Flare forecasting and feature ranking using SDO/HMI data
我们在这里描述的应用程序的机器学习方法的耀斑预测使用的属性向量提取的图像提供的日震和磁成像仪在太阳动力学天文台(SDO/HMI)。我们还讨论了如何使用该方法来定量评估这些属性对预测过程的影响。
2018-12-18 astro-ph.SR
A Comparison of Flare Forecasting Methods. IV. Evaluating Consecutive-Day Forecasting Patterns
成功预测耀斑的一个关键挑战是预测“耀斑平静”和“耀斑活跃”之间的过渡期。在本系列早期研究的基础上(Barnes et al. 2016; Leka et al. 2019 a,b),我们描述了耀斑预测比较工作的方法,细节和结果,我们在这里重点关注多日期间的预测结果(成功和失败)模式。一种新的分析开发,以评估预测成功的情况下,捕捉的第一个事件的耀斑活跃期,反之亦然,正确预测下降耀斑活动。我们以图形和定量的方式展示了这些评估方法,因为它们提供了快速的比较评估和详细分析的选项。对于2016-2017年的测试间隔,我们确定了三个不同事件历史的两天二分预报结果的相对频率分布(即,事件/事件、无事件/事件和事件/无事件),并使用它来突出预测方法之间的性能差异。在所有预测方法中确定了一种趋势,即第1天的高/低预测概率在第2天保持高/低,即使燃烧活动正在过渡。对于M级和更大的耀斑,我们发现,明确包括持久性或以前的耀斑历史计算预测有助于提高整体预测性能。还发现,使用磁性/现代数据可以改善捕捉第一事件/第一无事件转变的能力。最后,15%的主要(即,M级或以上)的耀斑天在测试间隔有效地错过了由于缺乏观测仪器远离地球-太阳线。
2020-01-21 astro-ph.SR
A Comparison of Flare Forecasting Methods. II. Benchmarks, Metrics and Performance Results for Operational Solar Flare Forecasting Systems
太阳耀斑是太阳系中能量极大的现象。它们的辐射,特别是短波长的辐射,会突然急剧增加,立即产生影响,促使人们进行太阳物理学和空间天气研究,以了解太阳耀斑,从而能够对其进行预测。随着数据和算法的显著改进,必须提出关于预测性能如何的问题;至关重要的是,我们必须提出如何严格衡量性能,以便严格衡量任何改进。基于早期开发的方法(Barnes等人,2016年,论文I),区域预警中心和研究机构的国际代表于2017年聚集在日本名古屋大学空间-地球环境研究所,首次直接比较了操作太阳耀斑预测方法的性能。采用多种定量评估指标,重点和讨论的评估方法,业务预测的限制。许多方法的表现一直高于“无技能”水平,尽管哪种方法得分最高是耀斑事件定义和所用指标的决定性函数;没有单一的赢家。在本论文系列中,我们通过检查实施细节来询问为什么性能不同(Leka等人,2019,论文III),然后我们提出了一种新的分析方法来评估预测误差的时间模式(Park等人,2019,论文IV)。通过这些工作,该团队提出了一种定义明确且强大的方法,用于评估研究和操作框架中的太阳耀斑预测方法,以及当今的性能基准,可以将改进和新方法进行比较。
2019-07-05 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.data-an
Feature Selection on a Flare Forecasting Testbed: A Comparative Study of 24 Methods
Georgia State University(乔治亚州立大学)
太阳耀斑的空间天气分析(SWAN-SF)是一个多变量的时间序列基准数据集,最近创建的服务于太阳物理学界作为一个测试平台的太阳耀斑预测模型。SWAN-SF包含54个独特的功能,与24个定量功能计算的光球磁场地图的活动区,描述他们以前的耀斑活动。在这项研究中,我们第一次系统地解决了量化这些特征与耀斑预测这一雄心勃勃的任务的相关性的问题。我们为预处理、特征选择和评估阶段实现了一个端到端的流水线。我们采用了24个特征子集选择(FSS)算法,包括多变量和单变量,监督和无监督,包装器和过滤器。我们在方法上比较了不同的FSS算法的结果,无论是在多变量时间序列和矢量化格式,并测试其相关性和可靠性,在可能的范围内,通过使用选定的功能耀斑预测看不见的数据,在单变量和多变量的方式。我们总结了我们的调查报告的最佳FSS方法在其top-k功能,并分析的结果。我们希望我们研究的可重复性和数据的可用性能够使未来的尝试与我们的发现和它们本身相比较。
2021-09-30 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.LG
A Comparative Analysis of Machine-learning Models for Solar Flare Forecasting: Identifying High-performing Active Region Flare Indicators
太阳耀斑造成不利的空间天气,影响空间和地球技术。然而,由于缺乏任何独特的耀斑触发器或单一的物理路径,预测耀斑以及严重的空间天气的难度更大。研究表明,多种物理特性有助于活跃区域耀斑的潜力,使挑战更加复杂。机器学习(ML)的最新发展使高维数据的分析成为可能,从而导致越来越好的耀斑预测技术。然而,高性能耀斑预测的共识仍然难以捉摸。在迄今为止最全面的研究中,我们对四种流行的ML技术(k-最近邻,逻辑回归,随机森林分类器和支持向量机)进行了比较分析,通过训练这些从太阳动力学天文台(SDO)上的日震和磁成像仪(HMI)获得的磁性参数,以整个太阳周期24。我们证明了逻辑回归和支持向量机算法在预测活动区燃烧潜力方面表现非常好。逻辑回归算法返回$0.967 \pm 0.018$的最高真实技能分数,可能是任何严格参数研究所达到的最高分类性能。通过比较评估,我们确定了总电流螺旋度,总垂直电流密度,总无符号通量,R_VALUE和总绝对扭曲等磁性是表现最好的耀斑指标。我们还介绍和分析了两个新的性能指标,即严重和明确的空间天气指标。我们的分析限制了最成功的ML算法,并确定了对活跃区域耀斑生产力贡献最大的物理参数。
2022-11-02 astro-ph.SR
