基于EMD的太阳南北半球黑子面积变化的模式分解研究

论文摘要

人们普遍认为,太阳上的活动表现出复杂的空间进化行为。北半球和南半球的太阳活动高度同步,形成了著名的“蝴蝶图”。然而,在最近的研究中发现太阳活动在北半球和南半球之间非常不同步。动态过程的南北异步是理解太阳活动区域的起源和演化及其在日面中的各种表现的重要主题。其中太阳黑子面积变化信号是太阳活动的一维表示方式,是非线性、非平稳的太阳活动信号,是太阳信息的载体。对于非线性、非平稳的太阳黑子面积变化信号来说,常用的信号分解方法,如傅里叶变换、小波变换等均存在一些局限性,它们都是基于带通滤波的方式来实现对信号的分解,由于分解过程受滤波窗口的大小和长度的约束,导致得到的结果存在频率泄露等问题。综上,常用的信号分解方法分解得到的信号分量不能够准确的获取信号的相位和振幅特征,失去了进一步探索信号科学内涵的意义。针对基于带通滤波信号分解方法存在的问题,本文采用经验模式分解方法（Empirical mode decomposition,EMD）实现对太阳黑子面积变化信号的分解。通过EMD方法分解得到的结果能够准确的表示信号的相位、振幅信息。本文探究了不同阈值的选择对EMD分解结果的影响,采用一种在EMD分解过程中去除端点伪像的改进方法。将改进的EMD方法应用在分解太阳黑子面积变化信号的分解上,得到了更准确的结果。根据改进的EMD分解得到的内禀模态函数（Intrinsic Mode Functions,IMFs）集合,从频率、振幅、相位三个角度来验证了太阳黑子面积变化活动的南北半球不对称性。同时将EMD方法应用在研究太阳南北半球Rieger-type周期特征的提取与相位关系分析中,通过在太阳活动周极大期内提取周期,得到了更准确的Rieger-type周期结果,对该结果进行相位相关性分析,发现并不是半球IMF分量的周期尺度越相近他们的相关性就越强。整体来说,太阳活动Rieger-type周期分量的南半球超前于北半球51天。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本文的主要内容和组织结构
•   1.4 本章小结
• 第二章 信号分解技术存在的问题及解决办法
•   2.1 存在的问题
•   2.2 解决办法
•   2.3 本章小结
• 第三章 EMD方法概述与改进
•   3.1 EMD方法原理
•   3.2 参数讨论
•     3.2.1 数据选择
•     3.2.2 包络拟合
•     3.2.3 常用的端点去伪像办法
•     3.2.4 IMF筛选停止准则
•   3.3 改进的端点去伪像办法
•   3.4 本章小结
• 第四章 EMD的准确性评价
•   4.1 数据选择
•   4.2 EMD分解加噪信号
•   4.3 其他方法分解加噪信号
•   4.4 本章小结
• 第五章 太阳活动的南、北半球不对称性分析
•   5.1 南北半球太阳黑子面积变化信号
•     5.1.1 数据选择
•     5.1.2 数据预处理
•   5.2 EMD分解信号
•   5.3 验证结果
•   5.4 南、北半球不对称性分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 南、北半球太阳黑子面积Rieger-type周期相位分析
•   6.1 数据选择
•   6.2 数据预处理
•   6.3 Rieger-type周期
•   6.4 EMD提取Rieger-type周期分量
•   6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
•   7.1 工作总结
•   7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A: 攻读学位期间成果目录
• 附录B: 攻读学位期间参与科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘伟行

导师: 冯松

关键词: 经验模式分解,相位,太阳南北半球不对称

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 天文学,电信技术

单位: 昆明理工大学

分类号: TN911.7;P182.41

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000946

总页数: 68

文件大小: 5167K

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