[论文解读] Large-scale horizontal flows in the solar photosphere II: Long-term behaviour and magnetic activity response

Michal Švanda, M. Klvaña+2 more|ArXiv.org|Oct 14, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 43被引用 10

一句话总结

本研究利用经过验证的方法，对近一个太阳周期的SOHO/MDI多普勒图进行分析，研究太阳光球层中的长期水平流动。研究结果确认了扭转振荡和经向环流的存在，发现赤道区活动区的旋转速度比Carrington速率快60±9 m s⁻¹，表明其从0.95 R⊙处的径向剪切层底部浮现；同时发现，演化中的活动区在失去与磁源区连接后会逐渐减速。

ABSTRACT

Recently, we have developed a method useful for mapping large-scale horizontal velocity fields in the solar photosphere. The method was developed, tuned and calibrated using the synthetic data. Now, we applied the method to the series of Michelson Doppler Imager (MDI) dopplergrams covering almost one solar cycle in order to get the information about the long-term behaviour of surface flows. We have found that our method clearly reproduces the widely accepted properties of mean flow field components, such as torsional oscillations and a pattern of meridional circulation. We also performed a periodic analysis, however due to the data series length and large gaps we did not detect any significant periods. The relation between the magnetic activity influencing the mean zonal motion is studied. We found an evidence that the emergence of compact magnetic regions locally accelerates the rotation of supergranular pattern in their vicinity and that the presence of magnetic fields generally decelerates the rotation in the equatorial region. Our results show that active regions in the equatorial region emerge exhibiting a constant velocity (faster by 60 +/- 9 m/s than Carrington rate) suggesting that they emerge from the base of the surface radial shear at 0.95 R_sun, disconnect from their magnetic roots, and slow down during their evolution.

研究动机与目标

• 利用真实观测数据研究太阳光球层大尺度水平流动的长期行为。
• 研究光球层流动对磁活动的响应，特别是活动区的旋转动力学。
• 验证一种新开发的基于合成数据的水平速度场映射方法，并将其应用于真实MDI多普勒图。
• 探索流动变化中的周期性特征，并评估其与磁活动周期的关联性。
• 确定活动区在演化过程中旋转速率是否发生变化，及其对磁起源的启示。

提出的方法

• 此前已使用合成数据校准了大尺度水平速度场的映射方法，并将其应用于覆盖近一个太阳周期的时间序列MDI多普勒图。
• 该技术从多普勒速度偏移测量中将水平流动场分解为纬向（东西向）和经向（南北向）分量。
• 对赤道流动数据进行了周期性分析，并使用对照数据集识别由太阳倾角效应引起的虚假信号。
• 该方法考虑了多普勒速度在太阳圆面中心到边缘的分布变化，从而最小化流动测量中的系统性偏差。
• 通过时间序列分析流动模式，以检测差速自转、扭转振荡和经向环流的趋势。
• 比较不同演化阶段（新生、增长、衰减、重复）活动区的旋转速度，以评估其旋转速率的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 太阳光球层中的大尺度水平流动在太阳周期内如何演化？
• RQ2 赤道区活动区是否表现出与从径向剪切层底部（0.95 R⊙）浮现一致的恒定旋转速度？
• RQ3 活动区在演化过程中旋转速率如何变化？这对其与深层磁场的连接性有何启示？
• RQ4 是否存在与磁活动周期相关的流动变化中的可检测周期性？
• RQ5 磁活动在多大程度上会局部加速或减速周围光球层流动？

主要发现

• 该方法成功再现了已知特征，如扭转振荡和经向环流，证实其在真实数据上的可靠性。
• 赤道区活动区的旋转速度比Carrington速率恒定快60±9 m s⁻¹，表明其从0.95 R⊙处的径向剪切层底部浮现。
• 衰减期和重复出现的活动区旋转更慢，且速度分散更广，表明其在演化过程中逐渐失去与磁源区的连接。
• 活动区的旋转行为呈现双峰分布：新生和增长期的活动区旋转更快且更均匀，而年老活动区则更慢。
• 在赤道流动数据中检测到两个可疑周期性（1.8年和4.7年），但对照数据中未出现，提示其可能为真实信号，有待进一步验证。
• 磁活动通常会减缓赤道区域的旋转，但局部紧凑磁区的浮现会加速其周围超granulation模式的流动。