[論文レビュー] Polar Field Correction for HMI Line-of-Sight Synoptic Data

Xudong Sun|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2018

Distributed and Parallel Computing Systems被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、HMIの視線方向の全スクリーンおよび同期太陽磁気計測データにおける欠落または低品質な極磁場を補正するための空間的・時間的補間手法を提示する。最大極面視認幾何形状における年間基準観測を用い、5次チェビシェフ多項式フィッティングと線形時間補間を適用することで、極磁場推定値を改善し、75°以上の緯度でルート平均二乗誤差を0.73–0.99 Gに低減させ、62°–75°緯度における1.21倍のスケーリング係数を用いて将来の極磁場を信頼性高く外挿可能にする。

ABSTRACT

This document provides some technical notes on the polar field correction scheme for the HMI synoptic maps and daily updated synchronic frames. It is intended as a reference for the new data products and for some minor updates on our previous scheme for MDI (Sun et al. 2011).

研究の動機と目的

• 太陽極付近での視線観測の制限により生じるHMI極磁場測定値の系統的かつ低減とノイズの問題に対処すること。
• 太陽の自転と観測幾何形状を考慮した、HMI全スクリーンマップおよび毎日の同期フレームに対して一貫性があり物理的に妥当な補正スキームを構築すること。
• 歴史的データを用いて、将来的な極磁場強度を信頼性高く外挿可能にするために、空間Weathe予測および太陽周期予測モデルの改善を図ること。
• 最大極面視認における基準観測を用いた相互機器比較により、MDIおよびHMIデータにおける潜在的バイアスを是正すること。
• 新規観測が利用可能になるにつれて進化するタイムスタンプ付きの補正データベースを提供し、時間経過に伴うデータの一貫性を保証すること。

提案手法

• 北極は9月6日02:00 UTC、南極は3月8日02:00 UTCに最大極面視認幾何形状の最良観測データを用いて、毎年極磁場データベースを構築する。
• 全カーリングトン回転全スクリーンマップから60°以上の緯度の極領域を抽出し、カーリングトン経度180°を1800列目に合わせて回転させる。
• データをステレオグラフィック極座標に再投影し、5次チェビシェフ多項式を用いて滑らかに補間・補間し、元の円柱等積（CEA）座標系に再投影する。
• 全スクリーンマップまたは同期フレームごとに、対応する極の2つの最近接データベース記録（T₀ ≤ T ≤ T₁）間で線形時間補間を適用する。
• 補正は75°以上の緯度のピクセルにのみ適用され、元の値が補間された値に置き換えられ、ノイズ低減とデータギャップの埋め埋めが行われる。
• 前方外挿モデルでは、年Nにおける62°–75°緯度の平均磁場値を1.21倍のスケーリング係数として用い、年N+1における75°以上緯度の平均磁場を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 視線観測の制限により生じるHMI全スクリーンおよび同期マップにおける極磁場データの欠落またはノイズを、どのように系統的に補正できるか？
• RQ2 最大視認幾何形状における基準観測を用いた場合、時間的・空間的補間の最適な手法は何か？
• RQ3 時間補間スキームは、特に高傾きおよびデータ欠落が生じる時期において、真の極磁場の変化をどれほど正確に再構築できるか？
• RQ4 現在の観測値から、将来的な極磁場強度を外挿可能にする一貫性のあるスケーリング係数を導出可能か？これは太陽周期予測の改善に寄与するか？
• RQ5 MDIおよびHMIの極磁場測定値にはどのようなバイアスが存在するか？相互機器比較を用いてそれらを是正できるか？

主な発見

• 全スクリーンマップにおいて、75°以上の緯度で補正済みと生データHMI間のルート平均二乗（rms）差は、北極で0.73 G、南極で0.98 Gであった。
• 毎日の同期フレームでは、rms誤差は北極で0.70 G、南極で0.99 Gであったが、極が地球から離れて傾いている場合（b ≤ -5°）には、北極で1.34 Gに顕著に増加した。
• 補正済み極磁場値は、直接測定された磁気計測値とよく一致しており、本手法の正確性が裏付けられた。
• 62°–75°緯度における平均磁場値を1.21倍のスケーリング係数として用いた前方外挿モデルは、将来の極磁場を1.00 Gのrms誤差で予測でき、2000年、2004年、2016年の外れ値は急激な磁場変化に起因する。
• 補正済みHMIデータにおける南極磁場は、生データよりもわずかに強く見えるが、これは2017年3月の基準記録における過大評価に起因する可能性がある。
• 2017年12月時点で、北極の補正は2017年9月まで、南極の補正は2017年3月までが確定的であり、それ以降のデータは一時的で、更新の対象となる。