JW-Flare: Accurate Solar Flare Forecasting Method Based on Multimodal Large Language Models
State Key Laboratory of Solar Activity and Space Weather, NAOC(国家天文台太阳活动与空间天气重点实验室);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院云南天文台)
针对太阳耀斑预测的挑战性问题,本文提出首个专门训练的多模态大语言模型JW-Flare,通过微调太阳活动区文本参数与磁场图像,在测试中实现X级耀斑全识别,性能优于传统模型,还证实了缩放定律的领域有效性,推动预测规模与精度提升。
2025-11-12 astro-ph.SR
Forecasting Solar Flares by Data Assimilation in Sandpile Models
预测太阳耀斑仍然是空间天气研究中的一个重大挑战,目前没有任何技术能够产生可靠的预测,其效果大大超过气候学。在本文中,我们提出了一种使用数据同化与计算成本低廉的元胞自动机(称为沙堆模型)相结合的耀斑预测技术。我们的数据同化算法使用模拟退火方法找到一个最佳的初始条件,再现以及能量释放的时间序列。我们提出并实证分析了三个沙堆模型的预测能力,即卢和汉密尔顿模型(LH)和两个确定性驱动的模型(D)。尽管它们的随机元素,我们表明,确定性驱动的模型显示模拟事件之间的时间相关性,数据同化的必要条件。我们提出了我们的新的数据同化算法,并证明了它的成功同化雪崩模型本身产生的合成观测。然后,我们将我们的方法应用到GOES X射线时间序列的11个活动区域产生了多个X级耀斑在其生命周期的过程中。我们证明,对于这样大的耀斑,我们的数据同化方案大大增加了成功的“全清除”的预测,相比模型气候学。
2022-06-27 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.space-ph
Planetary statistics and forecasting for solar flares
有迹象表明,行星的相对运动和高能太阳耀斑的出现之间存在着重要的联系。根据过去四十年的记录,分析突出了数据中的显著特征和缺乏随机性。初步应用机器学习方法进行预测的预测能力进一步支持了这些迹象。
2020-06-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Flares Forecasting Using Time Series and Extreme Gradient Boosting Ensembles
空间天气事件可能对包括航空、卫星、石油和天然气工业以及电力系统在内的若干领域造成损害,导致经济和商业损失。太阳耀斑是最重要的事件之一,指的是突然释放的辐射,可以在几小时或几分钟内影响地球的大气层。因此,值得设计高性能的系统来预测此类事件。虽然在文献中有许多方法用于耀斑预报,仍然缺乏共识的技术用于设计这些系统。寻求建立一些标准化,同时设计耀斑预测,在这项研究中,我们提出了一种新的方法来设计这样的预测,进一步验证极端梯度提升树分类器和时间序列。该方法依赖于以下定义良好的基于机器学习的管道:(i)单变量特征选择;(ii)随机超参数优化;(iii)不平衡数据处理;(iv)分类器截止点的调整;以及(v)操作设置下的评估。为了验证我们的方法的有效性,我们设计和评估了三个概念验证模型预测$\geq C$级耀斑提前72小时。与基线模型相比,这些模型能够在业务预报情景下将其真实技能统计(TSS)得分显著提高0.37(预测未来24小时内的耀斑),0.13(预测24-48小时内的耀斑)和0.36(预测48-72小时内的耀斑)。除了增加TSS外,该方法还导致ROC曲线下面积显着增加,证实我们改善了分类器的正面和负面召回,同时减少了误报数量。
2020-05-06 astro-ph.SR
A Comparison of Flare Forecasting Methods. III. Systematic Behaviors of Operational Solar Flare Forecasting Systems
最近在日本名古屋大学空间-地球环境研究所举办了一个由国际合作研究中心赞助的研讨会(2017年10月31日至11月2日),以定量比较当今运行的太阳耀斑预测设施的性能。在本系列论文I(Barnes et al. 2016)的基础上,在论文II(Leka et al. 2019)中,我们描述了这项最新比较工作的参与方法,评估方法,并提出了定量比较。在本文中,我们专注于广泛的实施差异的背景下进行评估的方法的行为和性能。承认短的测试间隔和少量的方法可用,我们确实发现预测性能:1)通过包括持久性或先前的耀斑活动,区域演变和人类“循环中的预报员”来改善; 2)通过将数据限制在盘中心观测值而受到伤害; 3)可能受益于长期统计,但主要是在与现代数据来源和统计方法相结合时。这些趋势可以说是微弱的,必须在许多警告的情况下看待,正如本文和论文II所讨论的那样。根据目前的工作,我们在论文IV中提出了一种新的分析方法来评估这两种类型的预测误差的时间模式(即,遗漏和误报; Park et al. 2019)。因此,最重要的是,这一系列的论文,我们展示了技术,以促进比较,建立性能积极的方法。
2019-07-05 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.data-an
Forecasting the Remaining Duration of an Ongoing Solar Flare
在太阳耀斑期间,太阳X射线辐照度显著提高,这可能导致由于电离层中原子的电离而导致无线电中断。由于太阳耀斑的持续时间与耀斑的大小无关,目前还不清楚这些停电能持续多久。使用一个随机森林回归模型训练的数据从X射线光变曲线,我们已经开发出一种直接预测方法,预测多久的事件将保持在背景水平以上。我们测试了大量的耀斑观测与GOES-15,并表明,它一般优于简单的线性回归。这种预测在计算上足够轻,可以实时执行,允许在耀斑过程中进行预测。
2021-06-01 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Flare Measurements with STIX and MiSolFA
