Руководитель проекта:
Степанов Родион Александрович, д.ф.-м.н., в.н.с. ИМСС УрО РАН (г. Пермь)
Основные исполнители:
Кузанян Кирилл Михайлович, д.ф.-м.н., в.н.с. ИЗМИРАН (г. Москва)
Клиорин Натан Иосифович, к.ф.-м.н. (PhD habil), профессор Университета Бен-Гурион (г.Беер-Шева, Израиль)
Обридко Владимир Нухимович, д.ф.-м.н.; г.н.с. ИЗМИРАН (г. Москва)
Задачи проекта:
В Проекте рассматриваются отдельные задачи по направлениям экспериментальных измерений, численного моделирования и анализа наблюдательных данных, результаты которых используются для построения уточненной модели солнечного динамо, включающей механизмы нерегулярного поведения цикла магнитной активности Солнца. Предстоит решить ряд комплексных вопросов. Накопленная база лабораторных измерений полей скорости и имеющиеся возможности проведения новых экспериментов с конвективной турбулентностью, управления вкладом силы Кориолиса, интенсивностью и характером крупномасштабной циркуляции (за счет изменения геометрии ячейки) позволяют изучить вопрос о механизмах генерации псевдоскалярных составляющих корреляционного тензора пульсаций поля скорости. Решение этих вопросов подводит нас к новой научно значимой задаче о роли спиральности в динамо процессе. Результаты лабораторных измерений в этом вопросе будут задействованы впервые. Полученные в проекте 2021 результаты прямого численного моделирования конвективной турбулентности позволяют детально исследовать распределение структур по пространственно-временным масштабам. Проблема состоит в том, что ключевым этапом построения модели среднего (или крупномасштабного) поля является процедура разделения масштабов или эквивалентная ей гипотеза, подразумевающая такую возможность. В Проекте 2025 мы ставим новую амбициозную задачу - исследовать какая из известных моделей будет адекватно описывать сложную нерегулярную динамику крупномасштабной циркуляции в ячейке 2:1:1, обнаруженной в Проекте 2021. Текущая солнечная активность проходит фазу максимума 11-летнего цикла, который оказался значительно выше ранее сделанных оценок, предсказанных на основе поведения значений полярного (полоидального) магнитного поля в минимуме активности. Поэтому, особый интерес представляет определить то, в какой степени текущая фаза роста солнечной активности отклоняется от известных закономерностей. Ответ на этот новый и актуальный вопрос поможет нам установить дополнительные особенности нерегулярной динамики солнечной активности, которым необходимо уделить внимание в рамках численного моделирования солнечного динамо. Анализ механизмов нерегулярного поведения цикла магнитной активности Солнца планируется провести в рамках обобщения и детализирования простейших моделей генерации магнитного поля на основе теории динамо средних полей: 2D динамо модель с учетом эволюции магнитной спиральности. Новыми аспектами в будущих моделях будет использование механизма альфа^2 динамо и реалистичного профиля плотности и дифференциального вращения. Основная цель расчетов - получить потоки магнитной спиральности и сравнить с потоками токовой спиральности в солнечных наблюдениях. Дальнейшее обобщение на 3D. Численные решения магнито-конвективной задачи с целью изучения вклада неосесимметричных мод (активные долготы) в генерацию осесимметричного поля. Подход к прогнозированию солнечной активности на основе искусственных нейронных сетей, обученных по данным наблюдений числа солнечных пятен и численного решения нелинейной модели солнечного динамо имеет логическое продолжение. Планируется использовать подход, основанный на нейродифференциальных уравнениях. Суть подхода состоит в том, что для описания наблюдаемого процесса составляется дифференциальное уравнение, параметризуемое нейронной сетью. Далее, это уравнение решается обычными численными методами, решение сравнивается с целевым значением, и измеряемая ошибка используется для корректировки уравнения. С помощью нейродифференциальных уравнений можно замкнуть систему, состоящую из наблюдаемых индексов солнечной активности и моделей динамо, задающих распределение магнитных полей и исследовать устойчивость решений этой системы, т.е. прогноза индексов солнечной активности.
Препринты статей, находящихся на рецензировании:
Neural Differential Equations for the Solar Dynamo, отправлено в Physical Review E
Материалы по теме:
Прогнозирование солнечной активности
База данных PIV-измерений полей скорости в турбулентных конвективных течениях
База данных прямого численного моделирования турбулентных конвективных течениях