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.     

磁暴数统计特性研究

Dst是一个表征磁暴强度的空间天气指数. 通过统计1957-2008年 发生的中等磁暴(-100<Dst≤ -50nT)和强磁暴(Dst ≤ -100nT)在太阳活动周上升年、极大年、下降年和极小年的时间分布情 况, 分析其随季节变化的统计特性, 进而讨论了引起磁暴的原因. 结果表明, 对于同一太阳活动周, 极大年地磁暴发生次数远大于极小年地磁暴的发生次数, 这与太阳黑子数的变化趋势是一致的; 通常太阳活动周强磁暴出现双峰结构, 而第23周中等磁暴出现双峰结构, 强磁暴则出现三峰结构, 这可能与1999 年强 磁暴发生次数异常少, 使1998年凸显出来的现象有关; 磁暴主要发生在分季, 随着Dst指数的增加, 磁暴发生次数明显增加.     

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.     

第23太阳活动周武汉站电离层TEC特征分析

利用武汉站(30.5°N, 114.4°E)1997年1月1日至2007年12月31日电离层TEC、太阳黑子数及地磁指数等资料, 分析了第23周武汉站TEC的周日变化、季节变化、半年变化以及与太阳活动的相关性等特征; 以2006年4月13-17日发生的磁暴为例, 讨论了武汉站TEC对磁暴的响应以及可能的机理. 结果表明,武汉站电离层TEC在太阳活动高、低年均呈典型的周日变化特征; 冬季异常和半年异常特征明显, 且受太阳活动强弱影响; TEC和太阳黑子数年均值相关系数为0.9611; TEC对磁暴的响应可能是由磁层穿透电场和中性风共同作用导致的, 具体影响机制有待深入研究.     

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。     

第23太阳活动周中等地磁暴行星际源的统计分析

统计了第23太阳活动周(1996--2006年)发生的183次中等强度地磁暴(-100 nT < Dst ≤ -50 nT)的行星际源,分析了中等磁暴的年分布状况以及引起中等磁暴的不同行星际结构在太阳活动周中的分布特征,同时,与强磁暴行星际源的分布状况做了对比分析,主要的统计分析结果如下. (1)共转相互作用区CIR与行星际日冕物质抛射ICME在中等磁暴中具有同等重要的作用,且在ICME中,具有磁云结构和非磁云结构的ICME在引起中等磁暴的能力方面也基本相同,但带有鞘层结构的ICME在引起中等磁暴中具有更重要的作用. (2)中等磁暴在极大年(2001年)和下降年(2003年)发生次数最多,与地磁活动的双峰年对应,在极小年(1996和2006年)发生次数最少,与地磁活动低年对应,在其他年份分布较平均. (3)中等磁暴在太阳活动极大年主要由ICME引起,在上升年和下降年CIR在其中起主要作用,且下降年基本是上升年的两倍,而对于强磁暴而言,ICME始终是最重要的行星际源.     

第24太阳活动周地球附近磁云与非磁云事件的统计分析

为研究第24太阳活动周中磁云（Magnetic Clouds,MC）与非磁云（Non-Magnetic Clouds,non-MC）的等离子体性质及其对空间天气的影响,使用1AU处的观测数据对2008-2015年168个ICME事件进行统计与分析,其中认证出磁云事件68个,占总数的40.48%.通过分析磁云与非磁云等离子体参数对空间天气环境的影响及与太阳活动的关系,整体性质的对比及在第23和24太阳活动周中性质的对比,可以发现：在第24太阳周中,磁云引起的磁暴强度普遍大于非磁云,南北向磁场分量是引起磁暴的重要参数;磁云数和太阳黑子数有很好的相关性,非磁云数与行星际日冕物质抛射总数及黑子数的相关性稍弱,磁云数在太阳周的不同阶段表现出不同的分布特性;磁云的磁场强度和南向磁场分量整体强于非磁云,两者质子温度、密度等参数差异不大.第24周磁云事件引起的地磁效应整体上弱于第23周磁云事件,这与第24周磁云事件最大南向磁场分量、传播速度以及质子温度整体小于第23周磁云事件有关.     