太阳耀斑是太阳系中最强大的事件,也是最明亮的X射线源,通常与到达地球的粒子发射有关,并引起地磁风暴,给通讯、飞机甚至停电带来问题。由加速电子发射的X射线是观测太阳耀斑现象最直接的探针。微型太阳耀斑装置(MiSolFA)是一种紧凑型X射线探测器,它将解决太阳耀斑建模中的两个最大问题。动态范围的限制,防止同时光谱与一个单一的仪器的所有X射线发射区域的耀斑。此外,到目前为止,大多数X射线观测结果与通常用于太阳耀斑的模型所预测的高各向异性不一致。与欧空局太阳轨道飞行器任务的STIX仪器同时运行,在下一个太阳活动高峰期(2020年),它们将有独特的机会从两个不同的方向观察同一耀斑:太阳轨道飞行器非常接近太阳,具有显著的轨道倾角; MiSolFA位于近地轨道。为了解决交叉校准问题,MiSolFA将采用与STIX相同的光子探测器,首次精确量化X射线发射的各向异性。通过为两个探测器中的一个选择其足点(色球层最亮的X射线源)被太阳边缘遮蔽的耀斑,另一个将能够研究微弱得多的日冕发射,首次获得对所有感兴趣区域的同时观测。MiSolFA将在一颗非常小的卫星上运行,有几次发射机会,并将依靠莫尔成像技术。
2014-11-04 astro-ph.IM astro-ph.SR
Solar flare forecasting using morphological properties of sunspot groups
本文介绍了一种基于太阳黑子群性质的太阳耀斑预报新工具。假设耀斑频率服从泊松统计,该工具使用了INAF $-$ Catania天体物理观测站赤道Spar从2002年1月至今每天观测到的悬点群形态特征数据库。根据黑子群的面积、气孔数、黑子数、Zurich级、黑子群中主黑子密度与主黑子密度的相对重要性、主黑子半影的类型等性质,计算出耀斑率的线性组合,确定了某一能量范围内耀斑发生的概率。将我们的预报与GOES卫星在随后的24小时内在1 $-$ 8 $-$ X射线波段记录的耀斑进行比较,我们测量了我们的方法的性能。我们发现,这种方法,它结合了一些形态参数和统计技术,具有最好的性能最强的事件,这是更有趣的,他们在地球环境中的影响。
2019-05-14 astro-ph.SR
Flare Forecasting Using the Evolution of McIntosh Sunspot Classifications
大多数太阳耀斑起源于太阳黑子群,那里的磁场变化导致能量积累和释放。然而,很少有耀斑预测方法使用太阳黑子群演化的信息,而不是专注于静态的时间点观测。本文提出了一种新的基于麦金托什黑子群分类24小时演化的预报方法。演化相关的$\geqslant$ C1.0和$\geqslant$ M1.0耀斑率被发现从NOAA编号的太阳黑子群在1988年12月至1996年6月(太阳周期22; SC 22)之前转换为概率假设泊松统计。这些耀斑的概率是用来产生业务预测太阳黑子群在1996年7月至2008年12月(SC 23),与验证指标的性能研究。主要调查结果如下:i)考虑到$\geqslant$ C1.0耀斑的Brier技能评分(BSS),($\text{BSS}_{\text{evolution}}=0.09$)比静态McIntosh-Poisson方法性能更好($\text{BSS}_{\text{static}} = -0.09$); ii)低BSS值部分来自两种方法根据SC 22速率过度预测SC 23耀斑,SC23中$\geqslant$的症状性C1.0发生率平均为SC22中$\approx$的80%(其中$\geqslant$ M1.0为$\approx$ 50%); iii)施加偏见-在预报SC23耀斑时,使用一个校正因子来降低SC22的发生率,这两种方法相对于气候学而言,在技巧上都有适度的…
2018-05-02 astro-ph.SR
FLARECAST: an I4.0 technology for space weather using satellite data
“耀斑可能性和区域喷发预测”是地平线2020项目,该项目实现了机器学习算法的技术平台,目的是为空间天气界提供太阳耀斑预测服务。本文介绍了FLARECAST服务,并展示了如何在平台上实现的方法,既允许耀斑预测和定量评估的信息中所包含的空间数据中使用的分析可能会影响预测过程。
2018-06-22 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.space-ph
PRESOL: a web-based computational setting for feature-based flare forecasting
MIDA, Dipartimento di Matematica, Università di Genova(MIDA,数学系,热那亚大学);Institute for Data Science, University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland(数据科学研究所,西北瑞士应用科学与艺术大学);HoB srl(HoB公司);Istituto Nazionale di Astrofisica, Osservatorio Astrofisico di Torino(国家天文物理研究所,都灵天文物理观测站)
针对太阳耀斑预报需求,本文提出名为PRESOL的网络化技术平台,运行基于特征的机器学习计算流水线,兼具预测、特征重要性排序和性能评估功能,弥补深度学习可解释性不足的问题。
2025-10-02 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.LG
A Framework for Designing and Evaluating Solar Flare Forecasting Systems
University of Campinas (UNICAMP)(坎皮纳斯大学);Federal Institute of Education, Science and Technology of Rio Grande do Sul (IFRS)(南里奥格兰德州联邦教育、科学与技术学院)
