中文摘要：

磁螺度在理想磁流体中是守恒的，在磁雷诺数足够大的磁重联中也是近似守恒的，在目前有限层次磁场信息的观测条件下，是一个很好的描述太阳磁场属性的参量。磁螺度的传输对应着在太阳大气中非势磁场能量的积累过程，在这个过程中积累的磁场能量为太阳爆发现象提供了动力。目前利用观测到的光球磁场就可以计算得到太阳大气中积累的磁螺度，最近的研究进展也揭示了活动区的浮现阶段对磁螺度积累的重要性。本课题拟利用在23太阳活动周中积累的浮现活动区的数据，研究浮现阶段磁螺度积累过程与太阳爆发现象之间的相关性，寻找有效的太阳活动预报参数；另一方面由于磁螺度的守恒特性，光球层的磁螺度积累反映了在太阳内部磁场产生的过程， 拟利用MDI综合磁图研究在23太阳活动周中大尺度长时标的磁螺度传输的特征，进一步揭示太阳发电机过程。 本课题力求从短时标、中小尺度和长时标、大尺度两个方面理解磁螺度与太阳活动的关系，有望取得重要进展。

结论摘要：

磁螺度是一个描述太阳磁场拓扑性质的参量。磁螺度的传输对应着在太阳大气中非势磁场能量的积累过程，它的守恒性质反映了在太阳内部磁场产生的过程。 本研究课题力求从短时标、中小尺度和长时标、大尺度两个方面理解磁螺度与太阳活动的关系，并与德国马普太阳系研究所合作，展开对磁螺度的一些数值模拟工作。 在长时标、大尺度方面，我们使用MDI的1996年到2009年的795张综合磁图和96分钟的67000张全日面磁图，使用局部相关跟踪方法计算了23太阳活动周的磁螺度传输。主要结果包括半球螺度法则仍然成立；一个太阳活动周磁螺度传输量定10^46Mx^2量级，活动周磁螺度传输的振荡特征和净的磁螺度传输不等于零，对现有的太阳发电机理论模型提出了观测上的约束和一定的挑战。 在短时标、中小尺度方面，通过筛选太阳23太阳活动周的活动区数据，我们首次细致研究了一次浮现、一次爆发、快速消失的新浮活动区，该活动区在磁场、H-alpha、软X射线、极紫外波段和磁螺度参量的演化特征，验证了不同日冕物质抛射模型的有效性。研究结果表明了磁螺度对于浮现磁流存在着上限，得到了不稳定性发生时磁螺度存在的可取值，为进一步数值模拟角度理解日冕物质抛射提供了有效的输入参量。 在如上观测研究的基础上，从理论方面我们系统完整解决了三维空间中相对磁螺度数值计算的问题， 并独立开发了相应的数值计算模型。与德国马普太阳系研究所太阳系等离子体理论和模拟团组合作，使用我们开发的数值计算模型，首次研究数据驱动的三维磁重联MHD数值模型中磁螺度的演化，验证了数值计算模型的可靠性，同时也发现了与观测中得到的磁螺度与磁通量关系式相一致。该相对磁螺度计算模型已被列入由位于瑞士的国际空间科学研究院资助的国际“太阳磁场磁螺度观测和计算工作组”参考模型，并得到了国际专家的好评。 综上所述，本项目完成了项目申请时提出的研究内容，从观测和理论两方面取得了一定的进展，为进一步研究打下了良好的基础。