[论文解读] STEREO/EUVI Event Catalog 2006-2012

Aschwanden, Wuelser+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 6

一句话总结

本文提出了一项全面的、自动化的事件目录，记录了2006年至2012年STEREO/EUVI仪器通过多波长成像从太阳风中检测到的19,976起EUV耀斑事件。304 Å波段表现最佳（检测效率为79%），统计分析显示峰值流量（$\alpha_P = 2.5 \pm 0.2$）和持续时间（$\alpha_T = 2.4 \pm 0.3$）均符合幂律分布，与分形-扩散自组织临界性模型一致，从而实现了三维重建和背面耀斑研究。

ABSTRACT

We generated an event catalog with an automated detection algorithm based on the entire EUVI image database observed with the two Solar Terrestrial Relations Observatory STEREO-A and -B spacecraft over the first six years of the mission (2006\,--\,2012). The event catalog includes the heliographic positions of some 20\,000 EUV events, transformed from spacecraft coordinates to Earth coordinates, and information on associated GOES flare events (down to the level of GOES A5-class flares). The 304 \ang\ wavelength turns out to be the most efficient channel for flare detection (79\,%), while the 171 \ang\ (4\,%), 195 \ang\ (10\,%), and the 284 \ang\ channel (7\,%) retrieve substantially fewer flare events, partially due to the suppressing effect of EUV dimming, and partially due to the lower cadence in the later years of the mission. Due to the Sun-circling orbits of STEREO-A and -B, a large number of flares have been detected on the farside of the Sun, invisible from Earth, or seen as partially occulted events. The statistical size distributions of EUV peak fluxes (with a power-law slope of $α_P = 2.5\pm0.2$) and event durations (with a power-law slope of $α_T=2.4\pm0.3$) are found to be consistent with the fractal-diffusive self-organized criticality model. The EUVI event catalog is available on-line \url{http://secchi.lmsal.com/EUVI/euvi__autodetection/euvi__events.txt} and may serve as a comprehensive tool to identify stereoscopically observed flare events for 3D reconstruction and to study occulted flare events.

研究动机与目标

• 创建STEREO/EUVI任务全周期的自动化EUV耀斑事件目录，以提升耀斑检测能力并实现三维重建。
• 量化不同EUV波长（171、195、284、304 Å）在太阳周期内的检测效率。
• 分析EUV耀斑峰值流量和持续时间的统计尺寸分布，以检验太阳活动的物理模型。
• 利用STEREO-A和STEREO-B的立体观测，实现对背面及遮挡耀斑的研究。
• 提供一个公开可访问的、高时间分辨率的EUV事件目录，供日球物理与空间天气研究使用。

提出的方法

• 通过时间序列分析EUV流量曲线，对2006年至2012年STEREO/EUVI A和B的整个图像数据库应用自动化检测算法。
• 算法基于EUV流量显著高于背景水平的上升特征识别耀斑，并提取峰值流量、上升时间、衰减时间及通量等参数。
• 通过将航天器坐标转换为地球基坐标系，获得耀斑的太阳地理位置，空间分辨率受限于约每宏像素3°。
• 通过与GOES耀斑事件（低至A5级）交叉比对，评估各波段通道的检测效率。
• 对峰值流量（$\\alpha_P$）和持续时间（$\\alpha_T$）的频率分布进行幂律拟合，以检验自组织临界性模型。
• 采用分形-扩散自组织临界性模型解释标度指数，推导出参数$\beta = \alpha_T - 1$和$\gamma = 2/[3(\alpha_P - 1)]$。

实验结果

研究问题

• RQ1 STEREO/EUVI仪器在不同EUV波段通道中的检测效率如何？
• RQ2 EUV耀斑峰值流量和持续时间的统计分布如何缩放，其对潜在物理机制有何启示？
• RQ3 STEREO/EUVI数据在多大程度上能够检测到太阳背面或部分被地球遮挡的耀斑？
• RQ4 EUV耀斑统计的幂律指数与分形-扩散自组织临界性模型的预测相比如何？
• RQ5 EUV耀斑通量与体积之间存在何种关系？是否存在偏离比例性的现象？

主要发现

• 304 Å波段检测效率最高，达到79%，优于171 Å（4%）、195 Å（10%）和284 Å（7%），原因在于更高的时间采样率以及受EUV暗化效应抑制更小。
• 在两颗STEREO卫星和四个波段通道中，共检测到19,976起EUV事件，其中在效率最高的通道（EUVI/A，304 Å）中识别出8,561起独立事件。
• EUV峰值流量的频率分布符合幂律分布，斜率为$\alpha_P = 2.5 \pm 0.2$，与分形-扩散自组织临界性模型一致。
• 事件持续时间的频率分布也符合幂律分布，斜率为$\alpha_T = 2.4 \pm 0.3$，由此得出的时空扩散指数$\beta = 1.3 \pm 0.3$接近经典扩散过程（$\beta = 1$）。
• 通量-体积关系呈现$F \propto V^{0.45}$的标度，表明非线性关系，偏离了比例性，暗示耀斑中存在复杂的能量耗散机制。
• 该事件目录可通过http://secchi.lmsal.com/EUVI/euvi-autodetection/euvi-events.txt获取，支持立体观测耀斑的三维重建，并可分析背面及遮挡事件。