基于自动特征提取方法的太阳耀斑预报模型

在太阳耀斑预报模型中,首先需要从原始观测数据中提取刻画太阳活动区特性的物理特征参量,然后使用统计或机器学习方法寻找物理特征参量与太阳耀斑发生的关系,以达到建立太阳耀斑预报模型的目的.其中,太阳活动区物理特征的提取在整个建模过程中发挥着重要的作用,活动区物理特征的优劣直接决定着预报模型性能的高低.然而,随着机器学习技术的发展,机器学习方法中的深度学习算法能够从原始数据中自动提取特征,并建立预报模型.本文利用深度学习方法建立了一个太阳耀斑预报模型.与先提取活动区物理参量、再建立预报模型的传统机器学习方法相比较,本文所建立的预报模型具有更好的预报性能.     

结合主成分分析和支持向量机的太阳耀斑预报模型

太阳耀斑是剧烈的太阳活动现象之一,耀斑的预报对人类活动有着重要的实用价值.为进一步提高太阳耀斑的预报准确率,本文在综合考虑太阳黑子活动区参量、10.7 cm太阳射电流量等预报因子的前提下,提出了结合主成分分析和支持向量机的太阳耀斑预报模型.本模型的太阳黑子活动区参量包括黑子群面积、黑子群的Mc Intosh分类、活动区日面经度延伸、可见黑子数和黑子群的磁分类.本文首先对上述参量进行了合适的属性编码并归一化建模所需数据集,然后利用主成分分析方法提取出主要特征,应用支持向量机方法建立了耀斑预报模型.最后,本文将该模型预报结果与其他预报模型的结果进行了对比,结果验证了结合主成分分析和支持向量机的太阳耀斑预报模型是一种有效的预报模型.     

集合预报最优初值形成的四维变分同化方法

提出一种利用四维变分同化方法吸纳ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法具有明确统计意义的特点和滞后平均预报法包含多时刻初值信息的长处，来形成一组与动力模式相协调的集合预报初值的方法，以克服初值由ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法或滞后平均预报法形成的不足，改善集合预报效果，在已建立的Ｔ４２谱模式四维分同化系统基础上，对６组个例分别进行了控制，对比数值试验，结果表明，由四维变分同化方法形成集合预报初值的预报效果旬尺度上要好于滞     

新方法可提前24小时预测太阳耀斑

<正>预测太阳耀斑是困难的,因为我们并不清楚耀斑如何被触发。虽然在耀斑发生时,望远镜可以观测到并提供一些警告,但高能粒子可以在短短8分钟内到达地球——这不但可能会危及宇航员的健康,而且还会在我们作出反应之前就损坏卫星。近日,一个日本研究团队利用与太阳耀斑相关的强磁场设计的"卡帕方案",可以在太阳耀斑发生前数小时预测其发生。研究团队将该方法应用于2008年至2019年期间的数据,结果能够提前24小时预测9个最大的耀斑(被称为"X级耀斑")中的7个。这种预测太阳耀斑的新方法可以让我们在太阳耀斑发生前提前做好准备,规避潜在风险。     

太阳耀斑中的快速涨落现象

太阳耀斑是太阳物理、空间物理和地球物理共同研究的对象,它在短暂时间内释放巨大的能量,对星际空间以及地球周围环境产生很大的影响,因此太阳耀斑研究不但对了解太阳能量发射机制有帮助,对人类生活环境变化的了解也有现实意义。本期《太阳耀斑中的快速涨落现象》对太阳耀斑中各种辐射的快速涨落的观测和理论研究作了综述。     

