太阳风暴中磁场能量和螺度的输运

太阳风暴是对日地空间产生重大影响的物理过程。大量观测表明，耀斑-日冕物质抛射过程携带大量磁场能量，从太阳活动区输运到日地空间，从而影响人类的生存环境。在本研究中，利用地基和空间观测的太阳磁场和日地空间磁场数据，通过个例分析和统计研究，探讨从太阳活动区浮现的磁场能量向日地空间抛射的物理机制和磁场螺度的输运形式。其中包括，太阳活动区磁场的演化与能量存储和螺度的输运过程；太阳活动区的磁场能量和磁螺度输出形式与太阳耀斑-日冕物质抛射和磁云中磁场结构、磁能分布状态，以及和螺度的相关性；太阳活动区磁螺度南北半球反对称性在太阳耀斑-日冕物质抛射和磁云中的表现形式的统计特征；太阳超级活动区磁爆发活动对日地空间的影响规律。力求在上述研究中取得重要进展，为揭示太阳风暴中的磁场能量和螺度输运机制提供基础。

在国家天文台怀柔太阳观测基地等太阳矢量磁场的观测资料的基础上，进行太阳磁场和螺度理论研究。主要进展包括：分析太阳活动区磁场推论的电流螺度各向异性分布的可能性。在太阳矢量磁场和螺度观测比对和测量精确度研究上取得进展。通过对不同台站太阳矢量磁场的观测资料的分析，发现不同仪器观测资料计算螺度之间的相关性和差异；利用太阳活动区非磁势性（磁剪切、无力场因子、螺度等）众多参数进行太阳活动预报因子的探讨，取得良好地进展。首先提供了南北半球活动区尺度磁场螺度从太阳内部向上输运随太阳周的变化规律，提供了太阳活动周期间太阳黑子数和磁螺度输运两之间的相关度，同时发现太阳总输运磁螺度的振荡特性。利用长期的太阳磁场和耀斑等爆发活动的观测资料，提供太阳活动区磁场参数（如磁场剪切、结构参数、电流和螺度等）与太阳爆发的统计相关性。在太阳平均场发电机的理论框架下，结合电流螺度的输运方程，首先给出太阳表面电流螺度随太阳周变化的蝴蝶图分布特征。利用太阳发电机解析解的方法，提出太阳磁场的螺度从太阳对流区内部跨赤道输运的可能机制问题，首先给出在太阳活动周衰减阶段电流螺度南北半球同号的蝴蝶图等分布特征。采用磁场的傅立叶变换两点相关张量的各向同性表示方法。发现磁螺度谱的模数在大波数时呈现出-11/3幂定律，这意味着-5/3频谱相对于电流螺度的模量。 同时获得活动区磁能谱的幂律为-5/3。首先发现太阳活动区电流螺度和运动学螺度之间的相关性；发现太阳活动区表面下的动力学螺度曲线变化和耀斑的关系。在北京成功举办了国际太阳螺度物理研讨会（Helicity Thinkshopon Solar Physics，2013）。分别来自于法国、德国、日本、俄罗斯、乌克兰、希腊、朝鲜和瑞典以及国内太阳物理学者计四十余人参加了研讨会，分别就太阳及其他天体螺度的观测特征、螺度在发电机理论和模拟中的作用和地位、太阳螺度的起源以及同太阳耀斑、日冕物质抛射和太阳风之间的联系、螺度进一步的研究方向等问题进行了深入广泛的探讨。张洪起为该次科学讨论会的科学委员会和地方组织委员会主席。