空間科學(xué)科普：利用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)一步提升空間天氣的預(yù)報(bào)能力
5月12日，記者從中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（簡稱空間中心）獲悉，空間中心研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以更完善地描述太陽耀斑活動(dòng)區(qū)中性線梯度圖像特征，提取出新的耀斑先兆因子，有利于提升耀斑預(yù)報(bào)能力以及預(yù)報(bào)提前量。該成果日前發(fā)表于《天體物理雜志》。
近年來，隨著理論和算法的飛速發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)可以更快速地處理復(fù)雜、多維度的數(shù)據(jù)，也可以通過篩選特征和融合模型進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)能力，其中，深度學(xué)習(xí)能夠從海量數(shù)據(jù)中自動(dòng)分析、挖掘、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律。機(jī)器學(xué)習(xí)在圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)分類、計(jì)算機(jī)視覺等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也趨向繁榮。
在此背景下，科研人員推測(cè)，機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)可以跟空間天氣預(yù)報(bào)研究相結(jié)合，促進(jìn)預(yù)報(bào)先兆因子的提取和預(yù)報(bào)模型的建立，進(jìn)一步提升空間天氣的預(yù)報(bào)能力。
作為空間天氣中的重要現(xiàn)象，太陽耀斑及其伴隨或引發(fā)的太陽質(zhì)子事件、日冕物質(zhì)拋射事件，可能引發(fā)劇烈的空間環(huán)境擾動(dòng)，嚴(yán)重威脅到航天器和衛(wèi)星的安全。研究太陽耀斑爆發(fā)的先兆因子，建立起滿足空間天氣業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)需求的太陽耀斑預(yù)報(bào)模型，是空間天氣預(yù)報(bào)的重點(diǎn)內(nèi)容。
于是，中國科學(xué)院空間環(huán)境態(tài)勢(shì)感知技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員王晶晶、研究員劉四清等人，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，開展了太陽耀斑爆發(fā)的先兆因子提取，以及太陽耀斑預(yù)報(bào)建模的研究。
2019年，他們?cè)没顒?dòng)區(qū)中性線梯度圖像，對(duì)十二個(gè)傳統(tǒng)的耀斑先兆因子（磁通量、螺度平均值等）進(jìn)行改造，將活動(dòng)區(qū)中性線梯度作為權(quán)重代入了先兆因子的計(jì)算中，提取了一組新的耀斑先兆因子。結(jié)果表明，新穎的、可反映太陽耀斑爆發(fā)物理機(jī)制、與耀斑爆發(fā)具有很強(qiáng)相關(guān)性的先兆因子，對(duì)進(jìn)一步提升耀斑預(yù)報(bào)的能力至關(guān)重要。
此次，科研人員利用核函數(shù)，從活動(dòng)區(qū)中性線梯度圖像中成功提取了兩個(gè)新的耀斑先兆因子，并與兩個(gè)相似的傳統(tǒng)先兆因子進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，新的先兆因子在用于預(yù)報(bào)強(qiáng)耀斑時(shí)，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)先兆因子，能夠?qū)㈩A(yù)報(bào)時(shí)間提前量提升至72小時(shí)，有利于提升耀斑預(yù)報(bào)能力以及預(yù)報(bào)提前量。該成果同時(shí)被收錄于《日球?qū)哟艌?chǎng)觀測(cè)儀科學(xué)快訊》作為亮點(diǎn)研究推薦。

太陽耀斑爆發(fā)（中科院國家空間科學(xué)中心供圖）
相關(guān)論文信息：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab7b6c
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab441b



關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【科學(xué)防控】，學(xué)習(xí)疫情相關(guān)科普知識(shí)
?