Автореферат (1145316), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Выведено транспортное уравнение.2Сёрджи — это волны, видимые в широтно-временно́м распределении фотосферного магнитного поляСолнца, переносящие магнитный поток старой или новой полярности от низких широт к высоким.11Приведены несколько способов задания закона Джоя в моделях. Описаны требования, которые накладывает транспортное динамо на вариацииугла наклона биполей в зависимости от гелиошироты, чтобы воспроизвестизначительное ослабление полярного поля, которое произошло в минимумециклов активности 23/24.Указано какую роль в расчетах транспортных моделей играет диффузия, перечислены варианты задания коэффициента диффузии. Описан способзадания усредненного профиля угловой скорости дифференциального вращения, отмечено почему данный параметр на учитывается в осесимметричнойзадаче.Перечислены способы задания широтного профиля меридиональнойциркуляции на поверхности Солнца.
Описано влияние скорости меридионального течения на знак магнитного потока, дрейфующего к полюсам, и на величину напряжённости полярного магнитного поля в динамо Бэбкока-Лейтона.Перечислены требования, которые авторы моделей накладывают на скоростьи профиль меридионального течения, чтобы воспроизвести слабое полярноеполе.
Представлены результаты измерений скорости меридиональной циркуляции разными методами. Показано, что данные наблюдений не согласуютсяс требованиями моделей.Рис. 2 — Магнитная диаграмма бабочек и наложенные импульсы пятнообразования. Для построения импульсов использовалось окно сглаживания сразмерами dx × dy = 20 × 5, шаг итерации i = 1 (x — время, y — широта).На рисунке 2 представлены результаты сопоставления широтновременно́го распределения импульсов пятнообразования и радиального фотосферного магнитного поля Солнца.При детальном рассмотрении рисунка 2 можно заметить, что каждыйсёрдж новой полярности (т.е. переносящий магнитный поток от хвостовых12частей биполярных групп пятен) сопряжен с импульсом пятнообразования.Таким образом, кластеризованные в импульсы мелкомасштабные, но сильные поля пятен отвечают за формирование волн соответствующей (правилу Хейла) полярности магнитного поля к полюсам.
А это, в свою очередь,связано с переполюсовкой крупномасштабного поля Солнца. В то же время,сёрджи старой полярности (т.е. волны, переносящие магнитный поток от лидирующих частей биполярных групп пятен) соответствуют провалам междуимпульсами пятнообразования.Изложен принцип работы модели, предложенной в данной работе, дляоценки вклада импульсов активности в формирование полярного поля Солнца. Продемонстрирована работа расчётной схемы на тестовом примере длямодельных циклов активности, состоящих из одного, двух или трёх импульсов в каждом из полушарий.
Дано объяснение появлению сёрджей старойполярности. Сделан вывод о том, что транспортные динамо-модели и предложенная расчётная схема по-разному объясняют появление сёрджей старойи новой полярности. Если в первом случае причиной считаются вариации меридиональной скорости, то в данной работе — неоднородное распределениесолнечной активности в пространстве и времени с учетом закона Джоя.Выполнена детальная реконструкция сёрджей в 22-м цикле активности. Показано, что результаты согласуются с наблюдательными данными.Для выяснения причин ослабления полярного магнитного поля в минимумециклов 23/24 выполнен расчёт мощности сёрджей для циклов 21–23.На рисунке 3 (а) показано широтно-временно́е распределение импульсов пятнообразования.
Отметим, что импульсы 23-го цикла много слабее всравнении с импульсами циклов 21 и 22. На рисунке 3 (б) изображены результаты реконструкции сёрджей. На рисунке 3 (в) представлены вариацииамплитуд сёрджей на широтах ±70◦ : синим цветом для северного полушария, красным — для южного. Толстые кривые соответствуют сглаженнымзначениям за 10 кэррингтоновских оборотов. Сравнение амплитуд сёрджейот цикла к циклу обнаруживает, что цикл 23 приблизительно на треть болееслабый, в сравнении с двумя предыдущим циклами. Такая же закономерностьвыявлена и по измерениям магнитного поля на полюсах.
