Диссертация (1145317), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Таким образом, на распределенной картине широта–время(рис.3.12 г) “старый магнитный поток” виден на низких широтах, а серджи переносят “поток новой полярности” к полюсам, что согласуется с общей картинойраспределения фотосферного магнитного поля (рис. 3).Рассмотрим, как влияет широтный профиль угла наклона биполей (тильтугла) на структуру волн (серджей), переносящих избыток магнитного потокак полюсам.
На рисунке 3.13 показаны модельные серджи для случая увеличе-114Рисунок 3.13 — Модельные серджи: а) при увеличении тильт-угла с широтой,и) для постоянной величины тильт-угла.ния тильт-угла биполей с широтой (см. ур. 3.14) и для случая фиксированногоугла наклона биполей α = 5◦. В обоих случаях модельные магнитные бабочкиобладают 22-летней цикличностью, однако только в первом случае (рис. 3.13 a)структура волн соответствует наблюдаемым закономерностям распределениярадиального фотосферного магнитного поля Солнца. Таким образом, в предложенной в диссертационной работе расчетной схеме (см. раздел 3.5) зависимостьугла наклона биполярных групп пятен от широты является важным условиемдля осуществления переполюсовки магнитного поля Солнца [116].3.6Тестовая работа схемыПродемонстрируем работу этой расчетной схемы на тестовом примере.
Нарисунке 3.14 (а) показаны три модельных цикла. Процедура построения описана в разделе 2.3. Первый цикл — невысокий симметричный, второй — мощный цикл, ветвь спада длиннее ветви роста, третий цикл короткий по времении воспроизводит провал Гневышева. На рисунке 3.14 (б) показаны модельные115Рисунок 3.14 — а) Модельные циклы активности. б) Диаграммы бабочек Маундера. Цветом указан знак полярности.
в) Плотность распределения биполей. г)Остаток распределений лидирующих и хвостовых частей биполей по действиемдиффузии. д) Модельные серджи.116Рисунок 3.15 — Иллюстрация появления серджей новой и старой полярности.Цветом показан знак полярности. Направление меридионального дрейфа схематически обозначено стрелками. Цифры соответствуют импульсам активности.диаграммы бабочек этих трех циклов. Цветом показан знак полярности лидирующих и хвостовых частей биполей, в соответствии с законом Хейла. Расстояниепо широте ∆l задано согласно уравнению 3.14, ∆d = 10◦.В максимумах циклов распределение биполей, на первый взгляд, выглядит довольно однородным (рис.
3.14 б), однако, построение плотности распределения (на рисунке 3.14 (в) показаны P DF для лидирующих частей биполей)выявляет тонкую структуру модельных циклов активности [108; 109]. Так первый цикл состоит из одного импульса, второй цикл — из двух импульсов, итретий — из трех. Подчеркнем, что импульсы различаются не только по размерам, мощности и расположению, но и по форме. Наложение импульсов другна друга из-за их близкого расположения скрывает тонкую структуру циклов,поэтому на рисунке 3.14 (б) распределение биполей кажется равномерным.На рисунке 3.14 (г) представлен остаток S сформированный под действием процесса диффузии (ур.
3.16). Далее, на рисунке 3.14 (д) изображены реконструированные серджи для v0 = 13 м с−1 на широте ∼ 45◦. Рассмотрениеэтого рисунка обнаруживает, что число серджей новой полярности в каждом измодельных циклов точно соответствует числу импульсов активности [115]. Области старой полярности на низких широтах не всегда видны из-за малости ихплотности распределения. Для третьего модельного цикла, состоящего из трехимпульсов активности, видна интересная особенность — появление серджа старой полярности между первым и вторым импульсами. Рассмотрим этот случайдетально.117На рисунке 3.15 показано широтно-временно́е распределение остатка S.Цифры соответствуют импульсам активности. Стрелки указывают направлениемеридионального дрейфа.
Увлекаемый течением остаток плотности распределения лидирующих частей биполей аннигилирует с остатком распределения хвостовых частей биполей. Провал между импульсами один и два служит окном, вкоторое устремляется волна старой полярности. Мощность, форма импульсов,их расположение относительно друг друга на широтно-временно́й плоскости(рис. 3.14 в), величина тильт-угла и угол наклона стрелок (т.е. скорость дрейфа, рис.3.15), все это повлияет на величину и знак полярности потока, которыйпереносится от низких широт к полюсам.3.7Реконструкция серджей в цикле 22Детально рассмотрим работу предложенной методики для 22-го цикла активности [113].