电离层与太阳活动性关系

秉含着不同时间尺度的太阳电磁辐射变化无疑会调制电离层. 作为电离层物理的核心 问题之一, 电离层对太阳活动性的依存关系是认知电离层结构与演变的基础. 本文简要地综 述最近一些年在电离层的太阳活动性依赖特性方面取得的进展, 涉及的内容包括: (1) 在太阳 辐射的观测与太阳活动指数方面, 以电离层研究的视角评述了太阳活动指数存在的问题, 统 计证实了太阳活动指数与EUV 辐射通量间的非线性关系, 以及改进太阳活动指数的一些努 力; (2) 阐述了在不同高度电离层的太阳活动性依赖性的工作进展, 特别是最近的统计研究发 现, 随着太阳EUV 辐射通量变化, 电离层电子密度变化趋势与所在纬度、季节、地方时和高 度有关, 可区分为准线性、放大和饱和3 种类型, 取决于不同的主控物理过程; (3) 太阳活动 历史序列和23/24 太阳活动周极低展示出太阳活动性存在极端现象, 讨论了太阳辐射极端条 件下的电离层状态; (4) 在电离层的耀斑响应方面, 对全球观测数据的分析研究揭示出耀斑期 间电离层响应与一些太阳参数的统计关系, 特别是修正了以往关于电离层响应与天顶角无关 的错误论断. 利用电离层模式成功模拟了耀斑期间电离层响应的季节、地方时变化和高度差 异等的观测特征. 以上相关工作有助于理解电离层的基本过程, 并为电离层建模、预报和相 关工程应用提供指导.     

太阳中子事件的观测特征与中子能谱的计算

太阳中子事件是与耀斑活动相关的偶发性即刻粒子事件, 主要表现为地面宇宙线探测装置的计数瞬时突增. 太阳中子携带着爆发源区的物理信息: 耀斑大气的元素组成、大气高度、磁场的会聚程度以及磁流体湍动等. 相对于其他带电粒子, 中子能够不受太阳磁场和行星际磁场的束缚而直达地面. 目前, 对太阳中子事件的理论研究, 主要是通过蒙特卡罗模拟, 考虑太阳耀斑环中磁场的螺旋角散射作用和磁镜效应, 计算耀斑磁环模型里各向异性中子的产生与太阳大气高度、时间、角度和能量间的关系, 计算逃逸中子的角分布和能谱, 以及逃逸到地球附近中子的能谱. 观测方面, 主要是结合地面中子监测器记录的超出时间与空间探测到的g射线核谱线发射峰值的时间差, 利用飞行时间方法(Time of Flight Method), 考虑中子监测器的探测效率和中子在地球大气中的衰减因素, 反演日面处的中子能谱. 本文依据已确定的10例太阳中子事件, 评述基本的观测特征, 介绍相应的观测仪器, 探讨太阳中子能谱计算的两种方法(观测法和模型法), 比较不同方法获得的计算结果; 并依托羊八井太阳宇宙线探测装置(中子监测器、太阳中子望远镜), 报道对太阳中子的初步交叉探测特征(1998年11月28日GLE事件和2005年1月20日GLE事件), 指出目前亟待解决的问题.     

太阳耀斑产生前的Hα红移速度场

太阳耀斑是太阳大气中剧烈的动力学事件.在耀斑脉冲相期间,由发射光谱谱线的红不对称性计算所得的Doppler速度已经得到了广泛的研究.Fisher通过数值模拟计算认为,红不对称性是由于色球压缩区的向下运动所致.但是,在耀斑事件之前是否存在谱线的红不对称性?它与耀斑的发生是否存在着必然的联系?这对耀斑的研究和预报有着十分重要的意义.艾国祥等人对1989年太阳AR5395活动区的28次耀斑事件的观测结果进行归纳,认为:耀斑出现在0.5—2h之前的HβDoeppler红移速度区,并位于Hβ速度场反变线的红移一侧,指出无论在耀斑前或耀斑时,色球中耀斑都具有下降流的特征.我们利用南京大学太阳塔的二维CCD成像光谱仪对1993年12月26日的1N/M1.5耀斑的爆发全过程进行了Hα的CCD二维光谱观测,特别是,在耀斑初相(04:02UT)前44min(03:18UT)也获得了一幅Hα二维光谱图像,这在太阳的二维光谱观测中是十分宝贵的.所采用的Hα谱线宽度为～1.0nm,每个象元对应为0.0042nm,在图像狭缝方向的分辨率为2”00,图像视场为2.’77×1.’33.图1分别展示了耀斑爆发前,脉冲相和主相的Hα蓝翼-0.1nm等强度轮廓图.     

