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基于深度学习的中国区域电离层foF2短期预报方法

欧明 郭雅苹 王芬 韩超 王海宁 朱庆林 甄卫民

欧明, 郭雅苹, 王芬, 韩超, 王海宁, 朱庆林, 甄卫民. 基于深度学习的中国区域电离层foF2短期预报方法[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025-0073
引用本文: 欧明, 郭雅苹, 王芬, 韩超, 王海宁, 朱庆林, 甄卫民. 基于深度学习的中国区域电离层foF2短期预报方法[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025-0073
A short-term forecasting method of foF2 in the ionosphere over the Chinese region based on deep learning[J]. Chinese Journal of Space Science. doi: 10.11728/cjss2025-0073
Citation: A short-term forecasting method of foF2 in the ionosphere over the Chinese region based on deep learning[J]. Chinese Journal of Space Science. doi: 10.11728/cjss2025-0073

基于深度学习的中国区域电离层foF2短期预报方法

doi: 10.11728/cjss2025-0073
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFF01013700, 2018YFF01013703)

A short-term forecasting method of foF2 in the ionosphere over the Chinese region based on deep learning

  • 摘要: 电离层F2层临界频率(foF2)作为电离层的关键参数,其准确预报对于保障高频雷达、短波通信等系统的稳定运行至关重要。本文提出了一种基于深度学习的预报方法,通过采用注意力机制的双向长短期记忆网络(Bidirectional long short-term memory model with attention mechanism, BiLSTM-Attention)算法,结合电离层垂测站foF2观测值、世界时、太阳活动指数及地磁活动指数作为输入,实现了中国区域电离层foF2的准确预报。模型的对比分析结果表明:1)低纬度台站的预报误差显著高于中纬度台站,BiLSTM-Attention模型表现最优,长短期记忆网络(LSTM)模型次之,相比国际参考电离层模型(IRI),BiLSTM-Attention模型的均方根误差(RMSE)降低了54%,平均绝对误差(MAE)降低57%,而决定系数(R2)提升28%;2)磁暴期间,BiLSTM-Attention模型成功捕捉中国区域电离层负暴效应(foF2下降),与观测值非常一致,而IRI模型则无法表征扰动导致的显著偏差;地磁平静期IRI模型虽整体与垂测观测值接近,但在日落后、夜间等时段仍存在系统性误差;3)随着预报时间从1小时增加至24小时,模型预报误差呈系统性上升趋势,RMSE从1.02 MHz增至2.03 MHz,MAE从0.71MHz升至1.55MHz。相关研究为空间天气预警及短波通信系统优化提供了高精度电离层参数预报支撑。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-05-09
  • 录用日期:  2025-07-14
  • 修回日期:  2025-07-02
  • 网络出版日期:  2025-08-19

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