空間科學(xué)科普：利用機器學(xué)習(xí)進一步提升空間天氣的預(yù)報能力
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器學(xué)習(xí)方法研究發(fā)現(xiàn)，機器學(xué)習(xí)方法可以更完善地描述太陽耀斑活動區(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)報能力以及預(yù)報提前量。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一步提高預(yù)測能力，其中，深度學(xué)習(xí)能夠從海量數(shù)據(jù)中自動分析、挖掘、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律。機器學(xué)習(xí)在圖像識別、數(shù)據(jù)分類、計算機視覺等多個領(lǐng)域的應(yīng)用也趨向繁榮。
在此背景下，科研人員推測，機器學(xué)習(xí)的優(yōu)勢可以跟空間天氣預(yù)報研究相結(jié)合，促進預(yù)報先兆因子的提取和預(yù)報模型的建立，進一步提升空間天氣的預(yù)報能力。
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，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)報需求的太陽耀斑預(yù)報模型，是空間天氣預(yù)報的重點內(nèi)容。
于是，中國科學(xué)院空間環(huán)境態(tài)勢感知技術(shù)重點實驗室副研究員王晶晶、研究員劉四清等人，利用機器學(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)報建模的研究。
2019年，他們曾利用活動區(qū)中性線梯度圖像，對十二個傳統(tǒng)的耀斑先兆因子（磁通量、螺度平均值等）進行改造，將活動區(qū)中性線梯度作為權(quán)重代入了先兆因子的計算中，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)物理機制、與耀斑爆發(fā)具有很強相關(guān)性的先兆因子，對進一步提升耀斑預(yù)報的能力至關(guān)重要。
此次，科研人員利用核函數(shù)，從活動區(qū)中性線梯度圖像中成功提取了兩個新的耀斑先兆因子，并與兩個相似的傳統(tǒng)先兆因子進行對比后發(fā)現(xiàn)，新的先兆因子在用于預(yù)報強耀斑時，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)先兆因子，能夠?qū)㈩A(yù)報時間提前量提升至72小時，有利于提升耀斑預(yù)報能力以及預(yù)報提前量。該成果同時被收錄于《日球?qū)哟艌鲇^測儀科學(xué)快訊》作為亮點研究推薦。

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



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