Three-dimensional solar flare forecasting

Abstract

Solar flares are intense bursts of electromagnetic radiation spanning across the electromagnetic spectrum and are key drivers of space weather phenomena. They are closely linked to other solar energetic phenomena such as coronal mass ejections and energetic particle events which have the potential to cause damage to both satellite-based or ground-based critical electronic infrastructure. Hence prediction or forecasting of such events is of key value to space weather research. Traditional techniques related to solar flare forecasting have focused on studying these parameters on the photosphere, where the magnetic field measurements are routinely available. However, recent studies on magnetic helicity and proxy parameters of the horizontal gradient of the vertical magnetic field, have shown that extrapolating the vertical magnetic field data obtained at the photosphere to higher altitudes could potentially improve flare prediction time. In this connection, we decide to extend such an approach to (i) polarity inversion lines- lines that demarcate regions of oppositely directed vertical field regions on the solar surface and (ii) R-value, a filtered version of magnetic flux, computed in close vicinity of polarity inversion lines. In this thesis, these features are studied based on their magnitudes and temporal evolution, spanning across multiple heights in the low solar atmosphere (up to 3 Mm).

Οι ηλιακές εκλάμψεις είναι έντονες εκρήξεις ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκτείνονται σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και αποτελούν βασικούς παράγοντες φαινομένων του διαστημικού καιρού. Συνδέονται στενά με άλλα ηλιακά ενεργειακά φαινόμενα, όπως οι στεφανιαίες εκτινάξεις μάζας και τα ενεργητικά συμβάντα σωματιδίων, τα οποία έχουν τη δυνατότητα να προκαλέσουν ζημιά σε κρίσιμες ηλεκτρονικές υποδομές τόσο από δορυφόρους όσο και από επίγεια συστήματα. Ως εκ τούτου, η πρόβλεψη τέτοιων συμβάντων έχει καίρια αξία για την έρευνα του διαστημικού καιρού. Οι παραδοσιακές τεχνικές που σχετίζονται με την πρόβλεψη ηλιακών εκλάμψεων έχουν επικεντρωθεί στη μελέτη αυτών των παραμέτρων στη φωτόσφαιρα, όπου οι μετρήσεις μαγνητικού πεδίου είναι συνήθως διαθέσιμες. Ωστόσο, πρόσφατες μελέτες σχετικά με τη μαγνητική ελικότητα και τις παραμέτρους προσέγγισης της οριζόντιας κλίσης του κατακόρυφου μαγνητικού πεδίου, έχουν δείξει ότι η παρέκταση των δεδομένων κατακόρυφου μαγνητικού πεδίου που λαμβάνονται στη φωτόσφαιρα σε μεγαλύτερα υψόμετρα θα μπορούσε ενδεχομένως να βελτιώσει τον χρόνο πρόβλεψης των εκλάμψεων. Σε αυτό το πλαίσιο, αποφασίζουμε να επεκτείνουμε μια τέτοια προσέγγιση σε (i) γραμμές αντιστροφής πολικότητας - γραμμές που οριοθετούν περιοχές αντίθετα κατευθυνόμενων περιοχών κατακόρυφου πεδίου στην ηλιακή επιφάνεια και (ii) τιμή R, μια φιλτραρισμένη έκδοση της μαγνητικής ροής, που υπολογίζεται σε κοντινή απόσταση από τις γραμμές αντιστροφής πολικότητας. Σε αυτή τη διατριβή, αυτά τα χαρακτηριστικά μελετώνται με βάση τα μεγέθη και τη χρονική τους εξέλιξη, εκτεινόμενα σε πολλαπλά ύψη στη χαμηλή ηλιακή ατμόσφαιρα (έως 3 Mm).