[論文レビュー] Does the current minimum validate (or invalidate) cycle prediction methods?

David H. Hathaway|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、太陽黒spot周期24の前に、地球磁気予備要因、極磁場、フラックス輸送ダイナモモデルを用いた太陽活動周期の予測手法の妥当性を評価する。地球磁気および極磁場の予備要因は、周期24が弱いことを正しく予測しているが、循環流れの仮定が一貫していないため、ダイナモモデルは失敗しており、周期予測にはまだ信頼できないことが示唆される。

ABSTRACT

This deep, extended solar minimum and the slow start to Cycle 24 strongly suggest that Cycle 24 will be a small cycle. A wide array of solar cycle prediction techniques have been applied to predicting the amplitude of Cycle 24 with widely different results. Current conditions and new observations indicate that some highly regarded techniques now appear to have doubtful utility. Geomagnetic precursors have been reliable in the past and can be tested with 12 cycles of data. Of the three primary geomagnetic precursors only one (the minimum level of geomagnetic activity) suggests a small cycle. The Sun's polar field strength has also been used to successfully predict the last three cycles. The current weak polar fields are indicative of a small cycle. For the first time, dynamo models have been used to predict the size of a solar cycle but with opposite predictions depending on the model and the data assimilation. However, new measurements of the surface meridional flow indicate that the flow was substantially faster on the approach to Cycle 24 minimum than at Cycle 23 minimum. In both dynamo predictions a faster meridional flow should have given a shorter cycle 23 with stronger polar fields. This suggests that these dynamo models are not yet ready for solar cycle prediction.

研究の動機と目的

• 太陽活動周期24に先行する長期間にわたる深い最小期を踏まえて、現在の太陽活動周期予測技術の信頼性を評価すること。
• 地球磁気予備要因や極磁場強度といった既存の手法が、弱い周期に対して有効に機能するかどうかを評価すること。
• 表面循環流れの変動を観測データと照らし合わせて、フラックス輸送ダイナモモデルの予測能力を検証すること。
• モデルの予測と観測された周期行動との乖離が、現在のダイナモモデルの手法的欠陥を示唆するかどうかを検討すること。
• 現在の予測ツールが太陽活動周期の振幅を予測するために運用的に使用可能かどうかを結論づけること。

提案手法

• オールの地球磁気予備要因法を用い、次の周期の振幅と最小期の平滑化されたaa指数の相関を分析する。
• 極磁場予備要因法を適用し、ウィルコックス太陽観測所が測定した極磁場強度を用いて周期24の振幅を予測する。
• 歴史的 sunspot データを統合して太陽ダイナモをシミュレートし、周期強度を予測するフラックス輸送ダイナモモデルを評価する。
• SOHO/MDIのフルディスク磁気計画画像から得られた表面循環流れ速度の新しい測定値を組み込み、モデルの整合性を評価する。
• モデルの予測を観測された周期行動と比較し、特に周期23の長期間にわたる特徴と弱い極磁場に注目する。
• 過去の周期にさかのぼって、最小期前のデータを用いて予測手法の安定性と正確性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オールの地球磁気予備要因、特に最小期の平滑化されたaa指数は、太陽活動周期24の振幅を信頼性を持って予測できるか？
• RQ2 太陽最小期における極磁場強度の測定値は、その後の周期の強度をどの程度正確に予測できるか？
• RQ3 循環流れ速度に関する仮定に基づいて、フラックス輸送ダイナモモデルは周期24をどの程度正確に予測できるか？
• RQ4 同じ入力データをもとにしても、なぜダイナモモデルが周期24について矛盾した予測を出すのか？
• RQ5 表面循環流れ速度の観測された変動は、現在のダイナモベースの予測モデルを無効にするのか？

主な発見

• オールの地球磁気予備要因は、最小期の平滑化されたaa指数に基づき、周期24の振幅が約75と弱い周期であると予測しており、観測データと整合的である。
• ウィルコックス太陽観測所の極磁場強度測定値は、2004年以降、一貫して弱い磁場が継続しており、周期24の振幅が78±8と予測されることを支持している。
• ディクパティらのフラックス輸送ダイナモモデルは強い周期24（振幅160–180）を予測したが、チャウドフリらのモデルは弱い周期（振幅約80）を予測しており、モデル依存性が顕著に現れている。
• 新しい測定値は、周期23の下降期に表面循環流れが周期23の最小期よりも顕著に速く流れていたことを示しており、ダイナモモデルの仮定と矛盾する。
• 速い循環流れであれば、より強い極磁場と短く強い周期23が生じるべきだが、実際には周期23は長く弱く、これは現在のダイナモモデルを無効にしている。
• 本論文は、フラックス輸送ダイナモモデルはまだ運用的な太陽活動周期予測には使用できないと結論づける。これは、観測された流れのダイナミクスと整合性がないためである。