На рисунке 3.16 (а) показаны импульсы активности в интервалевремени с 1985 по 1997-й г. Цикл заметно асимметричен, импульсы южного полушария многочисленнее и мощнее импульсов северного полушария. На рисунке 3.16 (б) представлен результат применения расчетной схемы (см. раздел 3.5)с использованием следующих параметров: ∆d = 10◦, v0 = 13 м с−1 на широте∼ 45◦. На нижнем рисунке 3.16 (в) показано широтно-временное распределениефотосферных магнитных полей, построенное по данным наблюдений обсерватории Китт-Пик (СОЛИС) [67].Сравнительный анализ рисунков 3.16 (б) и 3.16 (в) выявляет их качественное сходство. В обоих случаях поток старой полярности от биполей располагается на низких широтах.
От низких широт к полюсам тянутся перемежающиесясерджи старой и новой полярности. Красные линии соответствуют положениюсерджей старой полярности. На всех трех графиках рисунка 3.16 эти линиирасположены идентично. Появление серджей старой полярности в точности соответствует провалам между импульсами [109; 113].118Рисунок 3.16 — а) Импульсы активности в цикле 22. Размер окна сглаживанияdx × dy = 0,3 × 0,2, шаг итерации i = 10. б) Реконструированные серджи.Цветом показан знак полярности. в) Реальная магнитная бабочка Маундерадля цикла 22.
Красные пунктирные линии отмечают положения серджей старойполярности.1193.8Причина ослабления полярного поля в цикле 23В данном разделе мы выполним реконструкцию серджей для циклов 21–23. На рисунке 3.17 (а) показано широтно-временно́е распределение импульсовпятнообразования.
Отметим, что импульсы 23-го цикла много слабее в сравнении с импульсами циклов 21 и 22.На рисунке 3.17 (б) изображены результаты реконструкции серджей. В отличие от предыдущего раздела мы изменили следующие параметры расчетнойсхемы: используем уравнение 3.13 для задания профиля меридиональной циркуляции, где максимум скорости vo = 14 м с−1 соответствует широте l0 = 13,3◦.На рисунке 3.17 (в) представлены вариации амплитуд серджей на широтах±70◦: синим цветом для северного полушария, красным — для южного.
Толстыекривые соответствуют сглаженным значениям за 10 кэррингтоновских оборотов. Сравнение амплитуд серджей от цикла к циклу обнаруживает, что цикл23 приблизительно на треть более слабый, в сравнении с двумя предыдущимциклами. Такая же закономерность выявлена и по измерениям напряженностимагнитного поля на полюсах [25; 250; 251] (см. раздел 3.1).Подчеркнем, что во всех наших расчетах мы не варьируем скорость меридионального течения, тильт-угол или другие параметры во времени.
Такимобразом, мы приходим к выводу, что ослабление серджей в 23-м цикле главнымобразом связано со слабостью импульсов пятнообразования этого цикла [118].При использовании в расчетах широтного профиля меридиональной циркуляции с максимумом скорости на широте ∼ 45◦, также наблюдается значительноеослабление серджей в цикле 23.Таблица 7 — Процентное снижение напряженности полярного поля иослабление импульсов активности в 23-м цикле по сравнению сциклами 21 и 22Группы пятенПолярное полеЦиклыСеверЮгОбщееСеверЮгОбщее23/2133.93%30.12%31.95%31.33%29.24%30.24%23/2222.54%24.96%23.85%26.91%19.25%23.06%120Рисунок 3.17 — а) Импульсы активности в циклах 21–23.
Размер окна сглаживания dx × dy = 20 × 5, шаг итерации i = 1. б) Реконструированные серджи.Цветом показан знак полярности. в) Амплитуды серджей на широтах ±70◦: синим цветом для северного полушария, красным — для южного. Толстые кривыесоответствуют сглаженным значениям за 10 кэррингтоновских оборотов.121Рисунок 3.18 — а) Импульсы пятнообразования в циклах активности 21–23.Размер окна сглаживания dx × dy = 20 × 5, шаг итерации i = 1. б) Полярноеполе Солнца согласно данным наблюдений Вилкокской обсерватории. Синяякривая — сглаженное поле в северном полушарии, красная кривая — в южномполушарии.Далее детально проанализируем широтно-временно́е распределение импульсов пятнообразования и вариации напряженности полярного магнитногополя по данным Вилкокской обсерватории [117].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