空间天气的扰动会对若干领域产生负面影响,包括航空航天、卫星、石油和天然气工业以及电力系统,导致经济和商业损失。太阳耀斑是能够影响地球大气层的最重要的事件,因此导致研究人员推动他们的预测工作。相关的文献是全面的,并持有几个系统提出的耀斑预报。然而,大多数技术都是为特定目的量身定制和设计的,不允许研究人员在数据输入或预测算法发生变化的情况下对其进行定制。本文提出了一个框架,设计,训练,并评估耀斑预测系统,目前有希望的结果。我们提出的框架涉及模型和特征选择,随机超参数优化,数据恢复和操作设置下的评估。与基线预测相比,我们的框架生成了一些概念验证模型,其正召回率在0.70和0.75之间,用于预测$\geq M$级耀斑长达96小时,同时保持ROC曲线下面积得分处于高水平。
2020-05-05 astro-ph.SR cs.LG
Multimodal Flare Forecasting with Deep Learning
Instituto De Astrofisica E Ciências Do Espaço, University of Coimbra(科英布拉大学天体物理与空间科学研究所);University of Rome La Sapienza(罗马第一大学(萨皮恩扎大学));University of Rome Tor Vergata(罗马第二大学(托尔韦尔加塔大学));MIDA(MIDA机构)
本文利用深度学习比较色球层、日冕紫外与极紫外辐射同光球层磁图的耀斑预测能力,发现单个EUV波长可媲美或优于磁图,并提出多模态神经网络架构以融合不同太阳大气层的前兆信息,提升耀斑预报性能。
2024-10-21 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.AI
The NWRA Classification Infrastructure: Description and Extension to the Discriminant Analysis Flare Forecasting System (DAFFS)
西北研究协会开发了一种基于判别分析的分类基础设施,用于检查两个已知人群样本之间的统计差异。为了研究耀斑平静区和耀斑即将来临的太阳活动区之间的物理差异,我们在此描述了基础设施的一些细节,包括:大型数据集的参数化,在多参数分析中处理“空”和“坏”数据的方案,非参数多维判别分析的应用,通过贝叶斯定理对概率分类的扩展,以及用于评估分类器成功的方法。分类器基础设施适用于太阳物理学中的各种科学问题。我们展示了它的应用程序的问题,区分耀斑即将从耀斑安静的太阳活动区,更新的结果,从原来的出版物是基于不同的数据和小得多的样本量。最后,作为“研究业务”的空间天气预报方面的努力的示范,我们提出了判别分析耀斑预报系统(DAFFS),一个近实时的操作运行的太阳耀斑预测工具,是从研究导向的基础设施。
2018-02-19 astro-ph.SR physics.data-an physics.space-ph
Addressing Known Challenges in Solar Flare Forecasting I: Limb-Flare Prediction with a 4-pi Full-Heliosphere Framework
NorthWest Research Associates(西北研究协会);Southwest Research Institute(西南研究院);National Solar Observatory(国家太阳观测台)
本文提出基于4π全日球框架的太阳边缘耀斑预测方法,通过引入远侧日震学提高对边缘附近耀斑的预报能力。
2026-01-08 astro-ph.SR physics.space-ph
The Impacts of Magnetogram Projection Effects on Solar Flare Forecasting
本研究探讨磁图投影效应对太阳耀斑预测模型的影响,校正SWAN-SF数据集后训练支持向量机,发现校正对预测性能提升有限,提示需更复杂校正方法或磁图数据存在固有限制。
2025-02-11 astro-ph.SR
Flare Forecasting Algorithms Based on High-Gradient Polarity Inversion Lines in Active Regions
太阳耀斑是从具有复杂和强双极磁通量的太阳活动区发出的。估算活动区发生耀斑的概率并确定强耀斑的可靠前兆是空间天气领域一项极具挑战性的任务。在这项工作中,我们专注于两个指标作为耀斑的前兆,无符号通量R,MDI/SOHO数据和耀斑预测应用程序中最常用的参数之一进行测试,和一个新的拓扑参数D代表太阳活动区的复杂性。更详细地说,我们提出了一种算法的R值的计算,利用HMI地图的更高的空间分辨率。该算法导致不同的计算R值,其功能上测试的一组周期24日太阳耀斑。此外,我们还引入了一个基于活动区磁极性反转线自动识别的拓扑参数,并能够评估其磁拓扑复杂性。我们使用启发式方法和监督机器学习方法来验证这两个描述符的有效性,以预测在接下来的24小时内,在给定的太阳活动区域发生X级或M级耀斑。我们的特征排序分析表明,这两个参数在预测性能中起着重要作用。此外,分析表明,新的拓扑参数D是唯一一个,在173个整体的预测,这是始终存在的所有测试子集,并系统地排名在前十名的位置在所有的测试有关的权重计算,每个预测影响耀斑的预测。
2021-05-03 astro-ph.SR
Flare forecasting at the Met Office Space Weather Operations Centre
气象局空间天气运营中心为英国各地的政府和商业终端用户提供24/7/365空间天气指导、警报和预报。太阳耀斑预报是其产品之一,每天以两种形式多次发布;未来24小时内太阳盘面上每个活跃区域的预报,以及未来四天的全盘面预报。这里的预报过程中详细描述,以及第一次验证存档的预报使用的方法通常用于业务天气预报。实时验证可用于业务耀斑预报使用也进行了说明。人类预测员的影响力得到了强调,人类编辑的预测结果优于原始模型结果,预测技能随着预测提前期的延长而下降。
2017-09-25 astro-ph.SR physics.data-an physics.space-ph
A Deep Learning Approach to Operational Flare Forecasting
本文提出基于变换器的SolarFlareNet框架,利用活动区磁参数时间序列预测未来24-72小时γ级耀斑,并扩展为概率预报,实现业务化近实时预报。
2024-05-25 astro-ph.SR
Investigating the Efficacy of Topologically Derived Time-Series for Flare Forecasting. I. Dataset Preparation
