[論文レビュー] On the Sunspot Group Number Reconstruction: The Backbone Method Revisited

Leif Svalgaard, Kenneth H. Schatten|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2017

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Svalgaard & Schatten (2016) のグループ sunspot 数再構築法に対して、最近の批判を反論し、バックボーン法が1794年から1996年までの間、ダブルチェーンなしで信頼性があり誤差のない系列を生成することを示している。地球磁気データ、宇宙線記録、観測者的一致性を用いて系列を検証し、高太陽活動下では「活動日割合」（ADF）のような代替手法が機能しないことを示している。

ABSTRACT

We discuss recent papers very critical of our Group Sunspot Number Series (Svalgaard & Schatten [2016]). Unfortunately, we cannot support any of the concerns they raise. We first show that almost always there is simple proportionality between the group counts by different observers and that taking the small, occasional, non-linearities into account makes very little difference. Among other examples: we verify that the RGO group count was drifting the first twenty years of observations. We then show that our group count matches the diurnal variation of the geomagnetic field with high fidelity, and that the heliospheric magnetic field derived from geomagnetic data is consistent with our group number series. We evaluate the 'correction matrix' approach [Usoskin et al. 2016] and show that it fails to reproduce the observational data. We clarify the notion of daisy-chaining and point out that our group number series has no daisy-chaining for the period 1794-1996 and therefore no accumulation of errors over that span. We compare with the cosmic ray record for the last 400+ years and find good agreement. We note that the Active Day Fraction method (of Usoskin et al.) has the fundamental problem that at sunspot maximum, every day is an 'active day' so ADF is nearly always unity and thus does not carry information about the statistics of high solar activity. This 'information shadow' occurs for even moderate group numbers and thus need to be extrapolated to higher activity. The ADF method also fails for 'equivalent observers' who should register the same group counts, but do not. We conclude that the criticism of Svalgaard & Schatten [2016] is invalid and detrimental to progress in the important field of long-term variation of solar activity.

研究の動機と目的

• Svalgaard & Schatten (2016) のグループ sunspot 数系列に対する最近の批判に反論すること。
• バックボーン法が1794年から1996年までの間、ダブルチェーンなしで一貫性があり誤差のない再構築を可能にすることを示すこと。
• 地球磁気場の変動や宇宙線記録といった独立したデータソースを用いて、群数系列を検証すること。
• 他の研究者らが提唱した「補正行列」と「活動日割合」（ADF）手法に内在する根本的な欠陥を暴露すること。
• 長期的な太陽活動再構築における観測者割合の比例性と誤差蓄積に関する誤解を解き明かすこと。

提案手法

• 観測者間の比例関係の実証的検証を実施し、観測者間の群数比がほぼ一定であることを示し、わずかな非線形性が影響を及ぼす程度にとどまることを明らかにした。
• 再構築された群数系列と日周変動地球磁気場変動を比較し、高い忠実度の一致を確認した。
• 地球磁気データから導かれた太陽風磁場再構築を用いて、群数系列における太陽活動傾向の妥当性を検証した。
• Usoskin et al. (2016) が提唱した「補正行列」アプローチを評価し、観測データを再現できないことを示した。
• 活動日割合（ADF）手法を分析し、高太陽活動下でADFが常に1に近づく「情報シャドウ」現象が生じ、外挿に不適切であることを示した。
• 同等の観測を行った観測者間の一貫性をテストし、ADF手法が同一観測に対しても等しい数を生成しないことを明らかにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バックボーン法は1794年から1996年までの間、信頼性があり誤差のない群数再構築を可能にするか？
• RQ2 Svalgaard & Schatten の群数系列は、地球磁気場変動といった独立した地球物理的プロキシにどの程度一致するか？
• RQ3 活動日割合（ADF）手法は、高太陽活動下でどの程度機能を失うか？
• RQ4 なぜ「補正行列」アプローチは観測された群数関係を再現できないのか？
• RQ5 長期観測において観測者比例関係は維持可能か？非線形性は再構築に顕著な影響を及ぼすか？

主な発見

• RGO の群数は、その運用初20年間に著しいドリフトを示したが、バックボーン法がこれを適切に補正している。
• 群数系列は日周変動地球磁気場変動と高い忠実度で一致しており、物理的整合性を支持する。
• 地球磁気データから導かれた太陽風磁場再構築は、Svalgaard & Schatten 系列と整合的である。
• 「補正行列」アプローチは実際の観測データを再現できず、長期再構築における有効性を損なう。
• 活動日割合（ADF）手法は高太陽活動下で「情報シャドウ」現象を示し、外挿に不適切である。
• バックボーン法はダブルチェーンを含まず、1794年～1996年期間中に誤差蓄積が生じない。また、同等の観測者間で一貫性が保たれている。