基于太阳发电机模型的磁场和电流螺度长周期演化特征研究

The study on long-term distribution characteristics of magnetic field and current helicity, has important significance for exploring the magnetic field generating mechanism and studying and predicting solar eruption activities. In view of the controversy on the variation of hemispheric helicity sign rule with solar cycle from the observational and theoretical studies, this proposal will make a detailed research on the following contents: (1) under the mean field dynamo model, to study the magnetic field and current helicity generation, transport and evolution with solar cycle in solar convection zone; (2) analyze the consistency of the vector magnetic field obtained by several vector magnetographs, summarize the distribution characteristics and law of magnetic field and current helicity with solar cycle in the solar surface; (3) using high spatial and temporal resolution data from space satellites, to study the fine structure evolution and spatial distribution of magnetic field, and the distribution characteristics of current helicity in north and south hemisphere of solar cycle 24. The characteristic of this proposal is comparing the theoretical results with the observed results, to give an clear interpretation for the scientific questions, such as whether the current helicity reverse sign at the beginning, end and minimum of the solar cycle, whether the magnetic field and current helicity distribution is anisotropic, whether the current helicity sign is opposite in the strong and weak magnetic field region. The research results will be expected to provide physical basis for the generation mechanism of magnetic field study and solar activities study and forecasting.

太阳磁场和电流螺度的长周期分布特征研究，对探索磁场产生机制以及太阳爆发活动研究和预报具有重要意义。鉴于目前观测和理论研究中关于半球螺度符号法则是否随太阳活动周变化上的争议，本项目将对以下内容进行详细研究：（1）在平场发电机模型框架下，对太阳对流区磁场和电流螺度的产生，传输以及随太阳活动周的演化进行研究；（2）对多台磁像仪的矢量磁场进行一致性分析，归纳总结太阳表面磁场和电流螺度随太阳活动周分布的特征和规律；（3）利用高时空分辨率的空间卫星数据，对第24太阳活动周的磁场精细结构演化和空间分布特征以及电流螺度的南北半球分布特征进行详细研究。本项目的特色是将理论结果和观测结果对比分析，对电流螺度在太阳活动周初期/结束期和极小期是否反号、磁场和电流螺度分布是否是各向异性、强弱场电流螺度是否反号等科学问题给出清晰解释。预期研究结果将对磁场产生机制研究以及太阳爆发活动研究和预报提供物理基础。

系统比较和分析了包括怀柔太阳观测站在内的国际最先进的空/地基矢量磁场观测资料，将分析结果用于太阳磁场演化和电流螺度空间分布特征以及随太阳活动周变化等前沿研究方向。对太阳高层大气中的爆发现象进行了详细分析。在太阳矢量磁场定标、电流螺度分布规律以及太阳爆发活动的触发机制等方面取得了重要进展和成果。主要研究进展包括：（1）分析了怀柔太阳观测站磁场数据交叉串扰和磁饱和效应，发展了一种改正光强 （I）对偏振信号（Q，U，V）的串扰的方法以及自动探测和改正磁饱和效应的方法；（2）利用多个仪器观测的矢量磁场数据，研究了太阳活动区磁场和电流螺度随空间尺度的分布。计算了活动区的电流螺度分层函数随时间的变化，探讨了不同仪器之间差异的原因；（3）利用多波段观测数据对太阳耀斑、暗条和喷流做了详细分析，发现扭缠不稳定性和磁重联对触发耀斑有重要作用，并且光球对流运动对触发磁重联起到了重要作用。上述研究成果为深入研究太阳磁场和电流螺度形成机制、太阳爆发活动的触发机制和能量释放过程以及完善太阳发电机理论奠定了良好基础。并为未来仪器数据定标积累了技术储备。取得的研究成果以学术论文的形式发表在国内外学术期刊上，项目资助发表论文8篇，待发表论文3篇，已投稿论文1篇。