本文利用 ARTop 处理 SHARP 数据,构建涵盖144个活动区的磁螺旋度与缠绕通量时间序列数据集,发现极值信号常提前1至8小时出现,以支持耀斑预报。
2024-12-05 astro-ph.SR
Operational solar flare forecasting via video-based deep learning
INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino(意大利国家天体物理研究所-都灵天体物理天文台)
业务耀斑预报旨在提供可用于决策的预测,通常是在日常规模上,关于耀斑发生的空间天气影响。这项研究表明,当生成用于网络优化的训练和验证集时,基于视频的深度学习可以用于操作目的,同时考虑太阳周期的周期性。具体而言,本文描述了一种算法,可以应用于建立一套活跃的地区,根据耀斑类率相关联的一个特定的周期阶段是平衡的。这些集合用于训练和验证由卷积神经网络和长短记忆网络的组合组成的长期递归卷积网络。在2015年3月和2017年9月分别包含太阳风暴的两个预测窗口的情况下,评估了这种方法的可靠性。
2022-09-12 astro-ph.SR cs.AI
JW-FD: A 15-Year Multimodal Dataset for Solar Flare Forecasting
针对太阳耀斑预报的长时程数据需求,构建含3064个活动区的15年多模态数据集JW-FD,采用活动区分层划分避免时间泄漏,经Transformer实验确定Bth=1000 G为≥C1.0级耀斑预报的初步默认磁饱和阈值。
2026-10-01 astro-ph.SR
Defects and Inconsistencies in Solar Flare Data Sources: Implications for Machine Learning Forecasting
University of Michigan(密歇根大学)
本研究识别了太阳耀斑数据源中的缺陷与不一致性,量化其影响,并提出修复或缓解方法,为机器学习预报模型的数据选择提供建议。
2026-06-18 astro-ph.SR stat.AP
Solar flare forecasting from magnetic feature properties generated by Solar Monitor Active Region Tracker
我们研究了由太阳监测活动区跟踪器(SMART)生成的用于太阳耀斑预测的磁特征属性(MF)的预测能力,该预测能力来自两个数据集:Ahmed et al.(2011)先前研究的1996年至2010年SMART探测的完整数据集和仅包括NOAA活动区(AR)探测的数据集子集。主要贡献:我们使用边缘相关性作为过滤器特征选择方法来识别最有用的SMART MF属性,用于将燃烧与非燃烧检测分离,并使用逻辑回归来导出分类规则以预测未来的观测。为了进行比较,我们采用了随机森林,支持向量机和一组深度神经网络模型,以及Lasso进行特征选择。使用三个功能的线性模型,我们获得了显着更好的结果(TSS=0.84),艾哈迈德等人报道。(2011)的SMART检测的完整数据集。同样的模型产生了竞争力的结果(TSS=0.67)的SMART检测数据集,NOAA AR,可以比较更广泛的一部分耀斑预测文献。我们表明,更复杂的模型是不需要这些数据。
2018-12-06 astro-ph.SR
Probabilistic solar flare forecasting using historical magnetogram data
Southwest Research Institute(西南研究院)
本研究首次利用跨多个太阳活动周的历史磁图数据,结合CNN和逻辑回归的集成方法,实现未来24小时M级及以上耀斑的校准概率预报,发现历史数据提升预报技巧,且耀斑历史比图像特征更具预测力。
2023-08-29 astro-ph.SR cs.LG physics.space-ph
Ensemble Forecasting of Major Solar Flares: Methods for Combining Models
实用空间天气预报的一个基本组成部分是预测太阳耀斑。目前网上有多种耀斑预报方法,但仍不清楚哪种方法效果最好,而且没有一种方法比气候预报好得多。空间天气研究人员日益关注地面天气界使用的方法,以改进目前的预报技术。数值天气预报多年来一直使用包围预报,将不同的预报组合起来,以获得更准确的结果。在这里,我们构建集合预报的主要太阳耀斑的线性组合的全磁盘概率预报从一组业务预报方法(ASAP,ASSA,MAG 4,MOSWOC,NOAA,和MCSTAT)。每种方法的预测都由一个因子加权,该因子说明了该方法预测先前事件的能力,并考虑了几个性能指标(概率和分类)。据发现,大多数合奏实现了更好的技能指标(5 - 15%之间)比任何单独的成员。此外,超过90%的集合比简单的等权重平均值表现更好(通过预测属性测量)。最后,集合不确定性高度依赖于正在优化的内部度量,并且对于大于0.2的概率,估计它们小于20%。这种简单的多模型线性集合技术可为运行中的空间天气中心提供构建多功能集合预报系统的基础-这是其预报的一个改进的起点,可根据不同的最终用户需要进行调整。
2020-08-02 astro-ph.SR physics.space-ph
Operational Solar Flare Forecasting System Using an Explainable Large Language Model
State Key Laboratory of Solar Activity and Space Weather, National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室);Jiangsu University of Science and Technology(江苏科技大学);University of Malaya(马来亚大学)
本文提出基于可解释大型语言模型的操作性太阳耀斑预报系统,通过SHAP分析揭示关键物理特征,实现优于现有系统的预测性能。
2026-01-30 astro-ph.SR
A Comparison of Flare Forecasting Methods, I: Results from the "All-Clear" Workshop
