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A dissertation submitted to National Astronomical Observatories for the Degree of Master of Philosophy with a Major In Astrophysical Science Helicity Analysis of Solar Magnetic field By Wang Xiaofan Directed by Prof. Zhang Hongqi National Astronomical Observatories Chinese Academy of Sciences 论文摘要 太阳观测是天体物理研究中一个很成功的领域，迄今为止，我们能够大致了解太阳各个层次丰富的物理信息和参数。太阳磁场观测是怀柔站在国际太阳物理界比较有影响力的工作。紧密结合矢量磁场观测进行的一系列研究工作中，非势性、螺度统计、电流和磁浮现是很有意义的工作。本文前两章作了观测方面的介绍和历史回顾，第三章研究的是太阳螺度问题。 螺度是一个几何拓扑的概念，原属于绳结理论研究的范畴。但在研究小行星和彗星运行轨道与地球轨道的嵌套问题、DNA分子链的双螺旋结构，聚合物链结构、流体拓扑等等，都涉及到螺度理论。磁场的螺度是开展很早的理论研究，尤其是在核聚变方面。太阳上的磁螺度研究是近些年来开始变得活跃的一个研究领域。由于观测和数据处理方法的进步，太阳磁螺度的观测研究有了很大进展。但在理论研究方面并无本质上的突破和发展。针对怀柔太阳磁场观测研究，本文把前人一系列的出色工作，从磁场拓扑的一个方面——螺度这个角度，作了新的概括和总结。其中包括：半球电流螺度符号统计(Bao and Zhang[23])、活动区无力因子计算(Wang and Abramenko[24])、活动区倾角(Tian等[25])等等，同时也包括了国外一些人的工作。文中结合一些典型的太阳活动现象(暗条系统、CME、耀斑爆发、磁云)，从螺度的角度进行了定性的解释和介绍。 从理论角度讲，正如近些年来的太阳物理研究一样，本文也没有本质性的理论突破和创新。从作者观点看，如下几点或许可算作本文稍显新意的地方。 探讨了近年来螺度计算方面受到关注的一些问题。通过方程指出LCT方法求得的太阳光球面螺度输运会漏掉很多浮现的螺度，再加上磁场测量本身的噪声问题。如何确定资料及处理结果的有效性是今后值得进一步研究的方向。 简要讨论了柯氏力对磁流管膨胀的影响。文中给出一个方程说明：由于在上浮过程中磁流管内外压差的变化，导致柯氏力可能与磁流管膨胀运动相耦合，从而使流管的局部螺度产生变化。不过，这种影响的积分效应如何，没有作进一步的数值计算。 将电流螺度、磁螺度、和磁场能量作了理论上的阐释和对比，为了加强对它们的认识，文中提出了四个无量纲参数。并试图将这三者在几何的意义上联系起来，寻找对于太阳磁场演化的进一步认识。 主题词: 太阳活动、太阳磁场、磁场螺度、磁场拓扑 Abstract Measurement in solar physics is one of successful field of astrophysics. Until now, plenty of physical information and parameters of many layers in the Sun are known by us. The measurement of solar magnetic field in HSOS has much effect on the field of international solar physics. There is a series of interesting research based on vector magnetogram, nonptentiality, helicity statistics, current, magnetic emergence and such. Helicity belonging to the field of knot theory in geometry is a topological quantity. Nowadays, it can be found in lots of fields including the linkage of orbits between the earth and comets or asteroids, DNA molecule structure, the chain of polymer, the topology of fluid, etc. The helicity study of