Can the long-term hemispheric asymmetry of solar activity result from fluctuations in dynamo parameters?

Abstract

Context. The hemispheric asymmetry of sunspot activity observed possesses a regular component varying on a time scale of several solar cycles whose origin and properties are currently debated. Aims. This paper addresses the question of whether the long-term hemispheric asymmetry can result from random variations of solar dynamo parameters in time and latitude. Methods. Scatter in the observed tilt angles of sunspot groups is estimated to infer constraints on fluctuations in the dynamo mechanism for poloidal field regeneration. A dynamo model with fluctuations in the Babcock-Leighton type α-effect is designed in accordance with these constraints and then used to compute a large number of magnetic cycles for statistical analyses of their hemispheric asymmetry.Results. Hemispheric asymmetry in the simulated dynamo results from the presence of an equator-symmetric part in the oscillating magnetic field. The subdominant quadrupolar oscillations are stochastically forced by dominant dipolar oscillations via the equatorsymmetric part of the fluctuating α-effect. The amplitude and sense of the asymmetry of individual cycles varies on a time scale of the order of four dynamo-cycle periods. The variations are irregular, i.e. not periodic. The model suggests that asymmetry in the polar magnetic fields in the solar minima can be used as a precursor for asymmetry of sunspot activity in the following solar cycle.

Dynamo Model for Nort-South Asymmetry of Solar Activity

“…более чем в сто раз короче 11-летнего цикла. Тем не менее, модель динамо с кратковременными флуктуациями параметров [6] показала изменения северо-южной асимметрии на больших масштабах времени. В последующем обсуждаются происхождение и свойства возникающей в модели динамо асимметрии.…”

“…Более детальные сведения о модели можно найти в [6] Магнитное поле можно представить в виде суперпозиции его дипольной и квадрупольной составляющих: Итак, долговременная северо-южная асимметрия в нашей модели связана с согласованием фаз колебаний дипольной и квадрупольной составляющих крупномасштабного поля в течение нескольких циклов. Отсутствие периодичности в изменениях асимметрии означает, что периоды и фазы колебаний испытывают нерегулярные случайные изменения от цикла к циклу [5], но изменения разности фаз дипольных и квадрупольных колебаний происходят на масштабе времени, охватывающем несколько (в среднем 4.28 [6]) циклов. Такая ситуация связана с относительно высокой добротностью колебаний квадрупольной составляющей магнитного поля.…”

“…Если выписать уравнение для квадрупольной составляющей поля, то в нем обнаруживается источник, пропорциональный как величине дипольной составляющей поля, так и симметричной относительно экватора составляющей флуктуаций параметра  [6] (средняя величина  антисимметрична относительно экватора, а симметричная составляющая  связана исключительно с флуктуациями). В крупномасштабном магнитном поле Солнца доминирует дипольная составляющая [7].…”

“…В то же время, отсутствие изменений знака корреляционной функции северо-южной асимметрии в нашей модели динамо (рис. 7 в [6]) означает, что долговременные изменения асимметрии в модели не являются периодическими.…”

“…Изменения асимметрии в данной модели не периодические. Параметры (1) и (2) изменяются нерегулярным образом с характерным временем, охватывающим несколько -в среднем около четырех -циклов[6].…”