太阳耀斑产生的辐射几乎可以立即对近地环境产生影响,因此必须预测耀斑,以减轻其负面影响。已经发表的利用光球磁场观测进行耀斑预测的方法数量激增,对每种方法的效果有不同的说法。由于使用的分析技术和数据集不同,基本上不可能比较文献的结果。大太阳耀斑的低事件发生率加剧了这一问题。气象界早已认识到罕见事件预报的挑战,但空间天气界尚未充分认识到这一点。2009年在科罗拉多州博尔德举行的机构间“解除警报”预报讲习班期间,对一些现有算法在通用数据集上的性能进行了比较,特别是MDI的视线磁场和连续强度图像,对事件的构成具有一致的定义。我们证明了这种系统的比较,并使用标准的验证统计,以确定什么是一个很好的预测方案的重要性。当以这种方式进行比较时,没有一种方法明显优于所有其他方法,这可能部分是由于不同方法用于表征活动区域的参数之间的强相关性。对于M级耀斑及以上,这套方法倾向于弱阳性的技能得分(用几个不同的指标测量),没有参与的方法证明比气候预测更好。
2016-08-22 astro-ph.SR
Implementation paradigm for supervised flare forecasting studies: a deep learning application with video data
利用人工智能技术对地磁数据进行分析,可以实现太阳耀斑的预报。其目的是预测一个磁活动区(AR)是否会在一定的时间内产生一定级别以上的太阳耀斑。一个关键的问题是所采用的机器学习方法的实现方式,因为预测结果在很大程度上取决于训练,验证和测试集填充的标准。在本文中,我们提出了一个一般的范例,以产生这些集的方式,他们是相互独立的,内部以及平衡的AR燃烧的有效性。该集合生成过程为机器学习算法的性能评估提供了比较的基础。最后,我们在深度神经网络的情况下使用这种实现范例,该网络将太阳动力学天文台(SDO/HMI)上的日震和磁成像仪记录的磁图视频作为输入。据我们所知,这是第一次通过用于视频分类的深度神经网络来解决太阳耀斑预测问题,这不需要从HMI磁图中提取任何先验特征。
2021-10-24 astro-ph.SR cs.NA math.NA
Investigating the Efficacy of Topologically Derived Time Series for Flare Forecasting. II. XGBoost Model
Durham University(杜伦大学);University of Glasgow(格拉斯哥大学);Northumbria University(诺森比亚大学)
本文提出基于拓扑衍生时间序列的XGBoost模型,用于预测太阳耀斑,通过分析磁拓扑参数和工程化特征,提高预测精度并验证模型的物理可解释性。
2025-12-16 astro-ph.SR
Forecasting Solar Flares Using Magnetogram-based Predictors and Machine Learning
我们提出了一个预测方法,太阳耀斑的基础上,从太阳活动周期24日,太阳动力学观测站(SDO)的太阳地震和磁成像仪(HMI)的任务。特别是,我们使用了空间气象HMI活动区域补丁(SHARP)产品,该产品有助于近实时(NRT)截取太阳活动区域(AR)的磁图,时间间隔为五年(2012 - 2016)。我们的方法利用了一组13个预测,这是不包括在SHARP元数据,从视线和矢量光球磁图提取。我们利用几种机器学习(ML)和常规统计技术来预测峰值震级>M1和>C1的耀斑,在24小时的预测窗口。使用的ML方法是多层感知器(MLP),支持向量机(SVM)和随机森林(RF)。我们的结论是,随机森林可能是我们的样本的预测技术的选择,与第二个最好的方法是多层感知器,受熵目标函数。一个蒙特卡罗模拟表明,性能最好的方法给出的精度ACC=0.93(0.00),真实技能统计TSS=0.74(0.02)和Heidke技能评分HSS=0.49(0.01)对于>M1耀斑预测,概率阈值为15%,ACC=0.84(0.00),TSS=0.60(0.01)和HSS=0.59(0.01),对于>C1耀斑预测,概率阈值为35%。
2018-01-17 astro-ph.SR
Solar Energetic Particle Forecasting Algorithms and Associated False Alarms
已知太阳高能粒子(SEP)事件发生在太阳耀斑和日冕物质抛射(CME)之后。然而,一些高能量的太阳事件不会导致在地球上检测到SEP,并且这些类型的事件可以被称为“假警报”。我们定义了两个简单的SEP预测算法的基础上发生的磁连接CME的速度超过1500公里/秒(“快速CME”)或连接良好的X级耀斑和分析他们的历史数据集。我们比较的参数,这些太阳事件产生了一个增强的>40兆电子伏的质子在地球上(“一个SEP事件”)和假警报。我们发现,一个SEP预测算法的基础上发生一个连接良好的快速CME产生更少的误报(28.8%)比一个连接良好的X级耀斑(50.6%)。两种算法均未能预测相对较高比例的SEP事件(分别为53.2%和50.6%)。我们对历史数据集的分析表明,虚警X级耀斑要么与任何CME无关,要么与速度低于500 km/s的CME有关;虚警快速CME往往与小于M3级的耀斑有关。一种更好的预测方法是一种算法,它将CME和耀斑的发生作为其基础。我们定义了一个新的预测算法,它使用的CME和耀斑参数的组合,并表明虚警率是类似的算法的基础上快速CME(29.6%),但SEP事件的百分比没有预测到32.4%。产生>40 MeV质子和假警报的太阳事件的列表已经导出,并可用于帮助进一步研究。
2017-10-23 astro-ph.SR
A Deep Learning Framework for Predicting Solar EUV Irradiance During Significant Flares
Sam Houston State University(萨姆休斯顿州立大学)
该研究提出FlareEUV框架,利用NASA的SDO多仪器观测,通过轻量级基于注意力的架构从原始成像数据学习磁结构与日冕发射关系,用于预测重大太阳耀斑期间连续三天6.5纳米处每日EUV辐照度,实验证明其性能优于基线方法。
2026-07-23 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.LG
