太阳暗条的自动检测及其特征分析

发布时间：2016-11-12 11:15

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《南京大学》 2015年

太阳暗条的自动检测及其特征分析

郝奇

【摘要】：太阳暗条(当出现在太阳边缘时称为日珥),是一种存在于日冕中充斥着低温高密度等离子体的结构。通常情况下,暗条的温度比周围的日冕低100倍,但密度却要高出100倍。在Hα观测中,暗条像一条拉伸弯曲的暗黑色带状物,其间伸出若干分叉、倒钩。暗条通常沿着磁场极性反转线出现,高度从色球一直延伸到日冕,这些特点使得我们可以通过研究大量暗条的演化来跟踪和分析太阳磁场。不仅如此,有时大尺度的不稳定性会破坏暗条的准静态平衡,导致暗条的爆发。因而暗条的爆发与耀斑和日冕物质抛射的产生有着千丝万缕的关系。因此,对暗条进行个例研究以及统计分析都具有重要的现实意义。近年来随着观测技术的进步和存储设备的革新,地基和空间卫星望远镜不断发展,观测数据的时间和空间分辨率不断提高使得我们需要处理海量数据。如何高效及时地处理这些数据并从中提取有效信息成为一大难题,自动检测和分析数据方法的开发显得尤为紧迫和重要。为此,我们开发了一种高效的Ha全日面暗条自动检测识别和跟踪算法。程序不仅能够检测暗条并对其特征进行识别(如位置、面积、主轴、倾角、分叉等),还能跟踪暗条每天的演化。算法主要分为三部分,第一部分是对图像的预处理,矫正原始图像；第二部分是结合Canny边缘检测算法和联通域标记算法来检测暗条；第三部分是通过形态学算法对暗条特征的识别和提取。为了测试该算法,我们将其应用于来自不同天文台、不同望远镜观测到的数据,测试结果表明算法有较高的效率和较强的鲁棒性。我们应用开发的暗条自动检测和识别程序处理了大熊湖天文台(BBSO)观测到的从1988年到2013年横跨三个太阳周的全日面Hα数据。我们希望从得到的结果分析暗条特征的统计特性。我们得到了暗条的蝴蝶图,以及显示暗条面积、主轴长度的蝴蝶图。我们也研究了暗条的数目、面积、主轴长度、倾角和分叉数目随时间、纬度的分布。暗条在不同纬度带的漂移速度,不同面积大小、主轴长度的暗条的漂移速度也分别进行了计算和分析。最后我们研究了暗条数目、以及在不同面积、主轴长度、倾角分类下的南北半球不对称性。结果表明,暗条数目随纬度的分布是双峰结构。三个太阳周内超过80%的暗条面积小于1.0×109 km2。第22太阳周期间90%的暗条主轴长度小于1.0×105 km,而在第23和24太阳周期间为80%。约80%的暗条倾角大小在区间[0°,60°]。约85%的暗条分叉数目少于5个。在低纬度带(低于50°),东北走向的暗条在北半球占主导,东南走向的暗条在南半球占主导；在高纬度带(50°～90°),西北走向的暗条在北半球占主导,西南走向的暗条在南半球占主导。第22和23太阳周的暗条在纬度方向的漂移有三个趋势：从太阳周开始到太阳活动极大,暗条主要向赤道方向漂移,漂移速度较大；太阳活动极大之后,漂移速度变得相对较小；而到太阳活动极小期附近,暗条的月平均分布变得离散,暗条向极区和赤道方向都有漂移。大部分低于50°的暗条向赤道方向漂移,高于50°的暗条向极区漂移；在50°附近的暗条,部分向赤道方向漂移,部分向极区漂移；位于高纬度75°附近也存在向赤道方向漂移的暗条。暗条数目,不同面积大小、主轴长度大小的暗条数目,以及累计的暗条面积、主轴长度的南北不对称性指数表明第22太阳周以南半球占主导,而第23太阳周则为北半球占主导。在低纬度带0°～50°的暗条倾角不对称性指数变化曲线类似正弦函数,这一结果不依赖于太阳周的变化。我们试图采用我们的自动检测算法来检测暗条主轴和分叉的手征性。为此我们将其应用于BBSO存档中的Ha观测数据以及太阳动力学天文台(SDO)上搭载的磁像仪(HMI)观测到的矢量磁场数据。我们给出了处理的四个宁静区暗条例子。我们发现暗条有时可能在它的不同位置存在不同手征性的分叉结构。位于南半球(北半球)的暗条其分叉主要为左手性(右手性)的,具有正(负)的磁螺度。通过矢量磁场,我们可以判定暗条的磁螺度。但是,如果我们采用仅以观测为经验的导线磁拱模型,有时则会得到相反的磁螺度符号。测试的结果证明我们自动检测暗条分叉手征性的算法是高效和准确的。具有唯一主轴手征性的暗条具有不同分叉手征性,说明宁静区暗条具有非常复杂的磁场结构,可能部分结构是磁绳构成,部分由具有磁凹陷的磁拱构成。我们不能仅仅通过分叉的手征性判定暗条主轴的手征性(磁螺度)。对暗条主轴的手征性判定必须结合其形态结构与磁场结构。在没有矢量磁图的情况下,根据暗条足点判定暗条主轴的手征性不一定准确,有时会导致错误的结果。

