Güneş leke çevriminin modellenmesi ve kaotik özelliklerinin incelenmesi
Analysis of chaotic features and modelling of sunspot cycle
Yazar: VOLKAN SARP
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KILÇIK
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uzay Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences

Özet:
Güneş aktivitesinin yapısı ve bu aktiviteye sebep olan süreçler henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Bunun yanında, gelişen teknoloji, başlıca kaynağın güneş olduğu uzay havası etkilerine gün geçtikçe daha da hassas bir duruma gelmektedir. Bu çalışmada, güneş aktivitesinin kaotik dinamiklerini incelemek amacıyla faz uzayı analizi, Hurst üsteli ve korelasyon boyutu teknikleri güneş leke sayıları zaman serisine uygulanmıştır. Yapılan faz uzayı incelemelerinde kaotik süreçlerin temsilcisi olan çekici oluşumlarına rastlanmıştır. Hurst üstelinin hesaplanan değeri (0.86) incelenen zaman serisinin yüksek derecede uzun dönemli hafızaya sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır ve bu da yine kaotik süreçlerin beklenen bir özelliğidir. Korelasyon boyutu tekniğiyle yapılan incelemeler sonucunda ise güneş leke sayılarına etki eden 6 farklı süreç olduğu belirlenmiştir. 
Deneysel dinamik modelleme, altında yatan süreçlerin tam olarak belirlenemediği sistemlerin modellenmesinde ve tahmininde kullanılan yeni bir yaklaşımdır. Bir sistemi modellemek için kullanılan denklemler yerine, bu yöntemde sistemden alınan bir ölçümün zaman serisindeki düzenler açığa çıkartılarak kullanılır. Bu yaklaşım güneş leke sayılarına uygulanmış ve son beş leke çevriminin (20, 21, 22, 23 ve 24) gözlenen değerleri ile uyumlu tahminler elde edilmiştir. Bunun yanında deneysel dinamik modelleme yaklaşımında dış değer biçme amacıyla kullanılan ve güneş çevrimi tahminlerinde oldukça popüler olan bir algoritmanın (Simplex Projection) performansını arttıran yeni bir parametre (tahmin başlangıç noktası) tanımlanmıştır. Bu yeni parametrenin de kullanılmasıyla 25. Güneş leke çevrimi için bir tahmin oluşturulmuştur. Bu tahmine göre sıradaki çevrimin çift maksimuma sahip bir çevrim olması, ilk maksimumun Şubat-Mayıs 2024 arasında 70-100 arasında düzleştirilmiş aylık ortalama leke sayısıyla gerçekleşmesi ve ikinci maksimumun Kasım 2025-Şubat 2026 arasında 87-93 arasında düzleştirilmiş aylık ortalama leke sayısıyla gerçekleşmesi beklenmektedir.

ANAHTAR KELİMELER: Doğrusal olmayan yöntemler, Güneş çevrimi, Kaos, Tahmin, Uzay Havası

Abstract:
The nature of solar activity and the processes that cause it are not yet fully understood. However, developing technology is becoming more and more vulnerable to the effects of space weather, where the main source is the sun. In this study, phase space analysis, Hurst exponential and correlation dimension techniques were applied to sunspot number time series in order to investigate the chaotic dynamics of solar activity. In the phase space analysis, the attractor formations which are representative of the chaotic processes are encountered. The calculated value of Hurst exponent (0.86) reveals that the examined time series has a high level of long-term memory which is also an expected feature of chaotic processes. As a result of the studies made by correlation dimension technique, it is determined that there are 6 different processes affecting the sunspot numbers. 
Empirical Dynamic Modelling is a new approach to modelling and predicting systems that underlying processes are not fully defined. Instead of a set of equations used to model a system, in this method patterns are searched and used by analyzing time series of a system variable. This approach was applied to sunspot number time series and the prediction results were consisted with observed values of the last five sunspot cycles (20, 21, 22, 23 and 24). In addition, a new parameter (prediction starting point) has been defined that improves the performance of an extrapolation algorithm (Simplex Projection) which is very popular in solar cycle predictions. Using this new parameter, a prediction for the 25th sunspot cycle was created. According to this prediction, it is expected that the next cycle will be a double peaked cycle. The first maximum is expected to occur between February and May 2024 with smoothed monthly mean sunspot number between 70-100. The second maximum is expected to occur between November 2025 and February 2026 with smoothed monthly mean sunspot number between 87-93.

KEYWORDS: Chaos, Non-linear methods, Prediction, Solar Cycle, Space Weather