New classification parameter of solar flares based on the maximum flux in soft X-rays and on duration of flare
太阳耀斑活动的特点是不同的分类系统,在光学和X射线范围。最普遍接受的太阳耀斑分类描述了耀斑的重要参数,例如耀斑在光学范围内的最大亮度- $H_α$耀斑级(从F改为B),$H_α$中的光斑面积(面积小于2平方度的S变为面积大于24.7平方度的4)和软X射线的最大振幅0.1 - 0.8 nm($F_{0.1-0.8}^{max}$)波段的(SXR通量)--C至X级X射线耀斑。本文根据GOES对SXR波段太阳辐射的测量,提出了一个新的太阳耀斑分类参数--耀斑X射线指数XI。XI指数有一个明确的物理解释与SXR范围内的总耀斑能量。利用现有的GOES数据,可以很容易地计算出每次耀斑的XI。XI指数可以与其他太阳活动的地球效应参数一起用来评估耀斑和与之相关的日冕物质抛射(CME)。
2020-01-27 astro-ph.SR
Unprecedented Fine Structure of a Solar Flare Revealed by the 1.6~m New Solar Telescope
太阳耀斑意味着磁能的突然释放,是所谓的空间天气的来源。耀斑的精细结构(500公里以下)很少被观测到,全世界只有少数仪器可以观测到。本文介绍了大熊太阳天文台(BBSO)1.6米新太阳望远镜(NST)的高分辨率观测结果。观测以前所未有的细节揭示了耀斑的过程,包括耀斑带在太阳黑子上的传播,日冕雨(由冷凝等离子体组成)沿着耀斑后的环流下,以及色球层对日冕雨影响的反应,在下降的等离子体的脚点处显示出精细的增亮。利用NST的分辨能力,我们测量的横截面宽度的耀斑带,后耀斑环和足点增亮,这通常是在80-200公里的范围内,远低于目前用于耀斑研究的仪器的分辨率。限制这样的精细结构的规模提供了一个必不可少的信息在模拟耀斑的能量传输机制,这是一个重要的问题,在太阳和等离子体物理。
2016-04-28 astro-ph.SR
Relationship of peak fluxes of solar radio bursts and X-ray class of solar flares: Application to early great solar flares
本研究利用1988-2014年的341次耀斑数据,建立了3.75、9.4 GHz射电峰值流量与GOES X射线级别的关联(相关系数约0.7,误差因子3),并首次定量估算了1956年两次早期强耀斑的X射线光变曲线。
2023-10-04 astro-ph.SR
Solar Flare Forecast: A Comparative Analysis of Machine Learning Algorithms for Solar Flare Class Prediction
Julia Bringewald(独立研究者)
本文比较随机森林、KNN和XGBoost在太阳耀斑B/C/M/X四类预测中的表现,创新性地结合二分类与多分类及不同降维水平,发现随机森林和XGBoost性能稳健且受益于高维度。
2025-05-06 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.LG
The effect of flares on total solar irradiance
耀斑是发生在恒星大气中的强大能量释放。太阳耀斑是太阳系中最强烈的能量爆发,但在太阳总光度中却很难被注意到。因此,它们辐射的总能量1)在很大程度上仍然是未知的,2)被忽视为总太阳辐照度(TSI)变化的潜在贡献者,即在地球上接收的总太阳通量。在这里,我们报告的耀斑信号的检测在TSI即使是中度耀斑。我们发现,耀斑辐射的总能量超过软X射线辐射的两个数量级,在可见光区的重要贡献。这些结果对耀斑的物理学和我们恒星的可变性有影响。
2010-07-19 astro-ph.SR
Cycle 23 Variation in Solar Flare Productivity
NOAA列出的第21-24周的太阳耀斑,包括GOES软X射线星等,使得能够简单地确定每个耀斑活动区在其寿命期间产生的耀斑数量。我们研究了1975-2012年期间耀斑生产率的这种测量方法。耀斑生产力的年平均值在第21和22周期期间保持大致恒定,每个区域约有两个M或X耀斑报告,但在第23周期的下降阶段(2004-2005年)显着增加。我们已经证实了这一点,使用独立的RHESSI耀斑目录,以检查NOAA的事件列表在可能的情况下。我们注意到,这种太阳活动的测量与太阳周期无关。耀斑生产力的异常峰值紧接在第23和24周之间的漫长的太阳极小期之前。
2014-01-24 astro-ph.SR
The relationships of solar flares with both sunspot and geomagnetic activity
太阳耀斑参数(总重要性、持续时间、耀斑指数和通量)与太阳黑子活动(Rz)以及地磁活动(aa指数)与耀斑参数之间的关系可用一个响应时间尺度分别为8个月和13个月的积分响应模型来描述。与线性关系相比,耀斑参数与Rz、aa与耀斑参数、aa与Rz的相关系数平均分别提高了6%、17%和47%。该模型对耀斑参数到Rz、aa到耀斑参数和aa到Rz峰值的时间延迟分别有82%、47%和78%的预测精度。当使用具有更宽窗口的余弦滤波器时,这些结果可以进一步改善。这意味着太阳耀斑与过去太阳磁场能量的积累通过一个时间衰减因子有关。上述结果有助于理解太阳活动周期的机制,并有助于改进太阳耀斑的预报。
2011-12-24 astro-ph.SR
Probability Distribution Functions of Solar and Stellar Flares
研究了太阳耀斑的软X射线数据,发现耀斑能量的分布函数可用幂指数略小于2的锥形幂律或伽玛函数分布来描述,表明耀斑总体能量主要来自少数大耀斑。1000年来最大的太阳耀斑预计将在GOES耀斑级的X70左右。我们还研究了来自太阳型恒星的超耀斑(比太阳耀斑能量更高),发现其伽马函数分布拟合的幂指数在1.05左右,比太阳耀斑平坦得多。向下外推的恒星耀斑能量分布函数与太阳耀斑能量分布函数不一致。
2022-12-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Measuring X-ray anisotropy in solar flares. Prospective stereoscopic capabilities of STIX and MiSolFA
