[論文レビュー] Prediction of future fifteen solar cycles

K. M. Hiremath|ArXiv.org|Apr 11, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、1755年から1996年までの22周期の歴史的太陽黒spot周期を用いて、太陽活動周期を強制的かつ減衰する調和振動子としてモデル化し、自己回帰モデルを適用して今後の15周期の振幅と周期を予測した。主な結果として、周期24の予測振幅は110 ± 11であり、これは周期23より低く、他の予測モデルの平均値に近い。また、周期31（2089–2100年）には非常に低い黒spot活動が予測され、周期26、27、34、37、38では高い活動が予測される。

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.

研究の動機と目的

• 過去のデータに基づく物理的モデルを用いて、周期23以降の太陽活動周期の振幅と周期を予測すること。
• 一般的に予測される振幅とは異なり、周期そのものの予測に欠けている現状を是正すること。
• 観測された周期23の振幅と周期が予測とよく一致することから、モデルの妥当性を検証すること。
• 今後200年間における長期的な太陽活動の傾向、特に極端な高活動期と低活動期を調査すること。

提案手法

• 太陽活動周期を強制的かつ減衰する調和振動子としてモデル化し、正弦波成分と一時的成分に分離する。
• 1755年から1996年までの22周期の歴史的太陽活動周期から、物理的パラメータ（振幅、周波数、位相、減衰係数）を抽出する。
• 振動子の正弦波成分のみを用いて、今後の周期の振幅と周期を予測する。
• 22周期分の物理的パラメータを定常化したデータにP次自己回帰モデルを適用し、今後のパラメータを予測する。
• 予測された振幅と周期を用いて、入力データの定常性を保つように今後の太陽活動周期を再構築する。
• 予測された周期23と観測データを比較することで、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過去の周期の調和振動子モデルに基づき、太陽活動周期24の予測振幅と周期は何か？
• RQ2 今後のどの太陽活動周期が非常に高い黒spot活動を示し、それぞれの活動期はいつごろか？
• RQ3 非常に低い黒spot活動が長期間にわたり継続する時期があるだろうか？ もしあるなら、どの周期で、どの年ごろか？
• RQ4 今後の太陽活動周期の長さはどのように変化するか？ 予測された周期の長さの範囲は何か？
• RQ5 過去の周期の定常的物理的パラメータに自己回帰モデルを適用することで、今後の太陽活動周期のプロファイルを信頼性高く予測できるか？

主な発見

• 太陽活動周期24の予測振幅は110 ± 11であり、周期23より低く、他の予測モデルの平均値に近い。
• 太陽活動周期24の周期は9.34年と予測され、周期23の11.73年よりも著しく短い。
• 太陽活動周期31（2089–2100年）は非常に低い黒spot活動を示すと予測され、最大黒spot数は約60となる。
• 非常に高い黒spot活動は周期26（2030–2042年）、周期27（2042–2054年）、周期34（2118–2127年）、周期37（2152–2163年）、周期38（2163–2176年）に予測され、極端な活動期を示す。
• 太陽活動周期の長さは、周期33の最小8.65年から周期35の最大13.07年まで変動し、周期の長さに顕著なばらつきがあることが示された。
• モデルは周期23を高い精度で再構築でき、今後の周期に対する予測能力が裏付けられた。