太阳黑子活动的守恒量预报

介绍了一种预报太阳黑子活动期的方法, 可同时预报太阳黑子峰值的发生时间和峰值大小. 通过研究太阳黑子数的变化规律, 发现了某些变量的组合在整个太阳变化时间里具有不变的性质, 即所谓的守恒量, 只要确定了周期的起始时间, 就可以较准确地预报太阳黑子峰值的发生时间. 同时, 根据太阳黑子序列的变化规律, 发现太阳黑子的峰值大小不仅与本周期初期的数据变化率有相关性, 而且与前一周期末期的变化率也有相关性. 由此引入了一个等效回归系数, 据此发展的峰值预报方法可以动态地调整预报提前量, 解决了预报精度与预报提前量的矛盾, 既保证了一定的精度, 又有效地提高了预报提前量, 约在周期上升段的一半处即可做出峰值大小的预报. 本方法预测第24次太阳活动周的极大值发生在2011年1月份.     

太阳爆发的结构和机制研讨会在南京成功召开

正太阳爆发活动是指太阳大气中磁场的剧烈变化引起的各类等离子体加热、加速和辐射增强现象,主要表现形式为日冕物质抛射和太阳耀斑,前者可抛射出巨量的磁化等离子体至行星际空间;后者可在短时间内释放出大量的高能粒子与辐射.它们是导致日地空间灾害性天气事件的重要源头.太阳爆发的研究涉及到多个重要的科学问题,包括磁     

以太阳活动区模糊分类为基础的耀斑预报的评价

笔者之一(刘绪昭)在活动区模糊分类基础上进行了太阳耀斑预报工作的尝试。在本文中,我们分析文献[1]的结果。首先,我们用相关分析讨论所选取的因子,然后引进在心理学和气象学中所用的ROC方法评定文献[1]中预报的优劣。     

太阳耀斑的磁能释放机制

磁能是太阳耀斑的主要能源,但关于磁能的释放机制却众说纷纭.以往一些太阳耀斑模型或基于电流片的磁重联,或基于无力场的不稳定性,二者分别在磁能的储存和释放方面碰到困难.最近,胡友秋导出一类具奇异电流密度面(一种电流密度趋于无限但磁场连续的弱间断)的局地四极无力场解,证明该奇异电流密度面稳定,提出奇异电流密度面发展到一定程度出现的电阻耗散和不稳定性,有可能触发无力场的磁能释放,导致耀斑发生.本文采     

一种磁重联过程的数值模拟

为了理论上解释发生在太阳大气和地球磁层中的一些爆发现象(例如,太阳耀斑、磁层亚暴等),许多作者认为大尺度空间中的微弱磁场,是导致空间等离子体中这些引人注目事件的主要能源,而磁力线重联过程是自由磁能释放的重要机制。除大量的解析研究以外,有些作者还对一些特殊情况下的磁力线重联过程进行了数值模拟和实验室研究。本文将依     

以豚草为例利用GIS和信息理论的方法预测外来入侵物种在中国的潜在分布

外来物种入侵已经对世界各国的经济、公共健康、农业生产力和生态完整性造成了越来越大的威胁, 描述和预测外来入侵物种的空间分布对物种入侵的防治和早期预警起着重要的作用. 生物多样性数据的不对称性以及生物建模过程中模型选择的不确定性给入侵物种空间建模带来了困难和局限. 本研究利用统计学和信息理论的方法, 从地学空间制图和生物建模的角度研究了外来入侵物种(以豚草Ambrosia Artemisiifolia L.为例)的潜在分布以及环境影响因子, 提出了一种改进的logistic回归模型. logistic回归模型的选择基于Akaike信息标准(AIC), 针对物种数据的不对称性, 本研究提出了一种新的频率统计的方法去划分物种源生地的适应性生存环境. 最后, 我们把在源生地建立的模型和分类标准投影到入侵地绘制了该物种在入侵地的相对适应性分布图.     

