大样本活动区磁场数据的分析研究

本项目以怀柔矢量磁场望远镜逾20年（1988-2011）的观测资料和以往大量的科研工作为基础，整理一套便于国内外同行分析处理大样本怀柔矢量磁场数据的软件；进而，结合开放的高分辨的空间望远镜观测数据，深入研究太阳活动区磁场螺度特性的若干问题：（1）分析活动区中不同极性区域净电流和电流螺度之间的关系；（2）研究电流、电流螺度等参数的定量统计分布特征；（3）分析和比较光球电流螺度和日震学反演得到的对流区浅层运动学螺度的关系。通过这些课题的研究，揭示活动区中磁场螺度的物理本质，对于理解太阳内部能量的储存与传输，太阳活动周期的起源和演化等基本问题有重要的意义。

大样本活动区磁场数据的分析研究以国家天文台怀柔太阳观测基地连续两个太阳活动周期的观测资料为基础，结合研究过程中所开发的数据处理软件，针对统计研究大样本的矢量磁场数据，整理出用IDL语言编写的批处理软件。并结合当前太阳物理前沿，开展了一系列相关的研究工作，具体包括：.1）使用怀柔观测基地大样本矢量磁场数据，研究不同磁极性区域平均电流密度随时间演化和随纬度的分布，给出与电流螺度分布和演化一致的结果；.2）使用SDO/HMI观测的亚表面速度场和光球矢量磁场观测数据，研究了两个活动区运动学螺度与电流螺度演化过程中的相关性。在所研究的两个事例中，发现两种时间序列间较高的相关系数。.3）采用SDO/HMI观测的亚表面速度场，分析运动学螺度与耀斑关系的研究。数据分析结果显示在5个活动区M5.0级耀斑附近，常伴随着运动学螺度强度的突然变化。.4）前人通过研究矢量磁场资料获得的太阳活动区电流螺度半球符号法则，即螺度在北半球主要是负号占优而在南半球是正号占优。我们再一次研究这个分布特性并将电流螺度的统计分布与使用正态几率分析方法得到的高斯分布进行比较。我们发现如下观测结果：（1）对于大多数所划分的时间-纬度间隔中，电流螺度的分布接近高斯分布。（2）在一些时间-纬度间隔中，我们能够清楚地观测到显著偏离单高斯型的分布特征，而以双高斯或三高斯的形式存在。（3）对于非单高斯的情形，我们通常可以看到两个及以上的高斯成分，其中一个（通常为主要成分）有一个接近于零的平均值，这个成分对半球螺度符号法则贡献不大。另一个成分有相对较大的螺度值，通常决定Zhang等（2010）所发现的螺度分布的结构在那些区域遵循或悖于螺度半球符号法则。.5） 在已有的研究基础上，提出一个新的参数，反映了活动区中两种极性区域中各自内部两种电流相互变化。使用批处理系统，给出了该参数的蝴蝶图，并与电流螺度蝴蝶图相比较。揭示了电流螺度的符号决定于这两种电流哪个占主导。而违反半球螺度符号法则的电流常在黑子带区域的边界占主导。此外，结合SDO/HMI的两个活动区的数据，研究了此参数的演化与耀斑的关系。结果显示，大耀斑发生的时间处于该参数有显著变化的时段。