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极地科学重点实验室在极光预测建模研究方面取得进展

发布时间:2021-11-29

极光是一种在地球高纬度地区出现的大气发光现象,其是由太阳风携带的带电粒子流进入地球磁层,沿磁力线进入到地球南北两极附近,与极区高层大气不同粒子发生碰撞而激发出的不同颜色的光。美轮美奂的的极光(图1,2,3),不仅能带给游客惊喜,同时也反应了日地空间环境对地球磁层/电离层的影响。行星际磁场结构、太阳风的性质以及地球磁层的状态决定了极光出现的位置、激发的强度。而同时,极光的位置和强度能对极区电离层的状态有着显著的影响。因此,准确预报和预测极光的出现位置和强度,一直是空间天气预测预报中的研究方向之一。

图1 南极中山站极光与六角楼(极光观测栋) 摄影:胡泽骏

图2 北极黄河站极光 摄影:胡泽骏

图3 中国-冰岛联合北极科考站极光 摄影:胡泽骏

图4 Polar卫星紫外极光成像仪拍摄的北半球极光(图片源自NASA官网https://www.nasa.gov)


      近日,极区空间物理与天文研究所(筹)极地大气与空间物理学研究团队在国际主流期刊 Space Weather (地球科学1区TOP, IF 4.456)发表了“Modeling of ultraviolet aurora intensity associated with interplanetary and geomagnetic parameters based on neural networks”的研究论文(参考论文[1])。该项工作利用美国Polar卫星的紫外极光成像仪观测的极光图像数据(图4),基于两种不同的神经网络建模方法(广义回归神经网络GRNN和条件生成对抗网络CGAN),创新性的构建了利用日地空间环境中行星际磁场、太阳风速度/密度、地磁AE指数来预测北极地区极光分布和强度的两个极光模型(图5)。该项工作是先前“极光卵边界预测模型”(参考文献[2])的研究工作的进一步发展,所给出的极光预测模型可应用于空间天气预测/预报。

图5:(a) Polar卫星紫外极光成像仪拍摄的北半球极光; (b) GRNN模型预测的北半球极光;(c) CGAN模型预测的北半球极光(图片源自参考论文[1])


       该论文第一作者和通讯作者为澳门永利最老登录入口胡泽骏研究员,其他合作者分别来自于西安电子科技大学、北京应用气象研究所以及极地中心高空团队。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院先导专项的支持。


参考论文:
[1] Ze-Jun Hu, Bing Han,Yisheng Zhang,Huifang Lian,Ping Wang,Guojun Li,Bin Li,Xiang-Cai Chen,Jian-Jun Liu (2021). Modeling of ultraviolet aurora intensity associated with interplanetary and geomagnetic parameters based on neural networks, Space Weather,  
https://doi.org/10.1029/2021SW002751
[2] Hu, Z.-J., Yang, Q.-J., Liang, J.-M., Hu, H.-Q., Zhang, B.-C., and Yang, H.-G. (2017), Variation and modeling of ultraviolet auroral oval boundaries associated with interplanetary and geomagnetic parameters, Space Weather, 15, 606– 622, doi:10.1002/2016SW001530.