 is considered the significant periodicities are ∼20, ∼23, ∼29, ∼39, ∼54, ∼63, ∼118, ∼133 and ∼154 days. These results provide evidence that the best known Rieger period (∼153 days), appeared in the high energetic electron flux data for cycle 22 and also likely during maxima of cycle 23. The existence of these periodicities has been discussed in the light of earlier results.     

Relative ion Fe,C and O abundances in quiet time particle fluxes in the 23 SC

Using ACE and SOHO data the origin of quiet-time low-energy particle fluxes at 1 AU is studied in the 23rd solar cycle. One of the selection criteria of quiet-time periods is to demand that H/He < 10 provided that periods with noticeable contribution of remnants of gradual events have been excluded from consideration. Our results suggest different origin of 0.03–3 MeV/nucleon particles – different seed populations accelerated and different acceleration processes. During the ascending, maximum and descending phases of solar activity quiet-time ions consist of coronal particles accelerated to suprathermal energies in about a half of the quiet periods, the rest of quiet-time fluxes originates from particle acceleration in processes similar to those in small impulsive solar flares rich in Fe. At solar minimum the bulk solar wind particles serve as seed population.     

Essential features of long-term changes of areas and diameters of sunspot groups in solar activity cycles 12–24

We analyze the Greenwich catalog data on areas of sunspot groups of last thirteen solar cycles. Various parameters of sunspots are considered, namely: average monthly smoothed areas, maximum area for each year and equivalent diameters of groups of sunspots. The first parameter shows an exceptional power of the 19th cycle of solar activity, which appears here more contrastively than in the numbers of spots (that is, in Wolf’s numbers). It was found that in the maximum areas of sunspot groups for a year there is a unique phenomenon: a short and high jump in the 18th cycle (in 1946–1947) that has no analogues in other cycles. We also studied the integral distributions for equivalent diameters and found the following: (a) the average value of the index of power-law approximation is 5.4 for the last 13 cycles and (b) there is reliable evidence of Hale's double cycle (about 44?years). Since this indicator reflects the dispersion of sunspot group diameters, the results obtained show that the convective zone of the Sun generates embryos of active regions in different statistical regimes which change with a cycle of about 44?years.     

利用相似周方法预测第24活动周开始时间

利用相似周方法对第24活动周的开始时间与第23活动周下降相后期的太阳黑子数进行了预报.根据第23周已经出现的特征参量和下降相的形态特征,选取9,10,11,15,17和20等六个太阳活动周作为第23周下降相的相似周,对第24周开始时间进行预报.预报结果显示,第24活动周的开始时间为2007年5±1月,黑子数平滑月均极小值为7.1±2.6,第23太阳活动周长度为11.1年.与其他研究者的预报结果相比较,本文给出的结果与文献[11]和[12]及MSFC的结果比较一致.通过对相似周方法在下降相预测太阳活动周结束时间的研究讨论,及对第23周上升阶段的太阳黑子数和F10.7平滑月均值预报结果的评估,可以看出,相似周预报方法在太阳活动周长期预报中是很有应用价值的.      

Solar variability for periods of days to months

The time series of total solar irradiance determinations from ACRIM on the Solar Maximum Mission satellite (SMM) of 270 days and from the ERB experiment on NIMBUS 7 of 1445 days are analysed for periods greater than a few days. Comparison of the spectra of both with the spectrum of projected sunspot area over the corresponding time periods show high coherence for periods of 7 to about 25 days and for periods longer than about 30 to 35 days. In the vicinity and at the 27-day rotational period of the Sun, however, the coherence between sunspot area and irradiance is small, although both spectra show significant power at and around this period. This means that there is a signal in the irradiance which cannot be due to the sunspot area and the assumption of a straight forward sunspot blocking seems to be over simplified. This irradiance signal at 27 days has an amplitude of about ±0.012 per cent and is an enhancement.