利用混合模型LSTM-DNN 进行全球电离层TEC map的中短期预报

廖文梯，陈 洲*，赵瑜馨，王劲松，唐荣欣

（1.南昌大学空间科学与技术研究院，南昌 330031；2.北京卫星环境工程研究所，北京 100094；3.中国气象局空间天气重点开放实验室国家空间天气监测预警中心，北京 100081）

0 引言

电离层是地球上层大气的电离区域。许多低轨道航天器运行在电离层中，而基于短波和星地无线电链路的众多高科技系统会直接受到电离层的影响。由于电离层天气预报水平直接关系到各种技术系统的运行安全，所以电离层预报研究一直是空间天气预报的热门方向，特别是对电离层中长期（气候学）行为的预报，无论是经验预报[1-3]，还是理论模式预报[4-6]都已经达到了非常高的水准。电离层的短期（天气学）预报也有一定成果[7]，但与中长期电离层预报水平相比还有相当大的差距。这是由于电离层天气变化与太阳电离辐射、太阳风和地磁活动、中性大气背景以及电动力学过程有关，同时又与电场、电导率、电子密度等各种参数密切相关[8-9]，从而使得电离层天气表现出参数多、变化复杂的特性。另一方面，随着观测资料的不断丰富，电离层天气尺度下所观测到的电离层形态也越来越复杂。例如相同地磁和太阳活动条件下，有时尽管强度和持续时间近似，但在电离层中引起的形态变化常常会表现出巨大的差异和复杂的非线性特征。这就对电离层天气的建模提出了很高的要求。幸而，关于电离层有着十分丰富的全球观测资料，例如，TEC map数据整合了近20年的观测量，按1 h 分辨率计算，有超过10万张TEC map数据可供使用。……