中国国家级新一代业务数值预报系统GRAPES的发展

数值预报是世界各国业务天气预报最重要的手段, 是一个国家气象综合能力的集中体现. 2000年, 中国气象局在中国气象科学研究院组建了国家气象数值预报创新基地, 建立和发展具有自主知识产权、面向21世纪的“新一代全球/区域多尺度通用同化与数值预报系统(GRAPES)”. 近年来, GRAPES取得了快速发展, 自主研究建立了从模式到同化、有限区/全球一体化的研究与业务通用的数值预报系统. 对GRAPES数值预报系统进行了简要评述, 从模式系统整体设计方面说明GRAPES数值预报系统的先进性; 从已经实现的多领域应用方面说明GRAPES数值预报系统的多种应用性; 通过区域和全球GRAPES模式的回报试验结果, 说明GRAPES数值预报系统在业务应用中的有效性.     

级联激波触发的太阳耀斑理论

随着观测特征不断积累和丰富,太阳耀斑的理论模型也越来越多。空间观测的结果似乎只要求活动区磁场是双极拱形,与大量的电流片模型不一致。耀斑过程可能并不总是一种机制。本文从理论上进一步讨论太阳耀斑的级联爆发模型。对流区的波动能量转换为活动区的横向磁场能量,由于扭转不稳定性使磁能释放,并转换为激波动能,活动区激发的级联     

ARGO-YBJ：丰富多彩的宇宙线观测*

经过5年的稳定运行,ARGO-YBJ实验积累了4 000多亿个宇宙线事例样本,利用这些宝贵的数据获得了许多重要的科学研究成果。笔者将总结ARGO-YBJ对宇宙线研究领域的贡献,包括宇宙线能谱、成分和各向异性等传统宇宙线课题,还包括许多相关的观测研究,如探索利用宇宙线监测太阳的活动,预报由太阳巨大耀斑引发的地磁暴,探索雷暴与高能宇宙线在大气中的级联反应之间的关联等。随着计划中更灵敏的新一代LHAASO实验的逐步实现,文中所介绍的所有研究都将得到显著的提高,可能在其中某些研究方向产生突破。     

太阳爆发今年最强耀斑

<正>4月15日,美国宇航局公布了一些令人惊叹的太阳图片。图片显示,今年最大规模的太阳耀斑已经爆发。此次太阳耀斑于4月11日猛烈爆发,导致地球上的无线电暂时中断。科学家表示,今年是以11年为周期的太阳活动极大年,本年中最猛烈的太阳耀斑还未发生。此次太阳耀斑被核定为M6.5级太阳风暴,这是中等级别的太阳耀斑。M6.5     

基于暗条电流演化的太阳耀斑唯象模型

1 引言观测显示耀斑的发生与暗条活动密切相关。而Van Tend和Kuperus以及以后不少作者则从理论上探讨了暗条作为活动区电流,它的演化和运动与耀斑过程的物理联系。然而,由于高质量观测资料的取得极其困难和耀斑过程的复杂性,观测和理论之间缺少定量的分析和比较。我们曾基于4个极其难得的耀斑观测资料,建立了耀斑爆发与暗条电流强度、能量变化之间的定量关系,从观测和理论两个方面加强了耀斑-暗条电流模型的地位。 1981年5月13日大双带耀斑是21周太阳峰年期间著名的耀斑之一,它具有丰富的观测     

一个新的高分辨率洪涝动力数值监测预报系统

基于简单的分布式水文模型CREST和多种卫星遥感资料及站点观测资料等,建立了一个高分辨率的动力数值洪涝灾害预报系统.该系统包含数据输入、水文模型、模式输出以及结果验证4部分.数据输入使用了高分辨率卫星遥感DEM等地表下垫面数据作为边界条件,使用时空分辨率和精度都较好的CMORPH卫星遥感降水资料作为驱动数据,驱动分布式水文模型CREST实时运行,以监测和预报中国地区尤其是无站点观测或者站点较少地区的洪涝灾害.对2008~2011年的水文基本变量后报结果结合不同流域水文站点的水文过程线分析验证表明,水平空间分辨率1 km的系统能够较好地后报中国地区的基本水文过程,能够较好地后报如实际蒸散发、土壤湿度、地表径流等基本水文变量;系统能够较好地模拟和后报河道径流量涨落过程;能够较好地后报洪峰及其对应的流量.同时,经过几次洪涝灾害事件的分析验证,表明系统能较好地监测、预报洪涝发生的时间及其影响的范围,从而可以为防灾减灾提供参考依据.