[论文解读] Solar Activity Indices in 21, 22 and 23 Cycles

Е. А. Бруевич, G. V. Yakunina|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2011

Solar Radiation and Photovoltaics参考文献 2被引用 5

一句话总结

本研究分析了太阳周期21、22和23期间的月度太阳活动指数——沃尔夫数（W）、10.7厘米射电流量（$F_{10,7}$）、Mg II指数、总太阳辐照度以及0.1–0.8纳米X射线背景。研究发现，W与$F_{10,7}$之间的相关性以5.5年为周期呈现循环变化，峰值出现在上升期和下降期，2001年达到最低值，表明当太阳活动处于变化阶段而非极大值或极小值时，线性关系更强。

ABSTRACT

The monthly average values of the main solar activity indices such as Wolf numbers (W), 10,7 cm radio flux (F10,7), 0,1-0,8 nm background, total solar irradiance and Mg II UV-index (280 nm core to wing ratio) were studied for 23 activity cycle. The correlation coefficients of linear regression for main solar activity indices versus F10,7 were analyzed for every year of 23 activity cycle. All the correlation coefficients for 23 activity cycle have the minimum values in 2001. We also analyzed the connection between monthly average values of the most popular indices W and F10,7 for 21, 22 and 23 solar activity cycles. The values of every year linear regression correlation coefficients for W versus F10,7 show the cyclic variations with period closed to half path of so-called 11-year period of solar activity.

研究动机与目标

• 研究太阳周期21、22和23期间关键太阳活动指数——沃尔夫数（W）、$F_{10,7}$、Mg II指数、总太阳辐照度以及0.1–0.8纳米X射线背景——的时间变化特征。
• 量化23周期内$F_{10,7}$与其他太阳指数之间的线性相关性，评估其与相位相关的关联性。
• 研究21至23周期中W与$F_{10,7}$之间相关系数（$K_{corr}$）的年度演变，以检测周期性调制现象。
• 确定太阳周期相位（上升、极大、下降）对活动指数间线性关系强度的影响。
• 评估这些相关性对太阳活动预测的影响，特别是过渡阶段的预测性能。

提出的方法

• 利用太阳-地磁数据公报及NOAA和ENVISAT卫星观测数据，获取21至23周期的太阳活动指数月平均值。
• 针对23周期的每一年，计算$F_{10,7}$与其他指数（W、Mg II、总辐照度、0.1–0.8纳米X射线背景）之间的线性相关系数（$K_{corr}$）。
• 将23周期划分为三个阶段：上升期（1997年10月至1997年11月）、极大期（1997年11月至2002年7月）和下降期（2002年7月至2006年1月），以进行分阶段相关性分析。
• 计算21至23周期中W–$F_{10,7}$关系的年度$K_{corr}$值，以检测相关性强度的周期性调制。
• 通过谱分析方法分析$K_{corr}$的锁相周期行为，估算调制周期。
• 验证NOAA与ENVISAT数据中Mg II指数的一致性，结果显示一致度为0.5%，相关系数为0.995。

实验结果

研究问题

• RQ1 在23周期中，$F_{10,7}$与其他太阳活动指数之间的年度相关系数如何变化？
• RQ2 在23周期中，沃尔夫数（W）与$F_{10,7}$之间的线性关系强度是否具有相位依赖性？
• RQ3 W与$F_{10,7}$之间的相关性在21至23周期中是否表现出周期性调制？若存在，其周期是多少？
• RQ4 为何$F_{10,7}$与0.1–0.8纳米X射线背景通量之间的相关性在所有研究指数中最为微弱？
• RQ5 2001年相关系数的最低值如何与太阳周期动力学相联系？

主要发现

• 沃尔夫数（W）与$F_{10,7}$之间的相关系数（$K_{corr}$）在23周期极大期达到最低值0.7429，表明在太阳极大期线性关系较弱。
• W与$F_{10,7}$之间的$K_{corr}$在下降期（0.9615）和上升期（0.9195）最高，表明在过渡期线性依赖性更强。
• W–$F_{10,7}$、Mg II–$F_{10,7}$、总辐照度–$F_{10,7}$以及0.1–0.8纳米背景–$F_{10,7}$的所有$K_{corr}$值在2001年均达到最低，表明该年存在独特的解耦现象。
• 21至23周期中，W–$F_{10,7}$的年度$K_{corr}$值表现出约5.5年的周期性变化，对应于11年太阳周期的一半。
• $F_{10,7}$与0.1–0.8纳米X射线背景通量之间的$K_{corr}$最低（全周期平均为0.8124），表明其线性关系弱于其他指数。
• 本研究证实，W–$F_{10,7}$关系在上升期和下降期最为稳健，意味着使用$F_{10,7}$在这些阶段对太阳指数进行预测的性能更优。