Aktualisierte Vorhersage zum Verlauf des Sonnenzyklus (experimentell)
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Seit der Entdeckung des Sonnenzyklus vor über 180 Jahren wurde sein Verlauf überwacht, indem die Anzahl der Sonnenflecken und Sonnenfleckengruppen gezählt wurde, die täglich (durch ein Sonnenteleskop) auf der Sonnenoberfläche sichtbar sind. Diese täglichen Messungen werden zu einem monatlichen Durchschnitt zusammengefasst und als Funktion der Zeit grafisch dargestellt, wie durch die schwarze Linie in der oberen Abbildung angezeigt (Abbildung 1). Die blaue Linie ist eine geglättete Version dieser beobachteten Sonnenfleckenzahl, die durch Anwendung eines 13-Monats-Durchschnitts auf jeden Punkt der schwarzen Kurve erhalten wird.
Obwohl es andere quantitative Maße für den Verlauf des Sonnenzyklus gibt, verfügt keines über die 400-jährige Geschichte der Sonnenfleckenzahl. In den letzten Jahrzehnten wurden gezielte Anstrengungen unternommen, um die Berechnung der Sonnenfleckenzahl zu standardisieren und zu kalibrieren. Diese Bemühungen spiegeln sich in der International Sunspot Number wider, die vom Solar Influences Data Analysis Centre (SIDC) am Königlichen Observatorium von Belgien verwaltet und verbreitet wird.
Die Häufigkeit und Schwere von Sonnenstürmen wie Flares und koronalen Massenauswürfen nimmt mit der Anzahl der Sonnenflecken zu. Für Weltraumwetterkunden ist es daher wertvoll, über eine zuverlässige Vorhersage der wahrscheinlichen Sonnenfleckenzahl in einigen Monaten oder Jahren zu verfügen. Der in jedem Zyklus erreichte Maximalwert der geglätteten Sonnenfleckenzahl wird als Zyklusamplitude oder -stärke bezeichnet. Die Amplituden variieren von Zyklus zu Zyklus und liegen im Durchschnitt bei 178.
In den Jahren 2018–2019 beriefen NOAA, NASA und der International Space Environment Service (ISES) ein internationales Gremium ein, um die Amplitude des Sonnenzyklus 25 und das Datum vorherzusagen, an dem das Sonnenmaximum auftreten wird. Das Gremium bat die Community um Beiträge und erhielt fast 50 verschiedene Vorhersagen, die mit unterschiedlichen Unsicherheiten zu einer einzigen Vorhersage zusammengefasst wurden. Der Unsicherheitsbereich der 2019 veröffentlichten Panelvorhersage ist in Abbildung 1 als schattierter roter Bereich dargestellt.
Innerhalb weniger Jahre wurde klar, dass diese Panelvorhersage zu niedrig war und knapp über dem geschätzten Unsicherheitsbereich lag. Obwohl es aus wissenschaftlicher Sicht immer noch interessant ist, den beobachteten Fortschritt mit der Vorhersage vor Beginn des Zyklus zu vergleichen, ist eine zuverlässigere Vorhersage erforderlich, um das Potenzial für Weltraumwettergefahren genau einschätzen zu können.
Eine aktualisierte Vorhersage für die Amplitude und den Zeitpunkt des Sonnenzyklus 25 wird durch die magentafarbene Linie in Abbildung 1 dargestellt. Diese wird durch Anwenden einer Kurvenanpassung auf die verfügbaren Beobachtungsdaten (schwarze Linie) basierend auf derselben Funktion erhalten, die zur Erstellung verwendet wurde rote Linie. Mit anderen Worten: Die Parameter in der Panelvorhersage werden so angepasst, dass sie besser mit den beobachteten Daten zur Sonnenfleckenzahl übereinstimmen. Anschließend wird ein Durchschnitt zwischen der aktuellen Anpassung und einer Anpassung ohne die Daten der letzten neun Monate berechnet. Dies macht die Vorhersage robuster gegenüber kurzfristigen Trends. Auf diese Weise wird jeden Monat eine neue Vorhersage erstellt, sobald neue Daten verfügbar sind.
Die schattierten Bereiche zeigen die Unsicherheit der Vorhersage, die durch die Anwendung derselben Vorhersagemethode auf frühere Zyklen in derselben Phase in jedem Zyklus erhalten wurde (gemessen in Monaten seit Zyklusbeginn). Die drei Schattierungen zeigen insbesondere die ersten drei Quartile der Abweichungen von früheren Vorhersagen.
Dies sollte also wie folgt interpretiert werden. Es besteht eine Wahrscheinlichkeit von etwa 25 %, dass die geglättete Sonnenfleckenzahl zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft in den dunkel schattierten Bereich fällt. Ebenso besteht eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit, dass die geglättete Sonnenfleckenzahl in den mittelschattierten Bereich fällt, und eine 75-prozentige Chance, dass sie in den hellsten der schattierten Bereiche fällt.
Abbildung 2 (unten) zeigt eine ähnliche Vorhersage für die solare Emission von Radiowellen im 10,7-cm-Band (2800 MHz) . Dies wird oft als F10.7-Radiofluss bezeichnet und es wurde festgestellt, dass er stark mit der Sonnenaktivität korreliert, was ihn zu einer weiteren hervorragenden Möglichkeit macht, den Verlauf des Sonnenzyklus zu verfolgen.
Wie in Abbildung 1 stellt die schwarze Linie in Abbildung 2 die im Laufe jedes Monats zusammengestellten Beobachtungen dar, und die blaue Linie stellt eine 13-monatige Glättung dieser Beobachtungen dar. Diese Beobachtungen werden vom Dominion Radio Astrophysical Observatory in Penticton, British Columbia, Kanada, bereitgestellt. Der F10.7-Radiofluss wird traditionell in Solarflusseinheiten angegeben (1 sfu = 1,e-22 Watt pro Quadratmeter pro Hz).
Der Bereich der Panel-Vorhersage für 2019 (rot schattierter Bereich) für den F10.7-Radiofluss in Abbildung 2 wird durch Anwenden einer Umrechnung auf die durch den roten Bereich in Abbildung 1 angezeigte Vorhersage der Sonnenfleckenzahl ermittelt. Die Umrechnungsfunktion ist eine Funktion vierter Ordnung Polynom, das mit empirischen Daten kalibriert wird.
Die Quartile für die aktualisierte Vorhersage (magentafarbener Bereich) werden durch Anwenden derselben Umrechnungsfunktion auf die entsprechenden Quartilabweichungen der Sonnenfleckenzahl in Abbildung 1 erhalten. Die aktualisierte Vorhersage selbst (magentafarbene Linie) wird durch eine direkte Anpassung an die beobachtete monatliche F10 erhalten. 7 Daten.
Die neuesten Vorhersagen sowohl für die Sonnenfleckenzahl als auch für den F10.7-Radiofluss sind in der folgenden JSON-Datei enthalten. Die in dieser Datei enthaltenen Höchst- und Tiefstwerte gelten für das 50 %-Quartil (mittlere Abweichung).
Weitere Informationen zu den Beobachtungsquellen und dem Zugriff auf Daten finden Sie unter https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression
Quelle: https://testbed.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression-updated-prediction-experimental
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