[论文解读] Ca II K 1-A Emission Index Composites

Luca Bertello, Andrew R. Marble+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2017

Intermetallics and Advanced Alloy Properties被引用 3

一句话总结

本文利用NSO/Sac Peak、SOLIS/ISS和科达坎纳尔太阳观测站的数据，构建了一个校准后的Ca II K 1-Å发射指数复合时间序列，整合了超过100年的太阳色球层活动测量数据。通过应用经验校准因子和线性回归方法对不同仪器的数据进行对齐，作者生成了一个从1907年至今的连续、公开可获取的时间序列，为长期太阳活动变化及其对气候影响的研究提供了支持。

ABSTRACT

We describe here a procedure to combine measurements in the 393.37 nm Ca II K spectral line taken at different observatories. Measurements from the National Solar Observatory (NSO) Integrated Sunlight Spectrometer (ISS) on the Synoptic Optical Long-term Investigations of the Sun (SOLIS) telescope, the NSO/Sac Peak Ca II K-Line Monitoring Program, and Ca II K filtergrams from Kodaikanal Solar Observatory (KKL) are merged together to create a pair of composites of the Ca II K 1-A emission index. These composites are publicly available from the SOLIS website at http://solis.nso.edu/0/iss/.

研究动机与目标

• 构建一个跨越一个多世纪的、连续且经过校准的Ca II K 1-Å发射指数时间序列。
• 解决NSO/Sac Peak K线监测仪与新型SOLIS/ISS仪器之间历史测量数据的差异问题。
• 将科达坎纳尔 plage 指数数据与NSO量纲对齐，将复合时间序列延伸至1907年。
• 生成一个公开可访问、均质化的数据集，用于长期太阳活动与辐照度变化的研究。

提出的方法

• 利用2006年12月至2015年10月期间的重叠观测数据，对NSO/Sac Peak与SOLIS/ISS数据进行交叉校准。
• 对ISS数据（2007–2011年）应用二次拟合，以模拟太阳周期23/24极小期的预期发射指数趋势。
• 通过经验方法确定2007.8至2010.0年期间Sac Peak数据的校正因子（0.984），以最小化与ISS模型的残差差异。
• 利用准同步每日观测数据的线性回归，推导出比例方程：SP_ISS = (0.0062 ± 0.0015) + (0.8781 ± 0.0163) × SP_orig。
• 通过1977–1999年年度均值的线性回归，将科达坎纳尔 plage 指数转换为NSO 1-Å发射指数量纲，得到 KKL_NS0 = (0.08217 ± 0.00049) + (0.00020 ± 0.00001) × KKL_orig。
• 通过合并经重标定的科达坎纳尔数据（1907–1987年）与NSO数据（1988–2017年），以ISS数据作为双重观测日的主要参考，构建最终复合时间序列。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何对来自多个天文台的历史Ca II K 1-Å发射指数测量数据进行交叉校准，以形成连续的时间序列？
• RQ2 NSO/Sac Peak监测仪与SOLIS/ISS仪器之间存在仪器差异时，需要哪些校正因子？
• RQ3 科达坎纳尔 plage 指数在多大程度上可以可靠地转换为NSO 1-Å发射指数量纲？
• RQ4 不同天文台经重标定后的数据在时间趋势和振幅上的一致性如何？
• RQ5 能否从1907年到2017年构建一个准确度足够高的单一、均质化的Ca II K 1-Å发射指数复合数据集，以支持长期太阳活动变化研究？

主要发现

• 与ISS数据相比，2007.8至2010.0年期间的Sac Peak 1-Å发射指数值系统性地高估了约5.5%，因此需要应用0.984的校正因子。
• Sac Peak与ISS数据之间的线性回归得到的校准方程具有相关系数 r = 0.91，表明二者存在强且统计显著的相关性（p < 0.0001）。
• 通过线性变换成功地将科达坎纳尔 plage 指数转换为NSO 1-Å发射指数量纲，相关系数 r = 0.999，证实了两组数据之间高度的一致性。
• 最终的复合时间序列（1907年1月至2017年10月）整合了科达坎纳尔（1907–1987年）、NSO/Sac Peak（1977–2015年）和SOLIS/ISS（2006–2017年）的数据，确保了连续性与校准性。
• 该复合数据集可通过SOLIS网站公开获取（http://solis.nso.edu/0/iss/），支持长期太阳色球层活动及其对地球气候影响的研究。
• 该合并数据集为超过一个世纪以来太阳紫外辐照度变化提供了一个可靠的代理指标，支持气候与空间天气研究。