博士进展报告 (2006 级 )

1. 博士进展报告(2006级) 全日面大尺度矢量磁场的获得 和电流螺度计算 姓名：王传宇 团组：怀柔观测基地 导师：张枚 张洪起

2. 内容 以1996年9月的一个太阳旋转周为例，研究用全日面纵向磁图重构矢量磁场的方法、电流螺度随纬度的分布轮廓、以及对所用参数的依赖性。（Wang Chuanyu & Zhang Mei 2009, Current helicity pattern of large-scale magnetic field on the photosphere, Science in China, Series G, Vol. 52, No.11, 1713.） 选取23活动周的三个旋转周（两个处于太阳活动低谷年、一个处于高峰年），用同样的方法计算电流螺度随纬度的分布轮廓，检验是否有随太阳活动周的变化。

3. 简介：螺度的半球手则 已观测到的螺度符号在每个半球有一定的规律： 南半球以正螺度为主导 北半球以负螺度为主导 (Image credit: A. Pevtsov) 然而，绝大多数是在活动区观测的。

4. 同样的规则存在于活动区以外的区域吗? Pevtsov & Latushko (2000)最先研究了活动区以外的全球的电流螺度，他们的研究应用了一种重构技术：利用全日面纵向磁图重构矢量磁场。 Pevtsov & Latushko., 2000, ApJ,528：999-1003 我们使用了相同的重构技术，但是应用了不同的电流螺度分析方法，这种方法能更有效地反映出螺度的半球手则，且结果不倚赖于参数的选择。

5. 重构矢量磁场 假设大尺度磁场演化相当缓慢，即在一段时间内纵向磁场的变化只是由于在日面位置变化引起的。

6. 参数选择 较差自转: 空间分辨率: △S=184’’ 时间间隔: △t=5 days Reference:Pevtsov & Latushko., 2000, ApJ,528：999-1003

7. Snapshot heliographic maps Roger K. Ulrich & John E. Boyden., 2006, Sol. phys.,235:17-29 我们把不同时刻观测的太阳磁场合成一幅综合磁图，以表示整个太阳表面在某一个特定时刻的状态，这被称为 “snapshot heliographic map’’ （区别于传统的Carrington图）。

8. 获得的矢量磁场 构造的 snapshot heliographic maps。从上到下依次是一个太阳旋转周（近似于CR1914）的Br, Bθ ,Bφ 白色背景表示正值，分别是 ：Br (指向上), Bθ (指向北) 和 Bφ(指向左)。 等值线图对于Br和Bθ为 ± 2, 4, 8, 16, 32, 64G, 对于Bφ为±0.5, 1, 2G.

9. 电流螺度的计算: 我们的方法: 计算 hc图，然后沿着经度方向平均，获得 hc的纬度轮廓 √ Pevtsov & Latushko (2000) 方法: 先把磁场Br和Bλ沿着经度方向平均，忽略沿经度方向的变化，然后计算hc得到的沿纬度的轮廓 √

10. （我们得到的）电流螺度图 电流螺度密度图。白色背景表示正的hc值。等值线表示hc= ±0.1,0.2, 0.4, 0.8 ×10-5G2m-1. 可以发现：在南半球的活动区显示为大片的负hc值，也就是说跟周围的区域相反号。这似乎印证了Zhang (2006)的结果，即强磁场和弱磁场有着相反的螺度符号。

11. 半球规则 使用我们的方法得到的电流螺度随纬度的分布轮廓。 使用Pevtsov & Latushko方法得到的电流螺度随纬度的分布轮廓。 我们的曲线显示出清晰的半球规律：南半球为正的电流螺度符号，而北半球为负的电流螺度符号。这个规律适用于S60到N60的所有纬度。

12. 几点说明（我们的特色）: • 我们只使用了每天当中的一幅MDI磁图，不同的磁图之间没有做任何平滑。右下Pevtsov & Latushko (2000)得到的曲线使用了5个月的MDI数据平滑。 • 我们估计我们的方法给出更为清晰的趋势的原因： • 首先，有一些很有用的电流螺度信息存在于Bθ磁图中，而这些信息被Pevtsov & Latushko (2000) 忽略了。我们发现 Bθ通常大于 Bφ，并且在经度方向上有很强的变化。这表示公式中的第二项可能是较第一项更大的一项。 第二，我们的方法赋予综合磁图上的每个点以相同的权重；而Pevtsov & Latushko 的方法，由于他们在计算hc之前平均了Br 和 Bφ，因此强场的影响更加严重。尤其，这个不同之处由于强场弱场具有不同的螺度符号而被加强（如Zhang 2006中的分析）。

13. 检验结果对使用不同磁图的依赖性 在前面的图中我们使用了每天当中的第一幅磁图（这幅图中实线所画的曲线）。现在我们使用每天当中的其他磁图，构造出其他14个不同的矢量磁场的综合磁图，从而获得14个hc轮廓（点线所表示的曲线）。 15条轮廓线都清晰的显示出相同的螺度半球规则。

