Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Гелиофизика и физика солнечной системы

Диссертационная работа:

Золотова Надежда Валерьевна. Синхронизация пятнообразования северного и южного полушарий Солнца : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.03.03 / Золотова Надежда Валерьевна; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т]. - Санкт-Петербург, 2008. - 125 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-1/268

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

1 Асимметрия пятнообразовательной деятельности на Солн
це. Классический и современный подходы
16

  1. Введение 16

  2. Солнечные пятна. Индексы пятиообразовапия 17

  1. Международные числа Вольфа и индекс числа групп пятен 18

  2. Индекс суммарной площади солнечных пятен .... 23

1.3 Асимметрия пятиообразовапия.

Обзор литературы 26

  1. Хронология исследований 26

  2. Характеристические периоды NA 33

  1. Обосповапие применения теории синхронизации 35

  2. Синхронизация, как явление 36

  3. Методология рекуррентных графиков 38

1.6.1 Геометрия рекуррентных графиков 41

1.6.2 Кросс-Рекурреитиые Графики 43

  1. Преобразование Хафа 46

  2. Вейвлет- и кросс-вейвлет-анализ 52

  3. Разложение по эмпирическим модам 57

2 Асинхронизация пятнообразовательной деятельности на
Солнце
60

  1. Сравнительный анализ NA и LOS 60

  2. Статистический анализ фазовой асипхропизации 65

  3. Вековой ход фазовых расстроек

пятпообразоваиия 70

2.4 Асинхронизация па малых временных

масштабах. Применение преобразования Хафа 74

  1. Трассирование синхронизации с помощью кросс-вейвлетпого преобразования и EMD 78

  2. Обсуждение результатов 83

  3. Выводы 85

3 Асинхронизация в конце XVIII столетия 87

  1. Обзор литературы 87

  2. Фазовая асинхронизация в 4-м и 20-м циклах солнечной активности 93

  3. Обсуждение результатов 98

  4. Выводы 102

Заключение 104

Литература 107

Введение к работе:

В диссертации представлен новый подход к выявлению и анализу рассогласования пятнообразования между северным и южным полушариями Солнца. Работа выполнена в рамках теории синхронизации сложных систем. Основной акцент сделан на исследование фазовой асимметрии пятнообразования в полушариях. Предложен сценарий развития солнечной активности в случае больших фазовых расстроек.

Актуальность темы

Понимание природы и причин, вызывающих солнечную цикличность, а также умение предсказывать основные характеристики нового цикла на основе исторических данных с использованием основных физических принципов являются важными задачами астрофизики. Несмотря на то, что солнечный цикл изучен довольно детально и разработаны модели динамо-процессов предположительно играющих ведущую роль в генерации солнечной цикличности, описание солнечной активности не является полным, а предсказание и вовсе редко венчается успехом. В частности, разброс в предсказании начала и максимума наступающего 24-го цикла остается довольно значительным.

Циклы пятнообразовательной активности в полушариях различаются по фазе, амплитуде и длительности. В течение более чем ста лет, исследователи стремились показать, что такая асимметрия не является случайной. Сегодня уже проводится динамо-моделирование раздельно для двух полушарий Солнца. Однако такие попытки будут оставаться спекулятивно-теоретическими до тех пор, пока не будет дан ответ на вопрос, каким закономерностям следует асимметрия, в предположении, что она не является случайным процессом. Сложности в решении данной проблемы начинаются уже на этапе составления индексов асимметрии. Традиционно используемый нормированный индекс содержит большое количество ложных гармоник, обязанных своим происхождением амплитудному доминированию одного процесса над другим. Таким образом, необходимо пересмотреть подход к описанию и анализу асинхронного поведения северного и южного полушарий Солнца.

Настоящая работа представляет собой новый подход в описании североюжной асимметрии с точки зрения теории синхронизации сложных динамических хаотических систем. Здесь использование термина "синхронизация" не является строгим, но позволяет качественно и количественно описать временные рассогласования между полушариями. Предлагается метод оценивания

"фазовой асинхронизации" деятельности полушарий и проведено ее исследование на исторических рядах данных.

Поскольку солнечный цикл в большей степени является пространственно-временным явлением, нежели просто временным, то необходимо, чтобы результаты исследования индексов асимметрии согласовались с результатами, полученными из анализа широтного распределения пятен. Такой подход может быть полезным при объяснении выдающейся асимметрии в минимуме Маундера, разрешении загадки 4-го цикла перед минимумом Дальтона и других.

Цель настоящей работы

Провести исследование асимметрии пятнообразования между северным и южным полушариями в рамках теории синхронизации. Выделить фазовую составляющую асимметрии. Определить масштабы, на которых синхронизация является существенной. Определить характеристические масштабы фазовых рассогласований, оценить их значимость. Провести сравнение полученных результатов с другими мерами асимметрии.

Исследовать пятнообразование в 4-м цикле с точки зрения фазовой асинхронизации. Определить количественные характеристики циклов по полушариям, определить величину их рассогласования.

