课题基金 / 基金详情

基于活动区光球磁特征参数图像的太阳耀斑预报建模研究

批准号:
42074224
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
王晶晶
学科分类:
行星物理学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王晶晶

项目摘要

结项摘要

王晶晶的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
太阳耀斑及其伴随或引发的太阳质子事件、日冕物质抛射事件,可能引发剧烈的空间环境扰动,严重威胁到航天器和卫星的安全。当前耀斑预报模型仍面临预报能力有限、预报时间提前量短的问题,主要受到三个方面的影响:活动区图像信息利用的不充分、缺乏新颖有效的先兆因子、预报建模方法有待进一步优化。本项目将基于与耀斑具有强相关性的磁场梯度、垂直电流、螺度、自由磁能、剪切角、中性线梯度等活动区光球磁特征参数的图像,利用深度学习方法提取可以表征活动区磁场特性、反映太阳耀斑爆发物理机制的时序特征,进一步研究活动区的演化特征和太阳耀斑爆发的物理机制;针对具有较强空间环境效应的强太阳耀斑,分析和筛选与耀斑爆发具有强相关性的先兆因子;利用机器学习方法开展太阳耀斑预报建模研究,有针对性地对子模型进行训练、优化和融合,建立满足空间天气业务预报需求的太阳耀斑预报模型,进一步提升耀斑预报的能力和预报时间提前量。
英文摘要
Solar flare is one of the most important sources to cause hazardous space weather. During flare eruptions, magnetic free energy is released vigorously from the solar surface and gets converted into plasma thermal energy, kinetic energy as well as particle radiation though magnetic reconnections and other physical mechanisms. Large amount of plasma, sometimes accompanied by heavy radiation dosage, arrives at the Earth within a few hours after the flare onset, threatening our navigation, communications, control systems, and the instruments of the spacecraft. Studying the active regions (ARs) of the Sun could potentially help to predict solar flare onset and contribute to space weather prediction. In this project, we propose to implement a deep-learning algorithm to extract the features that can describe the photospheric magnetic properties of the ARs. This method paves its way out of the fundamental and deduced physical parameters of the ARs, including magnetic gradient, vertical current, helicity, free energy, shear angle, and polarity inversion lines. The evolution of ARs and the physical mechanisms of solar flares will be explored extensively based on a time series analysis of the above extracted features. Considering that strong flares have a much more significant impact on the space weather, the precursor factors that are strongly related to flare eruptions will be specifically chosen to develop sub-models for forecasting purpose based on the machine-learning algorithm. The forecasting model to be developed by targeted training, optimization, and staking methods of machine-learning could thus support a variety of space weather products and be used to predict solar flares specifically.
太阳耀斑等太阳爆发活动,可能会对航天器、卫星及地球空间环境造成严重影响。因此,耀斑预报建模成为减灾防护的关键手段。项目组在三个方面取得了重要进展:利用深度学习提取活动区演化特征的新颖先兆因子;结合先验知识和深度学习先兆因子构建耀斑预报模型;构建并评估面向业务化的耀斑预报模型。.首先,通过深度学习技术从活动区光球磁特征参数图像中提取耀斑先兆因子,以探究活动区演化特征与耀斑爆发的物理机制。利用异常识别算法寻找强耀斑爆发前活动区磁场的“异常”演化信息,定位爆发先兆;采用机器学习方法对比分析活动区磁特征参数和中性线区域内的磁特征参数与耀斑爆发的关系,从二维光球磁特征参数时间序列中提取直接相关的磁特征演化信息;运用三维卷积神经网络从活动区磁特征参数视频数据集中提取包含图像直观信息及复杂信息的先兆因子。.其次,基于磁特征参数与耀斑爆发的高相关性,结合先验知识和深度学习提取的新先兆因子构建了耀斑预报模型。融合深度学习提取的先兆因子和先验知识(如活动区R值、磁类型分类信息)构建多模态输入的耀斑预报模型;针对初发耀斑和持续爆发耀斑的不同特点,构建两个独立模型并融合为两阶段预报模型以提升预报性能;针对耀斑爆发数据集的不平衡问题,提出选择性上采样方法构建平衡数据集,验证表明该方法显著提升了模型对小样本的学习能力。.最后,构建了面向业务化的耀斑预报模型,分别针对活动区时序数据和全日面进行建模,并开展应用评估。构建活动区时序数据的耀斑预报模型,基于二维活动区磁特征参数时序数据集,重点评估不同时序输入长度对模型效果的影响,探讨较短时序输入是否会降低预报能力以及最优的时序输入长度;构建全日面耀斑预报模型,考虑到活动区在日面边缘受投影效应影响较大,而现有模型多基于日面中心区域活动区构建,重点评估模型在边缘区域和中心区域的预报效果差异,探讨边缘区域对模型预报能力的影响,评估其在业务预报中的可用性。
基于自动探测技术的日冕物质抛射三维形态和演化研究
国内基金
海外基金