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近期，廣州大學(xué)國家天文科學(xué)數(shù)據(jù)中心大灣區(qū)分中心、昆明理工大學(xué)和中國科學(xué)院云南天文臺團(tuán)隊(duì)鄧正、王鋒、鄧輝、梅盈、談磊、鄧林華和馮松等人，開展了太陽耀斑預(yù)報(bào)與人工智能學(xué)習(xí)的學(xué)科交叉研究?；诋?dāng)前主流的SDO/HMI視向磁圖數(shù)據(jù)，利用深度學(xué)習(xí)方法，構(gòu)建了更細(xì)粒度的預(yù)報(bào)太陽模型，在太陽耀斑預(yù)報(bào)方向上取得新的進(jìn)展。該研究結(jié)果以“Fine-grained Solar Flare Forecasting Based on the Hybrid Convolutional Neural Networks”為題發(fā)表在國際天文學(xué)雜志《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal）上。

太陽表面大氣存在著各種尺度的活動現(xiàn)象，這些活動現(xiàn)象主要是由磁場支配的。磁場結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，越容易儲存更多的能量。當(dāng)儲存在磁結(jié)構(gòu)中的磁能過多，且磁場位形越復(fù)雜時(shí)，將會通過太陽爆發(fā)的形式釋放出能量，太陽耀斑（solar flare）即是太陽爆發(fā)活動的一種表現(xiàn)形式。太陽耀斑是發(fā)生在局部區(qū)域的一種劇烈的爆發(fā)活動現(xiàn)象，可以在短時(shí)間內(nèi)釋放出大量的能量，引起局部區(qū)域的瞬時(shí)加熱，向外發(fā)射各種電磁輻射，并伴隨粒子輻射突然增強(qiáng)。

日球?qū)哟艌鲇^測儀（Helioseismic and Magnetic Imager，HMI）是太陽動力學(xué)天文臺（Solar Dynamics Observatory，SDO）搭載的一個(gè)濾光型觀測儀器，利用Fe I吸收線測量太陽光球表面的多普勒移動、連續(xù)譜強(qiáng)度、視向磁場和活動區(qū)矢量磁場，用于研究太陽磁活動過程與內(nèi)部動力學(xué)過程之間的相互關(guān)系。HMI磁圖是目前全日面磁場測量中時(shí)空分辨率最好和精度最高（10高斯）的磁場數(shù)據(jù)。

本研究采用了生成對抗網(wǎng)路，彌補(bǔ)了樣本數(shù)量不足的耀斑類別，然后利用混合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將hmi.M_720s中裁剪出的活動區(qū)視向磁圖作為數(shù)據(jù)集，建立了耀斑預(yù)報(bào)模型M（下面兩圖分別表示生成對抗網(wǎng)絡(luò)與混合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程）。和傳統(tǒng)方法相比較，該模型能自動提取信息特征，損失更少的信息。模型的訓(xùn)練也變得更高效更精確。在此基礎(chǔ)之上，考慮到太陽活動周在上升相時(shí)期和下降相時(shí)期的耀斑能量存儲和輻射的物理過程存在明顯差異，本研究對第24太陽活動周的不同時(shí)期進(jìn)行分別建模，即Mrp與Mdp。

一系列的測試結(jié)果證明：

1、在無耀斑、C級、M級和X級耀斑預(yù)報(bào)中，M的真實(shí)技能統(tǒng)計(jì)（TSS）得分平均值為0.646、0.653和0.762，與以前的研究相比，分別提高了20.1%、22.3%和38.0%。

2、與模型M相比，Mrp對無耀斑、C級、M級、X級耀斑預(yù)測的TSS得分平均值分別提高了5.9%、9.4%、17.9%和13.1%，Mdp則提高了1.5%、2.6%、11.5%和12.2%。

3、太陽耀斑釋放出它以前儲存在磁場中的能量，這是一個(gè)太陽活動區(qū)的磁能迅速轉(zhuǎn)化為等離子體流、粒子、輻射和熱的動能的過程。由于一個(gè)太陽周中上升期的持續(xù)時(shí)間比下降期短，耀斑能量在這兩個(gè)階段的儲存和耗散的物理過程可能表現(xiàn)出不同的時(shí)空演化行為，因此對第24太陽活動周的上升期和下降期分別建立耀斑預(yù)報(bào)模型是有價(jià)值的，且十分必要。

這項(xiàng)工作得到了中國國家SKA計(jì)劃（2020SKA0110300）、國家自然科學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院合作的天文學(xué)聯(lián)合研究基金（U1831204，U1931141）、國家自然科學(xué)基金委員會國際合作與交流基金（11961141001）的支持，也得到了國家天文臺、中國科學(xué)院和阿里云共同成立的天文大數(shù)據(jù)聯(lián)合研究中心的支持。