太阳黑子振荡的模式提取与层析观测研究

Magnetohydrodynamic waves play an important role in the solar chromospheric and coronal heating mechanisms. The spatial distribution and coupling relationship of the oscillation modes are important means to explore the formation and propagation of magnetohydrodynamic waves in the solar atmosphere. Time-frequency analysis is the key technology in this field. However, the analysis techniques have problems, such as spectral smearing, mode mixing and splitting, and aliasing, which seriously restricts the development of the field. We firstly base on synchrosqueezing transform to study the accurate representation and of decomposition technique, and to solve, through the current difficulties in the solar quasi-periodic signal processing. To study the key technologies such as noise estimation, confidence calculation, and mode decomposition in quasi-periodic signals, and obtain some time-frequency analysis algorithms with independent intellectual property rights to promote scientific output in this field. Based on the observation data of high (time and space) resolution of New Vacuum Solar Telescope (NVST) , the spatial distribution and coupling relationship of the sunspot oscillations are obtained. We look forward to providing accurate and valuable observational evidence for exploring the formation and propagation mechanisms of the magnetohydrodynamic waves in the solar atmosphere.

磁流体动力学波在太阳色球和日冕加热机制中扮演着举足轻重的作用。黑子振荡本征模式的空间分布及其耦合关系是探究磁流体力学波在太阳大气中形成和传播的重要手段。时频分析则是此研究领域的关键技术。然而目前采用的分析技术在表征太阳准周期信号的频谱时存在频谱定位不准、展宽和伪频率成分，以及所分解的模式存在混叠等问题，这严重制约了该领域的发展。项目首先基于同步压缩算法来研究太阳准周期信号频谱表征和模式分解提取技术，突破目前在太阳准周期信号处理方面所面临的困境。获取准周期信号中的噪声估计、置信度计算，及模式分解等关键技术，开发具有自主知识产权的时频分析算法来促进此领域的科学产出。依托我国的一米新真空太阳望远镜高（时间和空间）分辨率的观测数据，运用所获得算法来构建太阳黑子各本征模式的空间分布及耦合关系。以期为探究磁流体动力学波各本征模式在太阳大气中的形成和传播机制提供准确和有价值的观测证据。

对太阳黑子振荡的空间分布以及各个模式之间的关系是探究磁流体波的在太阳大气中产生和演化的重要方式之一。太阳黑子振荡模式的提取常用采用时频表征和分解的技术。目前大多是运用傅里叶变换、连续小波变换来对太阳振荡信号进行频谱表征，运用EMD及升级版来分解频谱提取振荡模式。然而，这些技术往往存在频谱表征不准确，精度低，模式混叠问题。因此，项目（1）首先运用同步压缩算法来研究频谱锐化、模式分解等技术，（2）同时运用傅里叶变换对观测信号中的红噪声进行了分析和估计，（3）然后对太阳黑子的空间分布以及各个模式之间的关系进行了研究。项目立足于同步压缩变换和太阳时频分析方法的具体需求，从而有效的解决如何从太阳观测信号中精确的提取和分解信号中存在的模式。项目的研究成果主要包括：（1）我们发现，从最低温度到较低的日冕，黑子5分钟振荡的功率在其本影周围呈圆形分布，并且随着温度的升高形状逐渐扩大，而在高日冕区域则消失，这表明在高温区域可以抑制五分钟振荡。对于3分钟的振荡，它们的能量主要分布在本影内，部分位于日冕扇环结构。（2）我们利用NVST的观测数据分析了黑子sausage模的传播过程，它们的面积和强度同相位且周期性的变化。（3）同时我们使用Hinode/SOT和SDO/AIA的数据分析了黑子本影中的亮桥和半影的关系。我们发现在亮桥两端一对蓝红移的多普勒频移块。成对的向上和向下周期性的运动意味着亮桥可能具有两足或起伏的磁场。尽管它们在光球的空间中是分开的，但这种周期性似乎是来自黑子下面的共同起源。同时项目还对太阳黑子以及相关的特征进行了准周期的分析，并取得了很多先进的研究成果，促进了在该领域的研究和发展。项目目前已发表和项目相关的SCI学术论文12篇。授权发明专利4项，申请并受理发明专利2项。共培养了6名硕士研究生并顺利毕业。