光球活动区磁非势性及其关联耀斑

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磁场主导着太阳的演化,磁场的非势性质与诸如耀斑、日冕物质抛射等太阳爆发活动密切相关。尽管反映磁场非势性的物理量的演化并不直接触发太阳爆发,具有强非势性和复杂性的活动区由于拥有足够可供释放的自由能量,相比简单的活动区更容易爆发。从统计角度研究磁非势性的太阳周演化及其与太阳爆发的关系,对于理解太阳活动的长期演化、预测爆发活动等是非常有用的。目前,地面望远镜由于维护及操控的便捷,非常适合于长时期的观测研究,在数据积累方面相比空间望远镜仍有其优势。  本文利用怀柔太阳观测基地太阳磁场望远镜20余年的矢量磁场数据,从统计角度研究了太阳光球活动区磁场非势性的强度随太阳活动周的演化,一并探讨了这些非势性物理量与关联耀斑的关系。基于活动区磁非势性和关联耀斑的统计关系,我们利用一种简单的通用机器学习方法检验了这些磁非势性参量作为太阳耀斑预测因子的预测性能。所得到的主要结果有:  (1)活动区的两个磁剪切角均值(△φ)和(△ψ),纵向电流密度绝对值的均值(|J2|),平均无力因子的绝对值|αav|,以及有效距离dE随整体太阳活动水平变化不显著。然而,这些参量仍能反映出活动区在太阳活动峰年较低年具有更强的非势性。  (2)电流螺度密度绝对值的均值(|hc|)、自由磁能密度均值(ρfree)、纵场加权后的有效距离dEm与平均黑子数显现出高的正相关,且三者之间也有着相对紧密的关系。三者与年均黑子数的线性相关系数都高于0.59。它们可以用于表征太阳活动水平。  (3)经纵场加权后的有效距离dEm由于加入了磁场强度信息而能更好地反映活动区的磁活动特征。  (4)这些反映活动区磁场非势性的物理量有助于提高耀斑预测、尤其是较大级别耀斑预测的预测性能。由于它们的获取仅依赖于本地观测,且它们相比于仅从视向磁场得到的物理量具有更全面的磁场信息,将它们应用于太阳耀斑的短期预测中能更高效、更可靠的得到预测结果,从而对本地观测和其他监测使用部门提供有一定价值的参考。  并且,我们在文中强调:为避免单个指标对优化过程的误导以及对结果的误用,预测结果应该被仔细地评估,注意使用多个性能指标以公平评价预测结果。如分开训练集和测试集、k-折交叉确认这样的步骤在提高预测模型的泛化能力方面是非常必要的。另外,不同数据集的内禀特性会使得同样的预测工具表现得非常不同,比较预报因子或预报方法需基于同样的数据环境才是有意义的。希望这些问题能得到实际操作人员和预测使用者的注意和重视。  本文的结果对认识活动区磁场的活动周演化、活动区磁非势性与耀斑的关系有一定的参考价值。同时,耀斑是灾害性空间天气的驱动源之一,从预测因子的角度提高耀斑预测性能,本文的结果也具有一定的参考意义和实用价值。
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