叶妮祝凤荣周雪梅贾焕玉西南交通大学2010年4月

1、叶妮叶妮 祝凤荣祝凤荣 周雪梅周雪梅 贾焕玉贾焕玉西南交通大学西南交通大学2010年年4月月太阳磁场和行星际磁场的周期性研究Page 2目目 录录n 引言n 数据分析方法 统计折叠周期分析法 Lomb-Scargle傅立叶变换法 n 数据说明n 结果和讨论n 总结Page 3引引 言言n太阳磁场、行星际磁场n太阳磁场与行星际磁场的关系n磁场周期性的研究Page 4太阳磁场和行星际磁场n SMMF data: download from: /n IMF data download from: /Wi

2、lcox Solar Observatory(WSO）TRACE 探测器探测器Sayan Solar Observatory (SSO)Page 5在在GSE坐标中测量行星际磁场坐标中测量行星际磁场n X-axis：pointing from the Earth towards the sunn Y-axis：in the ecliptic plane pointing towards dusk (thus opposing planetary motion).n Z-axis：parallel to the ecliptic polePage 6数据分析方法n 统计折叠周期分析法n Lomb

3、-Scargle傅立叶变换法 0P r()11zNzMPfzeFe21200()/1/1()() /mpppjjNiipTxxmxxNTTPage 7太阳磁场分布n 1975年年2010年，磁场与太阳的年，磁场与太阳的11年活动周期相对应。年活动周期相对应。Page 8行星际磁场分布行星际磁场分布n 磁场的大致分布为磁场的大致分布为-20nT到到+20nT之间，主要集中于之间，主要集中于- 5nT到到5nT之间。之间。Page 9用统计折叠法分析太阳磁场用统计折叠法分析太阳磁场n 周期变化范围为周期变化范围为2-100天，周期变化步长为一天天，周期变化步长为一天n 可以看出在可以看出在27天处

4、天处 出现极大值，即太阳磁场有出现极大值，即太阳磁场有27天的周期天的周期n 在在T=41处也有比较明显的峰值出现（通过进一步分析知为处也有比较明显的峰值出现（通过进一步分析知为T=14的贡献），的贡献），由于由于27天周期对之后的折叠有贡献，所以天周期对之后的折叠有贡献，所以54，81天处也有峰值出现天处也有峰值出现Page 10用统计折叠法分析行星际磁场用统计折叠法分析行星际磁场周期变化为周期变化为2-100天，变化步长为天，变化步长为一小时一小时Bx、By有都在有都在13.5，27.17天处有天处有明显周期，之后的峰值为明显周期，之后的峰值为13.5和和27.17天周期的贡献天周期的贡献

5、Z轴与太阳自转轴方向相同，轴与太阳自转轴方向相同， Bz无无明显周期性明显周期性Page 11用用Lomb-Scargle傅立叶变换分析太阳磁场傅立叶变换分析太阳磁场n 归一化功率谱密度在归一化功率谱密度在26.90天处出现极大峰值，天处出现极大峰值，13.5天处也有峰值出天处也有峰值出现，现，8.95天处有较小峰值，虚警概率判断显示，天处有较小峰值，虚警概率判断显示，26.90天处的虚警概天处的虚警概率接近率接近0，而，而13.5天处虚警概率为天处虚警概率为4.580336e-12，8.95天处虚警概率天处虚警概率为为4.237935e-02。n 26.90天处和天处和13.5天处周期信号可

6、靠性很高，而天处周期信号可靠性很高，而8.95天处的周期信号天处的周期信号有一定可靠性。有一定可靠性。Page 12用用Lomb-Scargle傅立叶变换分析行星际磁场傅立叶变换分析行星际磁场n 对于对于BxBx，归一化功率谱密度在，归一化功率谱密度在27.1527.15处出现极大峰值，处出现极大峰值，13.513.5天处也有峰值天处也有峰值出现，虚警概率判断显示，出现，虚警概率判断显示，27.1527.15天处天处的虚警概率接近的虚警概率接近0 0，而，而13.513.5天处虚警概天处虚警概率为率为2.679048e-072.679048e-07。n 对于对于ByBy，归一化功率谱密度在，归