14. 检验结果对不同的时间间隔和不同的平滑窗口尺寸的依赖性检验结果对不同的时间间隔和不同的平滑窗口尺寸的依赖性 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184” 的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224” 的轮廓。 我们改变了△t和△S值，获得了相似的轮廓. 这说明我们的结果不倚赖于我们选择的参数。

15. 选择处于不同太阳活动周位相上的三个旋转周 • 选择三个旋转周：两个处于23太阳活动周的低谷年、一个高峰年。旋转周的起始时间分别为： • 1996年9月14日（低谷） • 2001年8月19日（高峰） • 2007年6月9日（低谷） • 以前面的工作为基础，计算矢量磁场和电流螺度随纬度的分布轮廓，检验随太阳活动周的变化。

16. 空间和地基数据比较以检验计算结果 数据选取：

17. 获得的矢量磁场（1996年9月） 构造的 snapshot heliographic maps。从上到下依次是一个太阳旋转周（起始日期1996年9月14日）的Br, Bθ ,Bφ 白色背景表示正值，分别是 ：Br (指向上), Bθ (指向北) 和 Bφ(指向左)。 等值线图对于Br和Bθ为 ± 2, 4, 8, 16, 32, 64G, 对于Bφ为±0.5, 1, 2G.

18. 获得的矢量磁场（2001年8月） 构造的 snapshot heliographic maps。从上到下依次是一个太阳旋转周（起始日期2001年8月19日）的Br, Bθ ,Bφ 白色背景表示正值，分别是 ：Br (指向上), Bθ (指向北) 和 Bφ(指向左)。 等值线图对于Br和Bθ为 ± 2, 4, 8, 16, 32, 64G, 对于Bφ为±0.5, 1, 2G.

19. 获得的矢量磁场（2007年6月） 构造的 snapshot heliographic maps。从上到下依次是一个太阳旋转周（起始日期2007年6月9日）的Br, Bθ ,Bφ 白色背景表示正值，分别是 ：Br (指向上), Bθ (指向北) 和 Bφ(指向左)。 等值线图对于Br 和Bθ为 ± 2, 4, 8, 16, 32, 64G, 对于Bφ为±0.5, 1, 2G.

20. 电流螺度hc图（1996年9月） 电流螺度密度图。白色背景表示正的hc值。等值线表示hc= ±0.1,0.2, 0.4, 0.8 ×10-5G2m-1.

21. 电流螺度hc图（2001年8月） 电流螺度密度图。白色背景表示正的hc值。等值线表示hc= ±0.1,0.2, 0.4, 0.8 ×10-5G2m-1.

22. 电流螺度hc图（2007年6月） 电流螺度密度图。白色背景表示正的hc值。等值线表示hc= ±0.1,0.2, 0.4, 0.8 ×10-5G2m-1.

23. 对电流螺度hc进行归一化 定义： 对hc进行归一化，以消除磁通量变化的影响。 （分母为径向磁场强度绝对值的平均值的平方）

24. 前面方法计算的电流螺度轮廓hc（1996年9月） 使用每天当中的不同磁图获得的15幅电流螺度轮廓 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。

25. 新方法得到的电流螺度轮廓hc*（1996年9月） 使用每天当中的不同磁图获得的15幅电流螺度轮廓 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。 可以看到归一化后的曲线轮廓值亦不受参数影响

26. KittPeak（1996年9月） 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。

27. MDI（2001年8月） 使用每天当中的不同磁图获得的15幅电流螺度轮廓 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。

28. MDI（2001年8月，显示尺度放大） 使用每天当中的不同磁图获得的15幅电流螺度轮廓 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。

29. KittPeak（2001年8月） 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。

30. KittPeak（2001年8月，显示尺度放大） 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。

31. MDI（2007年6月） 使用每天当中的不同磁图获得的15幅电流螺度轮廓 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。

32. SOLIS（2007年6月） 实线表示的是△t=5 天的轮廓，点线和虚线分别表示的是△t=3、4天的轮廓。 实线表示的是△S=184”的轮廓，点线和虚线分别表示的是△S=90” 、224”的轮廓。

33. 工作总结: 1、以1996年9月的一个太阳旋转周为例，研究了用全日面纵向磁图重构矢量磁场的方法、电流螺度随纬度的分布轮廓，以及对所用参数的依赖性。 我们使用了与Pevtsov & Latushko (2000)相同的重构技术，但是应用了不同的电流螺度分析方法，这种方法能更有效地反映出螺度的半球手则。结果表明，螺度半球手则在南北半球60度以内都成立，且结果不倚赖于参数的选择。 2、选取了23活动周的三个旋转周（两个处于太阳活动低谷年、一个处于高峰年），用同样的方法计算电流螺度随纬度的分布轮廓，检验是否有随太阳活动周的变化。 结果表明，螺度的半球手则在太阳活动的低谷年和高峰都存在，且空间和地面数据表现出相同的规律。

34. 下一步计划: 1、第二个工作成文、投稿 2、撰写博士论文，准备毕业

35. 谢谢 !