Прогноз суточных флюенсов релятивистских электронов внешнего радиационного пояса Земли на геостационарной орбите

Радиационные пояса Земли (РПЗ) - это внутренние области магнитосферы Земли, в которых геомагнитным полем удерживаются заряженные частицы - протоны, электроны, альфа-частицы. В первом приближении РПЗ представляют собой тороид, в котором можно выделить две области - внутренний радиационный пояс с максимумом на высоте ~ 3500 км и внешний радиационный пояс с максимумом на высоте ~ 17 000 км. Поток релятивистских электронов с энергией > 2 МэВ во внешнем РПЗ измеряется в мониторинговом режиме на КА серии GOES (англ. Geostationary Operational Environmental Satellite - Геостационарный эксплуатационный спутник наблюдения за окружающей средой) — серии спутников, находящихся в ведении национальной информационной службы спутниковых данных США об окружающей среде.

Основным источником информации об измеренных значениях потока релятивистских электронов ( > 2 МэВ) является Центр прогнозирования космической погоды NOAA ( CША).

Для прогнозирования часовых значений потока релятивистских электронов с энергией выше 2 МэВ) используются искусственные нейронные сети (ИНС) типа персептрон.

Поскольку общепринятой физической модели, адекватно описывающей изменения потоков релятивистских электронов во внешнем РПЗ, на сегодняшний день не существует, для решения задачи прогнозирования были выбраны ИНС.

ИНС принадлежат семейству адаптивных алгоритмов. Это означает, что в своей работе ИНС опираются не на какую-либо физическую модель, но только на характеристики самих данных, поскольку ИНС усваивают необходимую информацию из исторических данных, в процессе обучения на примерах.

Поскольку вариации (изменения) потока релятивистских электронов ( > 2 МэВ) во внешнем РПЗ вызываются геомагнитными возмущениями, описываемыми с помощью Dstи Кр индексов, и изменениями в гелиосфере, которые отражаются в изменениях параметров межпланетного магнитного поля (ММП) и солнечного ветра (СВ), то в качестве входных данных для прогнозирования значения потока релятивистских электронов ( > 2 МэВ) используются значения индексов Dst и Кр , а также параметров ММП и СВ, измеряемых в эксперименте на космическом аппарате ACE (Advanced Composition Explorer), находящемся в точке Лагранжа L1.

Представленная здесь инженерная модель комической среды, предназначенная для прогнозирования среднечасовых значений потока релятивистских электронов ( > 2 МэВ), в процессе работы использует следующие данные:

• данные о величине ММП – покомпонентно (Bx, By, Bz) и |B| (модуль ММП);

• данные о параметрах плазмы СВ: скорость СВ (v), плотность протонов (np), поступательная температура протонов(T);

• данные о величине Dst –индекса;

• данные о величине Кр-индекса;

• данные об измеренных ранее значениях потока релятивистских электронов ( > 2 МэВ):

• информация о часе суток и сутках года, представленная в виде значений синуса и косинуса с суточным и годовым периодами.

Для обеспечения возможности учёта истории изменения параметров используется т.н. погружение временных рядов, т.е. помимо текущих значений параметров, нейронная сеть принимает на вход почасовые данные о значениях указанных параметров за последние сутки. Загрузка данных осуществляется каждые 5 минут. Обновление прогнозов осуществляется 4 раза в час. Горизонт прогноза составляет один час относительно текущего момента времени. Исторические данные показаны на графике красным цветом, прогноз модели – зелёным. По умолчанию системой предоставляется график изменения потока релятивистских электронов ( > 2 МэВ) за последние сутки, на который нанесён прогноз модели.

При необходимости просмотра графика изменения за более длительный срок следует выбрать требуемый интервал времени с помощью соответствующей кнопки - перерисовка графика произойдет автоматически.