Защищаемые положения

  1. Показано, что северо-южная асимметрия солнечной активности состоит из двух компонент: амплитудной и временной. Предложен новый способ трассирования временных рассогласований солнечной активности полушарий с использованием кросс-рекуррентного, кросс-вейвлетного и других видов нелинейного анализа.

  2. С использованием среднемесячных рядов площадей пятен для северного и южного полушарий с 1874 по 2004 год, показано, что временная асимметрия обладает регулярным поведением во времени. На масштабах сравнимых с длиной солнечного цикла синхронизация является сильной. Суммарная временная задержка в пятнообразовании в 19-20-м циклах максимальна и достигает 3-х лет, тогда как в среднем запаздывания не превышают двух лет. Показано, что синхронизация не прослеживается на масштабах менее месяца.

  3. Лидирование одного из полушарий сохраняется в течение 35-40 лет. На

интервале с 1874 по 2004 год смена лидера имела место в 1928 году (максимум 16 цикла) и 1968 году (минимум между 19 и 20 циклами). Показано, что долгопериодный ход временной асимметрии находится в противофазе с распределением солнечных пятен по широтам (с так называемым магнитным экватором).

4. Предложена модель развития пятнообразования в 4-м аномально длинном цикле солнечной активности (1785-1800 гг.), накануне минимума Дальтона, согласно которой запаздывание в начале 4-го цикла достигает 4,5 лет. Максимумы пятнообразования сильно различаются по высоте — амплитуда запаздывающего полушария сравнима с амплитудами последующих циклов минимума Дальтона.

Научная новизна

  1. Впервые использована идея синхронизации для описания северо-южной асимметрии пятнообразования. Впервые для анализа солнечной цикличности привлекаются методики кросс-рекуррентного и кросс-вейвлетного анализов.

  2. Впервые предложена количественная мера для обнаружения фазовых расстроек северо-южной пятнообразовательной активности. Определены ее параметры, выявлен длиннопериодный тренд. Показано, что переход между 19-м и 20-м циклами является уникальным (с 1874 года) с точки зрения фазовой асинхронизации. Суммарное запаздывание за этот период достигает порядка трех лет.

  3. Впервые определены масштабы, на которых устанавливается синхронизация пятнообразования во времени и по частотному разложению. Показано, что высокочастотные компоненты солнечного сигнала демонстрирует стохастическое поведение, модулированное 11-летним циклом. Высокая фазовая синхронизация прослеживается только по низкочастотной компоненте.

  4. Установлено, что чередование лидирования между северным и южным полушариями находится в противофазе с колебаниями магнитного экватора, определяемого по широтному распределению пятен.

5. Впервые предложен сценарий развития фазовой асинхронизации пятно-образования в 4-м цикле, объясняющий аномальную его длину и затянувшуюся ветвь спада. Определены параметры циклов по полушариям. Показана качественная аналогия с фазовой асинхронизацией между 19-м и 20-м циклами, показана уникальность этих циклов.

Практическая ценность

Результаты данного исследования могут быть направлены для выяснения природы и механизмов асимметрии солнечной активности и короны в целом. Также результаты могут быть полезны для понимания причины появления в истории Солнца длительных минимумов солнечной активности, построения динамо-моделей и предсказания солнечной активности.

Личный вклад автора

Автор принимал участие в постановке задачи, выполнении тестовых экспериментов и численных расчетов, обсуждении. Основные результаты являются оригинальными и получены лично автором либо при непосредственном его участии.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

Май 2004 V конференция "Проблемы геокосмоса", Санкт-Петербург, Россия; Июнь 2004 223 симпозиум MAC "Мультиспектральные исследования солнечной активности", Пулково, Санкт-Петербург, Россия; Июль 2005 IX пулковская конференция "Солнечная активность, как фактор комической погоды", Пулково, Санкт-Петербург, Россия; Июль 2005 X МАГА ассамблея, Тулуза, Франция; Сентябрь 2005 XI европейская конференция по солнечной физике "Динамика Солнца: проблемы теории и наблюдений", Леувен, Бельгия; Сентябрь 2005 I семинар по рекуррентным графикам, Потсдам, Германия; Март 2006 — XIII научная школа "Нелинейные волны — 2006", Нижний Новгород, Россия; Май 2006 VI конференция "Проблемы геокосмоса", Санкт-Петербург, Россия; Август 2006 — XXVI генеральная ассамблея MAC, Прага, Чешская Республика; Сентябрь 2006 X Пулковская конференция по физике Солнца, посвященная памяти В.И.Макарова; Июнь 2007 V потсдамская конференция "Меридиональные потоки, дифференциальное вращение, солнечная и звездная активности", Потсдам, Германия; Июль 2007

— XI пулковская конференция "Физическая природа солнечной активности и прогнозирование ее геофизических проявлений", Пулково, Санкт-Петербург, Россия; семинары кафедры физики Земли физического факультета СПб-ГУ, Санкт-Петербург, Россия; семинар ГАО РАН, Пулково, Санкт-Петербург, Россия.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 статей из них 5 статей — в реферируемых журналах, 6 статей — в трудах международных конференций и одно учебно-методическое пособие.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, и списка литературы из 193 наименований, содержит 125 страниц машинописного текста, включая 29 рисунков и 2 таблицы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net