太阳活动周平均周期约为11年，可以用光球上的黑子数来表征。目前我们正处在第25个太阳活动周。从太阳活动低年到高年再到低年，黑子数先增多再减少。相应地，太阳爆发活动如日冕物质抛射(CME)和大耀斑等随着黑子数的增减而增减。太阳活动高年的CME与大耀斑明显多于低年。因而太阳活动高年时期在L1点探测到的ICME个数也明显多于低年期。不仅是ICME个数，其磁场与等离子体参数也呈现太阳活动周期性。此外，研究表明背景太阳风等离子体成分(重离子电荷态与元素相对丰度)也具有太阳活动周期性。那么ICME等离子体成分是否具有太阳活动周期性呢？如果有，ICME与太阳风成分的周期性特征是否相同呢？为了回答这些问题，我们基于ACE观测统计了1998-2011年ICME成分随时间的演化特征。

图1(a)-(f)展示了ICME内部Mg, Fe, Si, C和O电荷态参数的平均值随时间的变化，图1(g)是黑子年均数随时间的演化。可以看到所有元素的电荷态参数均呈现太阳活动周期性，具体可见每副子图中给出的各元素电荷态参数均值与黑子数之间的相关系数。这与太阳风中的情形类似。图1各子图中蓝色数字显示的是低速太阳风中相应元素电荷态参数在太阳活动高年(左)与低年(右)的均值。注图1和图2中红色竖线均表示标准偏差。

图1 ICME内部各元素电荷态参数的太阳活动周期性

图2(a)-(f)展示了ICME内部Mg, Fe, Si, C, Ne和He的相对丰度的平均值随时间的变化，图2(g)是黑子年均数随时间的演化。同样，每副子图中给出了各元素丰度均值与黑子数之间的相关系数，且各子图中蓝色数字显示低速太阳风中相应元素丰度在太阳活动高年(左)与低年(右)的均值。图2(a)-(f)同时代表了各元素丰度的FIP bias factor，(d)-(f)中的蓝色水平虚线表示光球上各元素丰度的数值，即FIP bias factor=1。从图2可以看到所有元素的丰度均呈现太阳活动周期性。

图2 ICME内部各元素相对丰度的太阳活动周期性

元素丰度统计结果发现两个特别之处：一是C/O比与黑子数之间是负相关，而其它元素相对丰度均与黑子数正相关；二是ICME和太阳风中的Ne/O比呈现大致相反的太阳活动周期性，而ICME和太阳风中其它元素的相对丰度以及电荷态参数等都呈现大致相同的太阳活动周期性。我们初步探讨了引起这两个现象的可能机制。C/O比问题很可能源自ICME和太阳风中的异常成分，Ne/O比问题则可能与光致电离相关。

除了C/O与Ne/O比外，对ICME成分的统计结果符合电荷态冻结效应、第一电离势效应以及CME模型的预期。上述研究结果已被Solar Physics接收，将于近期发表。论文作者感谢国家自然科学基金的资助。

论文题目：Solar Cycle Dependence of ICME Composition

论文链接：https://arxiv.org/abs/2106.03003