在下一个太阳活动高峰期,两个即将进行的空间X射线飞行任务,即太阳轨道飞行器上的STIX和MiSolFA,将在两个不同的位置对太阳耀斑进行立体X射线观测:STIX在0.28天文单位(近日点),倾角高达$\sim25^{\circ}$,MiSolFA在低地球轨道。这些交叉校准的探测器的综合观测将使我们能够第一次自信地推断单个耀斑的电子各向异性。我们模拟了STIX和MiSolFA的仪器效应和物理效应,包括热屏蔽、背景和太阳光球层中的X射线康普顿背散射(康普顿效应)。我们预测在下一个太阳活动高峰期可观测到的耀斑立体测量的预期数量。我们还讨论了接近各向同性耀斑各向异性的具有挑战性的情况下,有用的航天器观测角度的范围。模拟结果表明,STIX和MiSolFA将能够探测到低水平的耀斑各向异性,对于M1级或更强的耀斑,即使航天器角间距相对较小,为20-30°。这两种仪器将在下一个太阳活动高峰期直接测量大约40个M级和X级太阳耀斑的耀斑X射线各向异性。不久的将来与太阳轨道器/STIX和MiSolFA的立体观测将有助于区分竞争耀斑加速机制,并提供必要的限制碰撞和非碰撞传输过程中发生的耀斑大气中的个人太阳耀斑。
2017-08-04 astro-ph.SR
SADCat: A Catalog of Supra-Arcade Downflow Events in Solar Flares
University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室)
研究通过整理太阳动力学天文台大气成像组件拍摄的178次耀斑事件形成SADCat目录,对比有、无超拱廊向下流动(SAD)的耀斑X射线和日冕物质抛射(CME)特性,发现多种因素对SAD产生有影响。
2026-07-07 astro-ph.SR
A Data-constrained Magnetohydrodynamic Simulation of Successive X-class Flares in Solar Active Region 13842. II. Dynamics of the Solar Eruption Associated with the X9.0 Solar Flare
本文利用以非线性无力场为初始条件的数据约束 MHD 模拟,研究了太阳活动区 NOAA 13842 中 X9.0 级耀斑的爆发动力学,成功重现了系绳切割重联、磁通量绳、耀斑带与耀斑环等现象,并指出未来需直接模拟磁通量浮现这一初始触发机制。
2025-08-11 astro-ph.SR
Quasi-periodic pulsations in the most powerful solar flare of Cycle 24
准周期脉动(QPP)在太阳耀斑中很常见,现在在恒星耀斑中也经常观察到。我们在X9.3级太阳耀斑SOL 2017 -09- 06 T12:02的热发射光变曲线中检测到两种不同类型的QPP信号,这是第24周最强大的耀斑。在耀斑期间,较短周期的QPP的周期从大约12秒漂移到25秒。这个QPP的观察到的属性是一致的香肠振荡的等离子体回路中的耀斑活动区。较长周期QPP的周期约为4至5分钟。它的特性与常在日冕环中检测到的持续缓慢磁声振荡兼容。然而,对于两个QPP信号,不能排除诸如重复重连的其他机制。所研究的太阳耀斑的能量在观测到的恒星耀斑的范围内,并且有证据表明太阳耀斑典型的短周期QPP信号以及恒星耀斑更典型的长周期QPP信号,这一事实表明,通常在太阳和恒星耀斑中观察到的不同范围的QPP周期可能是由于观测限制,类似的物理过程可能发生在太阳和恒星耀斑中。
2018-04-13 astro-ph.SR
Solar Flares and the Chromosphere
为(美国)国家科学院空间研究委员会太阳和空间物理学(太阳物理学)十年调查编写的白皮书,审查并鼓励对色球层中的耀斑物理学进行研究。
2010-11-23 astro-ph.SR
A magnetic confinement nuclear fusion mechanism for solar flares
我们提出了一种磁约束核聚变机制来解释太阳大气中太阳耀斑的演化。该机制与观测到的两个特征一致,即$^{3}He$的大量富集和高能γ射线辐射,这两个特征已被证明是很难用以前的机制解释的。扭曲磁通量绳是太阳耀斑期间的一种典型结构,它与磁场几乎完全控制等离子体的太阳活动区密切相关。因此,通过绝热压缩过程,磁绳内的等离子体被加热到1.0 $\times10^{7}$ K以上,然后在伴随高能γ射线的磁绳中发生热核聚变。利用含时的理想2.5维磁流体动力学(MHD)模拟方法,对耀斑产生的物理机制进行了研究,揭示了在太阳耀斑和日冕物质抛射期间,耀斑发展的三个阶段,即太阳大气中的磁能转换和强烈释放过程。此外,我们还讨论了磁重联与太阳爆发的关系。
2019-11-30 astro-ph.SR
Predictions for solar flares activity in solar cycle 25
对单个太阳活动周期演变的预测是一个发展中的领域,甚至在未来几年内都面临着预测分歧。特别是对于太阳耀斑,长期建模几乎是缺乏的,即使在粗略的条款。本文用太阳耀斑活动对第25太阳活动周的演变作了预报。它是从现有的现象学模型的基础上耦合的内部太阳组件和行星组件。除了有能力的时间分辨率外,预测的特点是既将模型与其他空间气候预测区分开来,又使其具有可证伪性。
2020-07-29 astro-ph.SR
The reported durations of GOES Soft X-Ray flares in different solar cycles
自1970年代以来,地球静止轨道环境卫星软X射线传感器提供了除其他外与太阳耀斑的时间、强度和持续时间有关的数据。GOES SXR耀斑清单已成为太阳耀斑的标准参考目录,广泛用于太阳物理学研究和空间天气。我们在这里报告,在目前版本的列表有显着的差异之间的平均持续时间的耀斑发生在1997年5月之前和耀斑的平均持续时间之后。我们的分析表明,1997年5月前的数据报告的耀斑时间是不基于相同的标准,因为目前的情况。这一发现对所有那些将耀斑持续时间(或通量,取决于所选择的开始和结束时间)作为1997年5月前太阳活动分析的一部分,或对耀斑的大样本进行统计分析,例如作为评估太阳高能粒子预测算法的一部分的人具有严重的影响。
2018-06-07 astro-ph.SR