
极地研究 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (4): 786-799.DOI: 10.13679/j.jdyj.20240059
石胜胜1, 刘二小1, 刘建军2
SHI Shengsheng1, LIU Erxiao1, LIU Jianjun2
摘要: 地球电离层等离子体对流是由太阳风与地球磁场相互作用驱动的磁层大尺度对流循环与对流电场在极区电离层的映射, 其形成机制与行星际磁场—地球磁场耦合系统息息相关。SuperDARN作为研究地球磁层中空间天气现象的雷达网络, 是研究中高纬电离层对流的重要手段, 也是获得极区电离层对流速度数据的重要来源。本文采用SuperDARN分布在北半球的20部高频相干散射雷达获取到的2015年和2016年拟合的二维电离层对流速度数据, 应用BP-Adaboost模型、FC-GRU模型以及ED-ConvLSTM时空序列模型构建了二维电离层对流速度2 min的全域预测模型。该模型的输入为行星际磁场三分量、太阳风速度、太阳风密度和地磁指数6个近地空间参数以及回波点对应的经纬度, 输出为二维对流速度。然后利用独立数据集, 基于预测值与实测值的均方根误差(ERMSE)、平均绝对误差(EMAE)对BP-Adaboost模型、FC-GRU模型以及ED-ConLSTM时空序列等3种模型的性能进行评估, 并引入决定系数(R2)对比3种模型的性能。预测结果表明, 基于集成学习的神经网络模型BP-Adaboost预测误差最小。其预测对流速度幅值的ERMSE为119.62 m·s–1、速度方向角为62.23°, EMAE为75.70 m·s–1、方向角为41.80°, R2为0.70、方向角为0.59。总之, BP-Adaboost模型预测对流速度与实际对流速度之间的ERMSE、EMAE、R2均优于FC-GRU和ED-ConvLSTM模型, 因此, BP-Adaboost模型对于电离层对流速度构建具有一定的优越性。