基于小波与交叉小波分析的太阳黑子与宇宙线相关性研究

利用小波分析和交叉小波分析方法, 根据太阳黑子数以及Huancayo和Climax两个测站的月均宇宙线数据, 分析了两个测站的月均宇宙线周期变化, 同时利用太阳黑子数R₁₂对Climax站宇宙线流量进行预测研究. 小波分析结果表明, 太阳黑子与宇宙线除存在显著的11年周期外, 太阳活动高年期间还存在1～6个月尺度的周期特性, 在第22太阳周活动高年时还出现了6～8和1～22个月的变化周期; 交叉小波分析结果表明, 在130个月左右的周期上宇宙线与太阳黑子具有显著的负相关性, 并且宇宙线的变化滞后太阳黑子约8个月; 分别采用预测时刻和8个月前的太阳黑子数, 预测相对误差为3.8912%和3.2386%. 本文方法同样适用于估算其他空间天气参量之间的周期和相关性, 提高各种空间天气参量的预测或预报精度.     

地磁急始年发生数周期特征的小波分析

采用小波分析方法分析了急始年发生数的时间序列的周期特征,并对急始发生数的特征与太阳黑子相对数的特征进行了简要的对照分析,分析结果表明,急始发生数的周期规律与太阳黑子相对数的周期规律是有差异的。还进行了太阳黑子相对数与急始数的相关性,太阳黑子相对数与急始磁暴的相关性研究,分析结果表明它们之间显著相关。还对急始数与急始磁暴数以及其他的一些参数之间的相关性进行了分析,最后对分析结果进行了讨论。     

第23周不同角宽CME的分布及与太阳黑子数位相的比较

统计分析了1996-2008年期间CME数量随角宽的分布, 将几个典型角宽的CME数量随时间变化的特征与太阳黑子数随时间变化特征进行比较. 分析结果表明, 角宽为0°～ 180°的CME占CME总数的95%以上, 全晕CME占2.83%, 角宽301°～ 359°的CME数量非常少. 角宽0° ～ 60°的CME有三个峰值, 与太阳黑子数随时间变化的特征不吻合. 角宽为121°～ 180°CME的数量无双峰分布. 全晕CME的分布具有明显的双峰结构, 第一个峰值出现在2001年, 第二个峰值出现在2005年, 与太阳黑子数的变化不同步.     

第21～24太阳周4类空间天气事件爆发特征统计分析

对第21～24太阳周不同等级的太阳X射线耀斑事件、太阳质子事件、地磁暴事件及高能电子增强事件的爆发频次特征进行统计,结果表明：太阳周耀斑爆发的总数量与该太阳周的黑子数峰值呈正比,耀斑总数、X级耀斑事件数与峰值的相关系数分别为0.974,0.997;太阳质子事件主要发生在峰年前后1～2年,约占总发生次数的80%,峰值通量大于10pfu （1 pfu=1 cm^-2·sr^-1·s^-1）的质子事件中,84%伴有耀斑爆发,并且主要伴随M或X级耀斑,少量伴随C级耀斑,峰值通量大于1000pfu的质子事件中,98%伴随M或X级耀斑,并且以X级耀斑为主;第21,22,23和24太阳周发生地磁暴最频繁的时间分别在1982,1991,2003年和2015年,分别滞后黑子数峰值时间3年、2年、2年和1年;72%的高能电子增强事件发生在太阳周下降期,24%的高能电子增强事件发生在太阳周上升期.     

Temporal variation and asymmetry of sunspot and solar plage types from 1930 to 1936

Using the recently converted to digital format heliophysics catalogues of the Ebro Observatory published in the 1930s, we analyse simultaneously the temporal variation and asymmetry of two different solar structures located at different layers of the solar atmosphere: sunspots and solar plages. In particular, we do the research for all the types of sunspots and plages, including the daily and relative frequencies over the solar cycle. The data were catalogued using the sunspot Cortie classification and a solar plage classification scheme proposed by the Ebro Observatory, which group the phenomena by size and shape. For all types of both sunspots and plages, we observe a decrease in their frequency up to the end of solar cycle 16 and an increase over the beginning of solar cycle 17. Furthermore, we note that small sunspot groups are more likely to happen than bigger groups, although single big spots dominate near the solar minimum. The daily frequency of solar plage occurrences shows that there is not a dominance of compact or scattered solar plages. The North-South occurrence distribution of every type in both sunspots and solar plages shows an asymmetry during the solar cycle: in its declining phase, such asymmetry is directed to the north, while in the beginning of a new cycle is directed to the south.     

Even–odd cycle parity in complexity of hemispheric sunspot activity

We have used the Lempel–Ziv measure to describe the complexity in sunspot activity during the solar cycles 18–23. In particular, we examined the time series of daily sunspot numbers in the northern and southern hemispheres in each of the six cycles and calculated the Lempel–Ziv complexity (LZC) value for each time series. Our results indicate that in the even cycles, the LZC values of the sunspot numbers in the two hemispheres are very close to each other, whereas in the odd cycles they differ significantly between the two hemispheres. We also find that within each hemisphere the LZC varies from cycle to cycle. This even–odd cycle parity reflects the variations in inter-hemispheric strengths of the solar magnetic field leading to different temporal distributions of sunspots in the two hemispheres. The degree of complexity may influence the predictability of sunspot activity in the two hemispheres during the various cycles. Although the physical implication of the results is not clear, these results may stimulate new ideas into modeling the complex dynamics of the solar dynamo.     

