[논문 리뷰] Prediction of future fifteen solar cycles

K. M. Hiremath|ArXiv.org|2007. 04. 11.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 1755–1996년 동안의 22개의 역사적 태양활동주기를 기반으로 태양활동주기를 강제되고 감쇠하는 조화진동자로 모델링하며, 향후 15개의 태양활동주기의 진폭과 주기를 예측하기 위해 자기회귀모델을 적용한다. 주요 결과로는 주기 24의 예측 진폭이 110 ± 11로 낮게 예측되며, 2089–2100년 사이에 매우 낮은 태양흑점 활동이 예측된다. 또한 주기 26, 27, 34, 37, 38에서는 높은 활동성이 기대된다.

ABSTRACT

In the previous study (Hiremath 2006a), the solar cycle is modeled as a forced and damped harmonic oscillator and from all the 22 cycles (1755-1996), long-term amplitudes, frequencies, phases and decay factor are obtained. Using these physical parameters of the previous 22 solar cycles and by an {\em autoregressive model}, we predict the amplitude and period of the future fifteen solar cycles. Predicted amplitude of the present solar cycle (23) matches very well with the observations. The period of the present cycle is found to be 11.73 years. With these encouraging results, we also predict the profiles of future 15 solar cycles. Important predictions are : (i) the period and amplitude of the cycle 24 are 9.34 years and 110 ($\pm 11$), (ii) the period and amplitude of the cycle 25 are 12.49 years and 110 ($\pm$ 11), (iii) during the cycles 26 (2030-2042 AD), 27 (2042-2054 AD), 34 (2118-2127 AD), 37 (2152-2163 AD) and 38 (2163-2176 AD), the sun might experience a very high sunspot activity, (iv) the sun might also experience a very low (around 60) sunspot activity during cycle 31 (2089-2100 AD) and, (v) length of the solar cycles vary from 8.65 yrs for the cycle 33 to maximum of 13.07 yrs for the cycle 35.

연구 동기 및 목표

• 역사적 자료를 바탕으로 한 물리모델을 사용하여 주기 23 이후의 향후 태양활동주기의 진폭과 주기를 예측하는 것.
• 일반적으로 예측되는 진폭 외에 주기의 예측에 대한 격차를 해소하는 것.
• 관측된 주기 23의 진폭과 주기를 비교하여 모델을 검증하는 것. 이는 예측과 매우 유사한 결과를 보임.
• 향후 200년간의 장기적 태양활동 추세를 탐색하며, 극도로 높거나 낮은 활동 단계를 포함함.

제안 방법

• 태양활동주기를 강제되고 감쇠하는 조화진동자로 모델링하고, 정현파 성분과 일시적 성분을 분리하는 것.
• 1755–1996년 동안의 22개의 역사적 태양활동주기에서 물리적 매개변수인 진폭, 주파수, 위상, 감쇠 인자를 추출하는 것.
• 진동자의 정현파 성분만을 사용하여 향후 주기의 진폭과 주기를 예측하는 것.
• 22개 주기의 정적 물리적 매개변수에 제P차 자기회귀모델을 적용하여 향후 매개변수를 예측하는 것.
• 예측된 진폭과 주기를 사용하여 향후 태양활동주기를 재구성하며, 입력 데이터의 정적 성질을 유지하는 것.
• 예측된 주기 23와 관측된 자료를 비교하여 모델의 정확성을 검증하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 과거 주기들의 조화진동자 모델에 기반하여 태양활동주기 24의 예측 진폭과 주기는 무엇인가?
• RQ2 향후 어떤 태양활동주기에서 매우 높은 흑점 활동이 나타나며, 그 시기는 언제인가?
• RQ3 매우 낮은 흑점 활동이 장기간 지속될 것인가? 만약 그렇다면 어느 주기와 시기인가?
• RQ4 향후 태양활동주기의 길이는 어떻게 변할 것인가? 그리고 예측된 주기 기간의 범위는 무엇인가?
• RQ5 과거 주기의 정적 물리적 매개변수에 적용된 자기회귀모델이 향후 태양활동주기의 특징을 신뢰성 있게 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 태양활동주기 24의 예측 진폭은 110 ± 11로, 주기 23의 진폭보다 낮고 다른 예측 모델들의 평균과 유사하다.
• 태양활동주기 24의 주기는 9.34년으로 예측되며, 주기 23의 11.73년보다 현저히 짧다.
• 태양활동주기 31(2089–2100년)은 매우 낮은 흑점 활동을 보일 것으로 예측되며, 최대 흑점 수는 약 60이다.
• 매우 높은 흑점 활동은 주기 26(2030–2042), 27(2042–2054), 34(2118–2127), 37(2152–2163), 38(2163–2176)에 예측되어 극도로 활동적인 단계임을 시사한다.
• 태양활동주기의 길이는 최소 8.65년(주기 33)에서 최대 13.07년(주기 35)까지 변동하며, 주기 기간의 상당한 변동성을 보인다.
• 모델은 주기 23를 매우 높은 정확도로 재구성하여 향후 주기 예측 능력의 타당성을 검증하였다.