【关键词】：
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P182.2
【目录】：

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1 ;Phase shifts of the paired wings of butterfly diagrams[J];Research in Astronomy and Astrophysics;2010年11期

2 Cheng Fang;Peng-Fei Chen;Zhen Li;Ming-De Ding;Yu Dai;Xiao-Yu Zhang;Wei-Jun Mao;Jun-Ping Zhang;Ting Li;Yong-Jun Liang;Hai-Tian Lu;;A new multi-wavelength solar telescope: Optical and Near-infrared Solar Eruption Tracer (ONSET)[J];Research in Astronomy and Astrophysics;2013年12期

【共引文献】

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1 姚海龙;蔡懿慈;洪先龙;周强;;考虑拥挤度和性能的全芯片可控布线系统框架(英文)[J];半导体学报;2006年07期

2 卢新明;郑时德;;求解路网上车流径路的启发式算法[J];北方交通大学学报;1993年03期

3 王海梅;周献中;;网络系统中的最短路径分析及其应用研究[J];兵工学报;2006年03期

4 李玉鑑;徐立业;;不加权算术平均组对方法的改进及应用[J];北京工业大学学报;2007年12期

5 李玉鑑;高凯;;一种改进的NJ方法及其应用[J];北京工业大学学报;2009年02期

6 陈艳艳;王东柱;;高可靠性应急备选路径启发式搜索算法[J];北京工业大学学报;2010年09期

7 彭飞,柳重堪,张其善;车辆定位与导航系统中的快速路径规划算法[J];北京航空航天大学学报;2002年01期

8 韩继岭;非耀班期日冕瞬变的湍动加速[J];北京师范大学学报(自然科学版);1999年04期

9 赵爱华;丁志峰;;复杂速度模型的地震交切定位方法(英文)[J];Applied Geophysics;2007年04期

10 李秉智;李智;;一种新的基于Dijkstra算法的QoS组播树启发式算法[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年01期

中国重要会议论文全文数据库前10条

1 ;A Floyd-like Algorithm for Optimization of Mix-Valued Logical Control Networks[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

2 ;An Efficient Route Computation Approach for Large Graphs[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年

3 黄跃峰;钟耳顺;;权值为非负整数的稀疏图的高效APSP算法(英文)[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年

4 ;Crustal P-wave velocity distributions and metallotectonics around the North China Craton[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第四卷)[C];2008年

5 ;Fuzzy Quadratic Minimum Spanning Tree Problem[A];第二届不确定系统年会论文集[C];2004年

6 夏少刚;张建华;;运输问题的一种多项式算法[A];中国运筹学会第八届学术交流会论文集[C];2006年

7 李耀春;徐羽琼;李石坚;潘纲;;面向任务迁移的组件语义匹配机制[A];第六届和谐人机环境联合学术会议（HHME2010)、第19届全国多媒体学术会议（NCMT2010）、第6届全国人机交互学术会议（CHCI2010）、第5届全国普适计算学术会议（PCC2010）论文集[C];2010年

8 李杰;张文栋;杨卫;;双向Dijkstra算法设计与实现[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第四届学术年会论文集[C];2007年

9 易正俊;黄华;张业亭;;模糊最短路径问题及标号法的实现[A];第五届中国不确定系统年会论文集[C];2007年

10 汪毓明;曹浩;陈俊宏;郑惠南;申成龙;;太阳边缘日珥识别与追踪:可为空间天气预报服务的自动模式系统(英文)[A];中国地球物理·2009[C];2009年

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1 窦亚玲;基于直觉模糊集的多约束网络路由决策方法研究[D];华中科技大学;2010年

