太陽耀斑是劇烈的太陽活動現(xiàn)象，被定義為太陽表面局部區(qū)域突然和大規(guī)模的能量釋放過程。在活躍的活動區(qū)中，耀斑會連續(xù)發(fā)生，并伴隨著連續(xù)爆發(fā)的CME，可能形成如中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室劉潁研究員等人（2014，2019）提出的“完美風暴”情況，造成極端的空間天氣事件。研究同一活動區(qū)內(nèi)耀斑的連續(xù)爆發(fā)具有重要的科學意義。如何在較長的時間跨度內(nèi)選取出與同一活動區(qū)連續(xù)耀斑爆發(fā)最相關的物理參數(shù)，使其可以較為準確地指示活動區(qū)內(nèi)連續(xù)的耀斑活動，是一個重要的科學問題。

　　SDO衛(wèi)星上搭載的HMI儀器從2010年開始便對全日面的矢量磁場進行高分辨率觀測。HMI還提供了Space-weather HMI Active Region Patch (SHARP)數(shù)據(jù)集，包含一系列活動區(qū)的磁場相關參數(shù)，可作為耀斑研究和預報中的初步參數(shù)。劉潁研究員等使用了16種SHARP參數(shù)來將活動區(qū)參數(shù)化，其物理意義包括了電流螺度、垂直電流、凈電流、磁場梯度、自由能等。

圖1：耀斑包絡線示意圖。圖(a)為GOES衛(wèi)星的軟X射線通量曲線，圖(b)為對應時間內(nèi)的耀斑包絡線。

　　通常用于度量耀斑爆發(fā)的參數(shù)是GOES衛(wèi)星所測量的軟X射線通量。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，在較長的時間跨度里，軟X射線通量的不平滑度會給研究帶來困難。為了解決這一問題，我們提出了“耀斑包絡線”概念。提取出活動區(qū)中每一個大于C1.0級別的耀斑，使用其峰值流量與時間代表該耀斑，并在耀斑之間使用線性插值填充以得到關于時間的連續(xù)演化曲線（見圖1）。

　　研究人員使用相關性分析、以及Natural Gradient Boost (NGBoost)機器學習算法，來討論不同物理參數(shù)與耀斑包絡線之間的關聯(lián)程度。第一種方法通過比較耀斑包絡線與對應磁場物理參數(shù)的相關系數(shù)，來尋找與耀斑爆發(fā)更為關聯(lián)的參數(shù)。根據(jù)相關系數(shù)的平均值與方差，獲得了與耀斑包絡線最為關聯(lián)的七個磁參數(shù)，分別為：平均垂直電流螺度（MEANJZH）, 平均水平場梯度（MEANGBH）, 平均扭曲指數(shù)（MEANALP）, 總磁通量（USFLUX）, 光球?qū)悠骄杂赡埽∕EANPOT）, 平均剪切角（MEANSHR）, 水平場與垂直場的平均夾角（MEANGAM）。對于活動區(qū)AR12673的例子見圖2。

圖2: 活動區(qū)12763的不同磁場參數(shù)與耀斑包絡線之間的變化示意圖。綠色曲線為耀斑包絡線，黑色曲線為磁場參數(shù)變化曲線 (已歸一化處理)，CC代表兩曲線的相關系數(shù)。

　　第二種方法（NGBoost）是一個基于機器學習的梯度增強算法，對所計算的對象返回一個概率分布函數(shù)以及不同參數(shù)在學習過程中的重要性分布(importance distribution)。研究人員使用NGBoost算法基于16個SHARP參數(shù)來對耀斑包絡線進行計算，得到了較好的擬合結(jié)果。通過分析不同磁參數(shù)在算法中所占的重要性，研究人員得到了4個在NGBoost分析中最重要的參數(shù)，分別是：光球?qū)涌傋杂赡埽═OTPOT），光球?qū)悠骄杂赡埽∕EANPOT），總磁通量（USFLUX）， 水平場與垂直場的平均夾角（MEANGAM）。

圖3：活動區(qū)11283中所選取的8個參數(shù)在整個活動區(qū)以及PIL區(qū)域的變化與耀斑包絡線之間的關系示意圖。

　　結(jié)合相關性分析的結(jié)果，最終得到8個與耀斑爆發(fā)更加相關的參數(shù)，分別是光球?qū)涌傋杂赡埽═OTPOT）, 光球?qū)悠骄杂赡埽∕EANPOT），總磁通量（USFLUX）， 水平場與垂直場的平均夾角（MEANGAM）， 平均垂直電流螺度（MEANJZH）, 平均水平場梯度（MEANGBH）, 平均扭曲指數(shù)（MEANALP）,  平均剪切角（MEANSHR）。我們從這些參數(shù)在整個活動區(qū)的值以及在極性反轉(zhuǎn)線（PIL）區(qū)域的變化趨勢的不同，進一步分析這8個參數(shù)在物理意義上與連續(xù)耀斑爆發(fā)之間的關系（見圖3）?？梢钥吹?，大部分的參數(shù)都在耀斑發(fā)生期間發(fā)生了更為劇烈的變化。例如，與自由能相關的兩個參數(shù)（TOTPOT， MEANPOT）展現(xiàn)了耀斑爆發(fā)期間更為明顯的自由能的儲存與釋放過程，該過程在PIL區(qū)域更加明顯，這一結(jié)果同時也展現(xiàn)了PIL與耀斑發(fā)生之間的關聯(lián)。類似的在PIL區(qū)域參數(shù)變化得更加明顯的現(xiàn)象也體現(xiàn)在了水平場與垂直場的平均夾角（MEANGAM），平均水平場梯度（MEANGBH）以及平均剪切角（MEANSHR）上。除了相對變化以外，各個參數(shù)在不同區(qū)域的絕對值也很值得留意。例如，平均扭曲指數(shù)（MEANALP）表征磁場扭曲指數(shù)，在PIL區(qū)域的平均扭曲指數(shù)約為整個活動區(qū)的10倍，表示在耀斑連續(xù)爆發(fā)期間，PIL區(qū)域的磁場結(jié)構(gòu)明顯比整個活動區(qū)內(nèi)的磁場結(jié)構(gòu)更加復雜。

　　該工作發(fā)表于The Astrophysical Journal，第一作者為空間中心研究生冉豪，通訊作者為劉潁研究員，合作作者包括南京大學天文與空間科學學院郭洋副教授以及空間中心王瑞副研究員。研究結(jié)果對于理解連續(xù)耀斑發(fā)生的物理機制具有重要意義，其揭示的關鍵物理參數(shù)可用于連續(xù)耀斑的研究和預報工作。

　　Citation:Hao Ran, Ying D. Liu*, Yang Guo, and Rui Wang, Relationship between Successive Flares in the Same Active Region and SHARP Parameters, 2022, The Astrophysical Journal, 937, 43 

　　(https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac80fa)

　?。ü└澹禾鞖馐遥?/div>