Подчеркнём, что мыне варьируем скорость меридионального течения, тильт-угол или другие параметры во времени. Таким образом, мы приходим к выводу, что ослабление13Рис. 3 — а) Импульсы активности в циклах 21–23. Размер окна сглаживанияdx×dy = 20×5, шаг итерации i = 1. б) Реконструированные серджи. Цветомпоказан знак полярности. в) Амплитуды сёрджей на широтах ±70◦: синимцветом для северного полушария, красным — для южного. Толстые кривыесоответствуют сглаженным значениям за 10 кэррингтоновских оборотов.14сёрджей в 23-м цикле в первую очередь связано с дефицитом мощных импульсов пятнообразования в 23-м цикле активности.Поскольку солнечные пятна являются трассером тороидального магнитного поля, то можно утверждать, что мощность полоидальной составляющей магнитного поля Солнца, главным образом, зависит от мощности тороидальной компоненты поля и силы Кориолиса.
Это, в свою очередь, согласуется с оригинальными работами Паркера, Бэбкока и Лейтона, но противоречитсовременным идеям транспортного динамо, в котором меридиональная конвекция является ключевым параметром, объясняющим вариации солнечнойактивности.В конце главы проведено обсуждение результатов, выполнен расчётмощности серджей для циклов 12–23, перечислены основные выводы главы.Четвёртая глава диссертации посвящена сравнительному анализуциклов пятнообразования и полярных циклов по данным числа полярныхфакелов с 1906 по 2011-й г.В начале главы описан эмпирический метод Оля, позволяющий по данным о геомагнитной активности предсказывать амплитуду следующего циклапятнообразования. Описана интерпретация данной методики в работах Вангаи Шили.
Изложены возражения о приемлемости использования напряжённости полярного поля в минимуме пятенной активности как предвестника амплитуды последующего цикла пятнообразования. Приведены доводы о том,что напряжённость полярного поля за три года до минимума пятенной активности является лучшим предвестником амплитуды следующего цикла.Даны описание каталога числа полярных факелов по наблюдениям обсерватории Маунт-Вилсон и результаты калибровки этих данных с прямымиизмерениями напряжённости магнитного поля. Приведены графики зависимости амплитуды предыдущего и следующего циклов пятнообразования отвеличины магнитного потока в минимуме пятенной активности.Также представлены другие косвенные данные о полярном поле Солнца. Обсуждается связь циклов пятнообразования и полярного поля (i) с использованием индекса полярной сетки, полученного по Са–К спектрогелиограммам обсерватории Кодайканал, (ii) по числу полярных факелов Кисловодской горной астрономической станции и (iii) с использованием так называ-15x 10825062004150210014151617181920212223024Магнитный поток (Мкс)max Ri22300Номер циклаРис.
4 — Максимальные значения среднегодового индекса числа пятен Ri(чёрные точки) и значения магнитного потока на полюсах P F за три года доминимума пятнообразования (оранжевые звёздочки) для циклов 14–23.емого A–индекса, полученного путём разложения по гармоникам магнитныхполей синоптических карт.На рисунке 4 чёрным цветом показан ход максимальных значенийсреднегодового индекса числа пятен Ri, оранжевым цветом — величина магнитного потока P F за три года до минимума пятенной активности.
Отметим,что вариации Ri и P F довольно схожи, что подтверждает вывод, сделанныйв предыдущей главе о том, что бюджет полярного поля главным образомобеспечивается мощностью предыдущего цикла пятнообразования, а не вариациями скорости меридионального течения. Таким образом, имеет местоследующая простая закономерность — чем сильнее/слабее цикл пятнообразования, тем, соответственно, сильнее/слабее генерируемое полярное поле.Если посмотреть на график 2, можно заметить, что момент времени приблизительно за три года до минимума пятенной активности как раз соответствует времени, когда высоких широт достигают мощные сёрджи от импульсовпятнообразования, находящихся в максимумах циклов.Аналогичный расчёт выполнен и для полярного магнитного потокав минимуме пятенной активности.