2 唐玉兰;伪布尔可满足性算法及其在FPGA布线中的研究应用[D];江南大学;2010年

3 冯辰;基于压缩感知的RSS室内定位系统的研究与实现[D];北京交通大学;2011年

4 王姝;名空间路由研究和源管理路由算法的分析与建模[D];北京交通大学;2011年

5 王铁军;非结构化对等网络资源定位技术研究[D];电子科技大学;2010年

6 桑永胜;空间数据分析的神经计算方法[D];电子科技大学;2010年

7 刘箐;水平集方法在预混合湍流V型火焰模拟和形状复原问题上的应用[D];浙江大学;2010年

8 张霞;无线传感器网络路由协议若干关键问题研究[D];解放军信息工程大学;2009年

9 费威;最小调整法的改进及其在经济优化中的应用[D];东北财经大学;2010年

10 薄一航;模拟人类视觉感知的行人图像显著结构的研究及应用[D];北京交通大学;2011年

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1 纪江涛;基于传感器网络的智能交通系统模型应用研究[D];山东科技大学;2010年

2 冯雪松;黑龙江省交通GIS综合管理系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 刘金盼;新闻语料库中基于概念网络的词语相关度计算[D];华东师范大学;2011年

4 陈武斌;地面自主移动机器人路径规划与测试架构研究[D];浙江大学;2011年

5 黄健美;多下一跳路由算法研究[D];解放军信息工程大学;2010年

6 陈文平;多下一跳快速自愈路由技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年

7 王兆霞;城市公交路径无线查询系统的研究与实现[D];东华大学;2011年

8 曾雷;轨交优先公交最佳路径建模及其应用研究[D];东华大学;2011年

9 肖乾才;单播路由协议快速收敛算法的研究与应用[D];电子科技大学;2011年

10 张欢;灰度图像彩色化的算法研究[D];西安电子科技大学;2011年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库前2条

1 ;Hαcounterparts of X-ray bright points in the solar atmosphere[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2012年05期

2 Ashish Goel;Arnab Rai Choudhuri;;The hemispheric asymmetry of solar activity during the last century and the solar dynamo[J];Research in Astronomy and Astrophysics;2009年01期

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1 王家龙,龚建村,佟继周,孙静兰,朱翠莲;第23太阳周的极大是否已经出现?[J];科学通报;2001年11期

2 王家龙;苗娟;刘四清;龚建村;朱翠莲;;第24太阳周太阳黑子数平滑月均值预报[J];中国科学(G辑:物理学力学天文学);2008年08期

3 王家龙;;第24太阳周将是一个低太阳周?[J];科学通报;2009年23期

4 张衡 ,叶惠莲;关于第廿和第廿一太阳周的划分[J];云南天文台台刊;1978年01期

5 胡福民,蒋明汉;太阳周的模糊分类和对22周的预报[J];空间科学学报;1985年04期

6 章公亮,徐元芳;日球参数的太阳周变化[J];Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics;1986年01期

7 张勤;第22太阳周首次大质子事件的预测[J];云南天文台台刊;1987年02期

8 高美庆,孔楠,项静恬,张桂清;第22太阳周地磁活动峰值及时间的预报(英文)[J];云南天文台台刊;1989年S1期

9 高美庆,项静恬,孔楠,张桂清;第22太阳周地磁活动峰值和时间的预计[J];空间科学学报;1990年04期

10 朱祖彦;;第21太阳周较大黑子群、耀斑的时空分布[J];科研工作报导;1981年01期

中国重要会议论文全文数据库前7条

1 高美庆;Richard Donnelly;;太阳紫外和远紫外流量太阳周变化的研究[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集（1987）[C];1989年

2 王家龙;;相似周方法对第23周黑子数预测的检验[A];第十届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2003年

3 张勤;;23太阳周的太阳辐射暴[A];第十届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2003年

4 章公亮;徐元芳;;日球参数的太阳周变化[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集（1986）[C];1989年

5 王家龙;;黑子活动水平在近极小期的演化及其预报应用[A];第十一届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2005年

6 章公亮;徐元芳;;背景及扰动太阳风的太阳周变化(Ⅰ)——基本参数及密度参数[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集（1986）[C];1989年

7 章公亮;徐元芳;;背景及扰动太阳风的太阳周变化——声速及无量纲参数[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集（1988）[C];1989年

中国博士学位论文全文数据库前1条

1 郝奇;太阳暗条的自动检测及其特征分析[D];南京大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库前1条

1 虞卫勇;地球附近1996-2012年行星际日冕物质抛射的统计研究[D];南昌大学;2014年

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