7、一化功率谱密度在27.1527.15处出现极大峰值，处出现极大峰值，13.613.6天处也有峰值天处也有峰值出现，虚警概率判断显示，出现，虚警概率判断显示，27.1527.15天处天处的虚警概率接近的虚警概率接近0 0，而，而13.613.6天处虚警概天处虚警概率为率为4.185670e-094.185670e-09。n 对于对于BxBx和和ByBy两处周期信号都有很高的两处周期信号都有很高的可靠性。与太阳磁场不同，在可靠性。与太阳磁场不同，在8.98.9附近附近没有发现明显的周期信号。没有发现明显的周期信号。Page 13对太阳磁场的周期拟合对太阳磁场的周期拟合n 对太阳磁场的两处周期对太阳

8、磁场的两处周期13.5天天和和26.90天分别做周期拟合。拟天分别做周期拟合。拟合结果显示，太阳磁场周期为合结果显示，太阳磁场周期为13.62天和天和27.13天，拟合函数天，拟合函数分别为：分别为：-5.832 * sin（2*3.14/13.62 *（ t 2.514）-0.0829 和和 -6.561*sin（2*3.14/27.13* （t + 2.969）-0.9725。n 从从27.13天的拟合可以看出，天的拟合可以看出，13.62天的周期信号对天的周期信号对27.13天天的周期有贡献。的周期有贡献。Page 14对行星际磁场对行星际磁场X分量的周期拟合分量的周期拟合n 对行星际磁

9、场的周期拟合对行星际磁场的周期拟合结果显示，结果显示，Bx的周期为的周期为13.46天和天和27.19天。拟合天。拟合函数分别为：函数分别为：0.3788*sin(2*3.14/13.46 （t 3.168）) + 0.1057，和和 -0.449*sin(2*3.14/27.19 （t + 3.61）) + 0.04862.Page 15对行星际磁场对行星际磁场Y分量的周期拟合分量的周期拟合n 对行星际磁场的周期拟合对行星际磁场的周期拟合结果显示，结果显示， By的周期为的周期为13.60天和天和27.17天。拟合天。拟合函数分别为：函数分别为： -0.2723*sin(2*3.14/ 13

10、.60 *（ t + 1.521）) 0.03316, 和和 0.6737*sin(2*3.14/27.17 *（t + 0.9547）)+0.06371Page 16结果和讨论结果和讨论n 统计折叠周期分析法和统计折叠周期分析法和Lomb-Scargle傅立叶变傅立叶变换法分析显示：太阳磁场和行星际磁场的换法分析显示：太阳磁场和行星际磁场的x、y方方向分量都具有向分量都具有13.5天和天和27天左右的周期。经虚警天左右的周期。经虚警概率判断两处周期信号都为真实周期信号。而太概率判断两处周期信号都为真实周期信号。而太阳磁场可能还具有阳磁场可能还具有9天左右的周期，对于该周期还天左右的周期，对于

11、该周期还需要进一步分析。需要进一步分析。Page 17结结 论论n 地球轨道面（黄道面）上行星地球轨道面（黄道面）上行星际磁场呈扇形结构，每一扇形际磁场呈扇形结构，每一扇形区域中的太阳磁场极性相同，区域中的太阳磁场极性相同，相邻扇区的磁场极性相反。相邻扇区的磁场极性相反。n 由于此扇区与太阳一起每由于此扇区与太阳一起每27天天转一周，所以就有转一周，所以就有27的行星际的行星际磁场周期。由于扇区的旋转，磁场周期。由于扇区的旋转，每经过大约每经过大约13.5天观测点转为天观测点转为处在相对的扇区，会观测到同处在相对的扇区，会观测到同一极性的行星际磁场。所以行一极性的行星际磁场。所以行星际磁场有星际磁场有13.5天左右的周期。天左右的周期。n 对于太阳磁场的周期现象，也对于太阳磁场的周期现象，也可以做类似的解释。可以做类似的解释。Page 18下一步工作下一步工作n