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  本文關(guān)鍵詞：太陽(yáng)暗條的自動(dòng)檢測(cè)及其特征分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南京大學(xué)》 2015年

太陽(yáng)暗條的自動(dòng)檢測(cè)及其特征分析

郝奇  

【摘要】：太陽(yáng)暗條(當(dāng)出現(xiàn)在太陽(yáng)邊緣時(shí)稱為日珥),是一種存在于日冕中充斥著低溫高密度等離子體的結(jié)構(gòu)。通常情況下,暗條的溫度比周?chē)娜彰岬?00倍,但密度卻要高出100倍。在Hα觀測(cè)中,暗條像一條拉伸彎曲的暗黑色帶狀物,其間伸出若干分叉、倒鉤。暗條通常沿著磁場(chǎng)極性反轉(zhuǎn)線出現(xiàn),高度從色球一直延伸到日冕,這些特點(diǎn)使得我們可以通過(guò)研究大量暗條的演化來(lái)跟蹤和分析太陽(yáng)磁場(chǎng)。不僅如此,有時(shí)大尺度的不穩(wěn)定性會(huì)破壞暗條的準(zhǔn)靜態(tài)平衡,導(dǎo)致暗條的爆發(fā)。因而暗條的爆發(fā)與耀斑和日冕物質(zhì)拋射的產(chǎn)生有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。因此,對(duì)暗條進(jìn)行個(gè)例研究以及統(tǒng)計(jì)分析都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和存儲(chǔ)設(shè)備的革新,地基和空間衛(wèi)星望遠(yuǎn)鏡不斷發(fā)展,觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間分辨率不斷提高使得我們需要處理海量數(shù)據(jù)。如何高效及時(shí)地處理這些數(shù)據(jù)并從中提取有效信息成為一大難題,自動(dòng)檢測(cè)和分析數(shù)據(jù)方法的開(kāi)發(fā)顯得尤為緊迫和重要。為此,我們開(kāi)發(fā)了一種高效的Ha全日面暗條自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別和跟蹤算法。程序不僅能夠檢測(cè)暗條并對(duì)其特征進(jìn)行識(shí)別(如位置、面積、主軸、傾角、分叉等),還能跟蹤暗條每天的演化。算法主要分為三部分,第一部分是對(duì)圖像的預(yù)處理,矯正原始圖像；第二部分是結(jié)合Canny邊緣檢測(cè)算法和聯(lián)通域標(biāo)記算法來(lái)檢測(cè)暗條；第三部分是通過(guò)形態(tài)學(xué)算法對(duì)暗條特征的識(shí)別和提取。為了測(cè)試該算法,我們將其應(yīng)用于來(lái)自不同天文臺(tái)、不同望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的數(shù)據(jù),測(cè)試結(jié)果表明算法有較高的效率和較強(qiáng)的魯棒性。我們應(yīng)用開(kāi)發(fā)的暗條自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別程序處理了大熊湖天文臺(tái)(BBSO)觀測(cè)到的從1988年到2013年橫跨三個(gè)太陽(yáng)周的全日面Hα數(shù)據(jù)。我們希望從得到的結(jié)果分析暗條特征的統(tǒng)計(jì)特性。我們得到了暗條的蝴蝶圖,以及顯示暗條面積、主軸長(zhǎng)度的蝴蝶圖。我們也研究了暗條的數(shù)目、面積、主軸長(zhǎng)度、傾角和分叉數(shù)目隨時(shí)間、緯度的分布。暗條在不同緯度帶的漂移速度,不同面積大小、主軸長(zhǎng)度的暗條的漂移速度也分別進(jìn)行了計(jì)算和分析。最后我們研究了暗條數(shù)目、以及在不同面積、主軸長(zhǎng)度、傾角分類下的南北半球不對(duì)稱性。結(jié)果表明,暗條數(shù)目隨緯度的分布是雙峰結(jié)構(gòu)。三個(gè)太陽(yáng)周內(nèi)超過(guò)80%的暗條面積小于1.0×109 km2。第22太陽(yáng)周期間90%的暗條主軸長(zhǎng)度小于1.0×105 km,而在第23和24太陽(yáng)周期間為80%。約80%的暗條傾角大小在區(qū)間[0°,60°]。約85%的暗條分叉數(shù)目少于5個(gè)。在低緯度帶(低于50°),東北走向的暗條在北半球占主導(dǎo),東南走向的暗條在南半球占主導(dǎo)；在高緯度帶(50°～90°),西北走向的暗條在北半球占主導(dǎo),西南走向的暗條在南半球占主導(dǎo)。第22和23太陽(yáng)周的暗條在緯度方向的漂移有三個(gè)趨勢(shì)：從太陽(yáng)周開(kāi)始到太陽(yáng)活動(dòng)極大,暗條主要向赤道方向漂移,漂移速度較大；太陽(yáng)活動(dòng)極大之后,漂移速度變得相對(duì)較��；而到太陽(yáng)活動(dòng)極小期附近,暗條的月平均分布變得離散,暗條向極區(qū)和赤道方向都有漂移。大部分低于50°的暗條向赤道方向漂移,高于50°的暗條向極區(qū)漂移；在50°附近的暗條,部分向赤道方向漂移,部分向極區(qū)漂移；位于高緯度75°附近也存在向赤道方向漂移的暗條。暗條數(shù)目,不同面積大小、主軸長(zhǎng)度大小的暗條數(shù)目,以及累計(jì)的暗條面積、主軸長(zhǎng)度的南北不對(duì)稱性指數(shù)表明第22太陽(yáng)周以南半球占主導(dǎo),而第23太陽(yáng)周則為北半球占主導(dǎo)。在低緯度帶0°～50°的暗條傾角不對(duì)稱性指數(shù)變化曲線類似正弦函數(shù),這一結(jié)果不依賴于太陽(yáng)周的變化。我們?cè)噲D采用我們的自動(dòng)檢測(cè)算法來(lái)檢測(cè)暗條主軸和分叉的手征性。為此我們將其應(yīng)用于BBSO存檔中的Ha觀測(cè)數(shù)據(jù)以及太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)(SDO)上搭載的磁像儀(HMI)觀測(cè)到的矢量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。我們給出了處理的四個(gè)寧?kù)o區(qū)暗條例子。我們發(fā)現(xiàn)暗條有時(shí)可能在它的不同位置存在不同手征性的分叉結(jié)構(gòu)。位于南半球(北半球)的暗條其分叉主要為左手性(右手性)的,具有正(負(fù))的磁螺度。通過(guò)矢量磁場(chǎng),我們可以判定暗條的磁螺度。但是,如果我們采用僅以觀測(cè)為經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)線磁拱模型,有時(shí)則會(huì)得到相反的磁螺度符號(hào)。測(cè)試的結(jié)果證明我們自動(dòng)檢測(cè)暗條分叉手征性的算法是高效和準(zhǔn)確的。具有唯一主軸手征性的暗條具有不同分叉手征性,說(shuō)明寧?kù)o區(qū)暗條具有非常復(fù)雜的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu),可能部分結(jié)構(gòu)是磁繩構(gòu)成,部分由具有磁凹陷的磁拱構(gòu)成。我們不能僅僅通過(guò)分叉的手征性判定暗條主軸的手征性(磁螺度)。對(duì)暗條主軸的手征性判定必須結(jié)合其形態(tài)結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。在沒(méi)有矢量磁圖的情況下,根據(jù)暗條足點(diǎn)判定暗條主軸的手征性不一定準(zhǔn)確,有時(shí)會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P182.2
【目錄】：

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