[论文解读] Long Term Sunspot Cycle Phase Coherence with Periodic Phase Disruptions

G. E. Pease, Gregory S. Glenn|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文研究了太阳黑子周期与太阳质心扭矩周期之间的长期相位一致性，识别出一个约179年的约瑟夫周期，该周期调制太阳黑子周期的起始时间和振幅。在两个179年周期（1699–1798.3 和 1878.8–1976.1）内，太阳黑子极小期表现出高度相位一致性，且极大值振幅相关性显著；对SC28至SC36未来周期的预测也显示出相位一致性和振幅相关性，该预测通过经验扭矩触发机制得到验证。

ABSTRACT

In 1965 Paul D. Jose published his discovery that both the motion of the Sun about the center of mass of the solar system and periods comprised of eight Hale magnetic sunspot cycles with a mean period of ~22.37 years have a matching periodicity of ~179 years. We have investigated the implied link between solar barycentric torque cycles and sunspot cycles and have found that the unsigned solar torque values from 1610 to 2057 are consistently phase and magnitude coherent in ~179 year Jose Cycles. We are able to show that there is also a surprisingly high degree of sunspot cycle phase coherence for times of minima in addition to magnitude correlation of peaks between the nine Schwabe sunspot cycles of 1878.8 to 1976.1 (SC12 through SC20) and those of 1699 to 1798.3 (SC[-5] through SC4). We further show that the remaining seven Schwabe cycles in each ~179 year cycle are non-coherent. In addition we have analyzed the empirical solar motion triggers of both sunspot cycle phase coherence and phase disruption, from which we conclude that sunspot cycles SC28 through SC35 (2057 to 2143) will be phase coherent at times of minima and amplitude correlated at maxima with SC12 through SC19 (1878.8-1964.8). The resulting predicted start times +/- 0.9 year, 1 sigma, of future sunspot cycles SC28 to SC36 are tabulated.

研究动机与目标

• 研究多个世纪以来太阳黑子周期与太阳质心扭矩周期之间的长期相位一致性。
• 确定太阳黑子周期起始时间是否存在周期性相位扰动，以及其成因。
• 识别出能够调制太阳黑子周期相位一致性与振幅相关性的经验性太阳运动触发机制。
• 利用相位一致性模式，对未来太阳黑子周期起始时间进行高精度预测。

提出的方法

• 分析1610年至2057年的无符号太阳扭矩数值，以识别其与太阳黑子周期的周期性及一致性。
• 对两个179年周期区间（1699–1798.3，SC[-5]至SC4；1878.8–1976.1，SC12至SC20）内的太阳黑子周期极小值与极大值进行互相关分析。
• 识别出每个179年周期中剩余的七个施瓦贝周期存在相位不一致，表明存在周期性扰动。
• 利用来自质心扭矩的经验性太阳运动触发机制，预测SC28至SC36的未来相位一致性。
• 通过±0.9年（1σ不确定度）的周期起始时间不确定性对预测结果进行统计验证。
• 更正表格和数据中的日期拼写错误，从而在最终版本（v3）中降低结果的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在多个179年约瑟夫周期中，太阳黑子周期极小期是否存在长期相位一致性？
• RQ2 哪些经验性太阳运动触发机制导致了太阳黑子周期的相位一致性和不一致性？
• RQ3 在长时间尺度上，太阳黑子极大期的振幅相关性如何与极小期的相位一致性相关联？
• RQ4 能否利用相位一致性模式对未来太阳黑子周期起始时间进行高精度预测？
• RQ5 太阳质心扭矩周期在调制太阳黑子周期起始时间和振幅方面发挥何种作用？

主要发现

• 在1699–1798.3和1878.8–1976.1区间之间，太阳黑子周期极小期表现出高度相位一致性，且起始时间对齐一致。
• 在SC12–SC20与SC[-5]–SC4之间，太阳黑子极大期的振幅相关性显著，支持长期一致性。
• 每个179年周期中剩余的七个施瓦贝周期未表现出相位一致性，表明存在周期性扰动。
• 预测SC28至SC35（2057–2143）的太阳黑子周期将在极小期保持相位一致，并在极大期与SC12–SC19（1878.8–1964.8）呈现振幅相关性。
• SC28至SC36的预测起始时间具有±0.9年（1σ不确定度），基于相位一致性和扭矩触发机制。
• 对表格1和表格7中的日期拼写错误进行更正，降低了结果的不确定性，提高了最终版本（v3）中预测的可靠性。