Как и в предыдущем случае (рис. 4),рост/спад амплитуды циклов пятнообразования сопровождается последующем ростом/спадом величины магнитного потока на полюсах.Показано, что вывод об отсутствии связи напряжённости полярногополя и предыдущего цикла пятнообразования, сделанный на основе корреля16ционного анализа, недостоверен, поскольку величина коэффициента корреляции сильно зависит от каждого значения короткого временного ряда.Однако количественно вариации P F не идентичны вариациям Ri . Если общий линейный тренд Ri демонстрирует небольшую тенденцию роста,то P F , наоборот, тенденцию к спаду.
Дело в том, что магнитный поток новой полярности, создаваемый в ходе цикла пятнообразования, не полностьютратится на создание нового полярного поля, часть потока расходуется на“уничтожение” старого полярного поля. Таким образом, P F между цикламипятнообразования 15 и 16 достигает большой величины, не только потомучто импульсы 15-го цикла пятнообразования мощнее импульсов 14-го цикла (см. главу 3), а ещё и потому что полярное поле, созданное импульсами14-го цикла пятнообразования невелико, а, следовательно, немного магнитного потока будет потеряно на нейтрализацию старого полярного цикла.
16-муже циклу пятнообразования пришлось потратить значительную часть своегобюджета на аннигиляцию старого полярного потока, и так далее. Аналогичнои полярное поле в минимуме циклов 23–24 на 35–40% слабее полярного поляв предыдущем минимуме активности, не только потому что импульсы 23-гоцикла пятнообразования на ∼30% слабее импульсов 22-го цикла, а ещё и потому, что часть магнитного потока была потрачена на подавление старогополярного поля.Другая закономерность, позволяющая судить о тесной количественной связи полярного магнитного поля и предыдущего цикла активности, этопроверка выполнения правила Гневышева–Оля для магнитного потока на полюсах.Анализ организации циклов пятнообразования в чётно–нечётные (порядок по Гневышеву–Олю) и нечётно–чётные (порядок по Тёрнеру) пары обнаружил, что коэффициент корреляции для нечётных и последующих чётныхциклов не ниже коэффициента корреляции чётных и последующих нечётныхциклов. Показано, что отношение интенсивностей3 циклов в нечётно–чётныхи чётно–нечётных парах меняет знак в зависимости от фазы вековой вариации.
Так на фазах роста вековой вариации нарушается организация цикловпо Тёрнеру, а на фазах спада нарушается организация циклов по Гневышеву–3Сумма значений индекса пятнообразования от минимума до минимума.17Олю. Установлено, что нечётно–чётная организация статистически ничем неуступает чётно–нечётным парам пятнообразования.Выполнена проверка сохранения чётно–нечётной и нечётно–чётной организации полярных циклов, аналогичной той, что наблюдается для цикловпятнообразования.
Показано, что выполнение/нарушение организации циклов в пары для циклов пятнообразования ведет себя аналогичным образом идля полярных полей. Сделан вывод о тесной связи напряжённости полярногополя и предыдущего цикла пятнообразования.Выполнен детальный анализ вариаций ряда числа полярных факеловв полушариях. Показано, что северо-южная асимметрия числа полярных факелов есть следствие асимметрии пятнообразования в полушариях.В конце главы проведено обсуждение результатов.
Указано на недостатки использования косвенных данных. Выполнено сравнение ряда числаполярных факелов, использованного в диссертационной работе, и другогосинтетического ряда числа полярных факелов. Перечислены основные выводы главы.Пятая глава диссертации посвящена анализу исторических архивово наблюдении солнечных пятен в XVII веке и пересмотру базы данных числагрупп солнечных пятен с 1610 по 1720-й г.В начале главы приведена хронология исследований минимума Маундера, изложены работы Шпёрера, Маундера, Эдди и других учёных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