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.     

Statistical analysis of the occurrence rate of geomagnetic storms during solar cycles 20–24

This study examines the occurrences rate of geomagnetic storms during the solar cycles (SCs) 20–24. It also investigates the solar sources at SCs 23 and 24. The Disturbed storm time (Dst) and Sunspot Number (SSN) data were used in the study. The study establishes that the magnitude of the rate of occurrences of geomagnetic storms is higher (lower) at the descending phases (minimum phases) of solar cycle. It as well reveals that severe and extreme geomagnetic storms (Dst < -250 nT) seldom occur at low solar activity but at very high solar activity and are mostly associated with coronal mass ejections (CMEs) when occurred. Storms caused by CME + CH-HSSW are more prominent during the descending phase than any other phase of the solar cycle. Solar minimum features more CH-HSSW- associated storms than any other phase. It was also revealed that all high intensity geomagnetic storms (strong, severe and extreme) are mostly associated with CMEs. However, CH-HSSW can occasionally generate strong storms during solar minimum. The results have proven that CMEs are the leading cause of geomagnetic storms at the ascending, maximum and the descending phases of the cycles 23 and 24 followed by CME + CH-HSSW. The results from this study indicate that the rate of occurrence of geomagnetic storms could be predicted in SC phases.     

Solar terrestrial effects of two distinct types

The occurrence frequencies or fluxes of most of the solar phenomena show a 11-year cycle like that of sunspots. However, the average characteristics of these phenomena may not show a 11-year cycle. Among the terrestrial parameters, some related directly to the occurrence frequencies of solar phenomena (for example, ionospheric number densities related to solar EUV fluxes which show 11-year cycle like sunspots) show 11-year cycles, including the double-peak structures near sunspot maxima. Other terrestrial parameters related to average characteristics may not show 11-year sunspot cycles. For example, long-term geomagnetic activity (Ap or Dst indices) is related to the average interplanetary solar wind speed V and the total magnetic field B. The average values of V depend not on the occurrence frequency of ICMEs and/or CIRs as such, but on the relative proportion of slow and high-speed events in them. Hence, V values (and Ap values) in any year could be low, normal or high irrespective of the phase of the 11-year cycle, except that during sunspot minimum, V (and Ap) values are also low. However, 2–3 years after the solar minimum (well before sunspot maximum), V values increase, oscillate near a high level for several years, and may even increase further during the declining phase of sunspot activity, due to increased influence of high-speed CIRs (corotating interplanetary regions). Thus, Ap would have no fixed relationship with sunspot activity. If some terrestrial parameter shows a 11-year cycle, chances are that the solar connection is through the occurrence frequencies (and not average characteristics) of some solar parameter.     

1986年2月太阳的高活动I活动区4711的演化和特征

本文使用太阳黑子、磁场、Hα色球、10.7cm射电及软X射线流量等观测资料,对太阳活动谷期的高活动区4711(SESC编号)从光球、色球和日冕三个方面做了综述.指出该活动区演化过程的特征是:(1)黑子群在主要发展阶段呈一个紧密的结构复杂的强磁区;(2)两次大的太阳爆发均发生在黑子群面积衰减阶段的初期;(3)黑子群的转动可能是活动区日冕加热和耀斑活动的主要供能机制;(4)色球暗条的频繁活动是爆发的先兆;(5) 10.7cm射电辐射和软X射线辐射的逐日流量有彼此不重合的双峰.     

SMY和第21太阳周期间地磁及太阳活动特点的分析

本文比较第17—21太阳周黑子数、地磁A_p指数、各周极大年≥2级耀斑数、磁暴数及第一、二、三大磁暴情况;分析了≥2级耀斑数及磁暴的分布。21周3级耀斑对应磁暴比例低于19、20周,Ⅳ型及米波射电爆发是产生磁暴的重要条件。进一步分析了21周最大磁暴、最大射电爆发引起的磁暴,最严重的电离层短波通讯干扰及有明亮物质抛射的大耀斑、双带大耀斑引起的磁暴等典型例子。最后对SMY期间22个无黑子耀斑作了分析,它们可能引起中小幅度的磁暴。