太阳哺育着地球,人类仰望着太阳。当我们用望远镜仔细观察太阳时,发现它并不是永恒不变的,太阳上常常发生一些瞬变现象,人们称之为太阳活动。长时间的观测,发现太阳活动具有周期性,最明显的太阳活动周期是1 1年。太阳活动中最引人注目的是太阳爆发活动,这是一种剧烈能量释放过程,如果正对地球,会产生灾害性空间天气,影响空间探测和地面通信等人类活动。包括太阳耀斑、暗条爆发、日冕物质抛射在内的太阳爆发活动被认为是同一物理过程磁重联的不同表现形式。虽然各种模型可以解释太阳爆发的诸多观测现象,然而爆发前磁场能量是通过哪种方式积累的?爆发的具体触发机制是什么?爆发过程中的能量又是如何释放的?目前在这些太阳物理的核心前沿问题上仍存在很大争议。本论文的主要内容是,利用日冕磁场重建和磁流体力学模拟的方法,探索具体的太阳活动事件源区的‘暗条热通道’系统和‘日珥冕穴’系统的磁场结构和演化过程,以期望加深对爆发的触发与能量积累和释放过程的理解。论文最后利用最新发展的人工神经网络方法探究建立不同太阳观测之间的映射的可能性,进一步又延伸到提高太阳观测图像质量。综上所述,本论文主要的研究可以分为两方面:探究太阳爆发活动的物理过程和探索辅助太阳观测的新方法。下面展示这两方面的结果。当一组磁力线绕着某个主轴缠绕时,就形成了所谓的磁通量绳(磁绳)结构。磁通量绳是宇宙中普遍存在的基本等离子体结构,在太阳爆发过程中普遍存在,而且磁绳在爆发的能量存储和释放过程中均起着至关重要的作用。SDO 卫星发射成功后,观测发现了太阳活动区日冕中的‘热通道’结构,许多学者认为其很可能是磁通量绳特征物,但是由于尚无日冕磁场常规测量,所以一直无法对‘热通道’结构的物理本质及磁场结构给予直接回答。我们研究了四个具有‘暗条热通道’系统的活动区太阳耀斑事件。首次通过基于观测的磁场建模成功重建了符合观测中的‘热通道’的磁场结构,并对重建的磁场模型中的‘磁通量绳’与观测中的‘热通道’和‘暗条’之间的对应关系进行了初步探讨与比较。观测发现,在‘暗条热通道’系统中,S形的热通道位于暗条上方,两者在爆发前成对出现。热通道的形成大约需要几个到几十个小时,在此期间,两个J形的剪切磁拱发生磁重联形成S形的热通道。热通道形成后一般保持大约几十分钟的稳定状态,然后爆发形成日冕物质抛射。然而底部的暗条在热通道形成之前已经存在,并未随热通道的爆发而爆发。我们用磁通量绳插入法构造了一系列的磁场模型,与观测比较后,发现最适模型中包含一个带有双曲磁流管结构的磁通量绳。在双曲磁流管结构上方的磁力线与热通道相对应,其下方的磁力线对应暗条磁场。在SOL2014-04-18事件中,与观测中的热通道一致的磁力线位于磁绳上方,其余三个事件都可以用经过磁绳中心位置的磁力线模拟观测到的热通道。磁绳中心的高度位于19.8兆米到46兆米之间,其中SOL2012-07-12事件中磁绳高度最高,为46兆米。这个事件中热通道的投影效应可以用于解释观测中发现的双层结构。通过增加轴向磁通量构造出的磁场演化模型与观测中的热通道形成过程相符,表明热通道可能是由磁重联增加轴向磁通形成的。进一步,借助磁流体力学模拟,我们分析了‘日珥冕穴’系统中的磁重联。这一系统与‘暗条热通道’系统类似,核心都是一个磁通量绳。不同之处在于,‘日珥冕穴’系统多在宁静区日面边缘被观测到,而‘暗条热通道’系统多出现在日面中心的活动区。在‘日珥冕穴’系统中有一个热的冕穴,包围着一个日珥,日珥上方有牛角结构,牛角结构中心存在一个热核心。我们发现这一系统从准平衡态到爆发的过程可以分为四个阶段:准静态阶段、慢速上升阶段、快速上升阶段和传播阶段。在准静态阶段,磁绳几乎静止,直到磁绳上方出现双曲磁流管结构后,磁绳与上方束缚场之间发生磁重联,该重联削弱了磁绳上方磁场的束缚,进而驱动磁绳进入慢速上升阶段。一旦磁绳上升进入电流环不稳定性区域,快速上升阶段开始,随后磁绳下方出现双曲磁流管结构,快速耀斑磁重联在此处发生。当磁绳上升到大约一个太阳半径高度时,其加速度下降到大约为0 km/s2,因而进入传播阶段。该模拟重现了一类日珥爆发的全过程,尤其能加深我们对宁静区太阳日珥爆发过程的理解。最后,我们探究了利用条件限制的生成对抗网络建立从输入集(A)到目标集(B)之间映射的可能性,并且定义了映射的上限和下限。当输入集(A)和目标集(B)相同时,我们称为AA映射;不同时,为AB映射。AB映射中包含随机映射,其输入集中图像为随机像素值图像。我们首先训练了 8组从GONG的Hα图像到AIA的8个波段图像的AB映射。得到伪造的AIA图像与实际观测AIA图像类似。在活动区和日珥等大尺度结构上伪造AIA图像与实际观测AIA图像一致,然而小尺度的日冕环和暗条细丝无法被重现。进一步,我们用AA映射和随机映射展示了所有AB映射的上限和下限,并用4种评测函数定量比较。最后,我们发现AA映射有提高图像信噪比的效果,AA映射处理后的图像峰值信噪比大于三张实际观测AIA图像叠加的峰值信噪比。但是这种降噪效果还需用其他类型的数据和神经网络进行验证。在这个工作基础上,我们进一步开展了两个工作:1.探索了利用条件限制的生成对抗网络从地面观测到的Hα图像得到HMI磁图的可能性;2.利用专门为图像降噪设计的神经网络self2self对HMI磁图进行降噪。初步均得到了正面的结果。综上所述,‘暗条热通道’系统和‘日珥冕穴’系统的核心结构都是磁通量绳。我们首次通过基于观测的磁场建模,成功重建了符合观测中的‘热通道’的磁场结构。发现‘暗条热通道’系统的磁场结构是带有双曲磁流管结构(HFT)的磁通量绳。其中HFT结构上方的磁力线对应观测到的‘热通道’,而下方的磁力线环绕着暗条。进一步磁场建模研究表明热通道可能是由磁重联增加轴向场形成的。我们用磁流体力学模拟的方法研究了太阳宁静区的‘日珥冕穴’系统中磁通量绳的结构和演化,重现了日珥爆发的四个阶段,发现磁绳与其上方束缚场的磁重联和磁绳下方的耀斑磁重联分别在慢速上升阶段和快速上升阶段起主要作用。上述工作有助于加深对太阳爆发源区的磁场结构和爆发机制的理解。最后关于条件限制的生成对抗网络在太阳观测图像中的应用,我们指出了这一方法的局限性,给出了生成结果的上限和下限。进一步我们探讨了神经网络深度学习在数据降噪方面的应用。