结果作对比，我们主要检验了模型在夏季和春秋季 条件下对电离层扰动的预报效果．值得一提的是，在 犓ｆ 的计算中，我们采用犓ｐ ２ 的２７ 天滑动均值犓ｑｍ 作为地磁指数的背景值，而在应用到实际预测时，由 于当
结果作对比，我们主要检验了模型在夏季和春秋季
条件下对电离层扰动的预报效果．值得一提的是，在
犓ｆ 的计算中，我们采用犓ｐ
２ 的２７ 天滑动均值犓ｑｍ
作为地磁指数的背景值，而在应用到实际预测时，由
于当前日期后１３ 天的犓ｐ 值未知，犓ｑｍ 的计算应该
相应地作些修改．在这里，我们只取当前日期前１３
天的犓２
ｐ 均值作为犓ｑｍ．
磁暴发生时间分别为１９９１年的４月４～７日、５
月１３～１６日、６月１７～２０日、７月８～１１日、８月１２
～１５日和９月９～１２日．各个磁暴的犓ｐ 变化情况
见图３．本文模型及ＳＴＯＲＭ 对这６ 次磁暴下电离
层扰动的预报结果见图４．
与ＳＴＯＲＭ 相比，本文模型有一个共同特点：
所预测的δ犳狅犉２ 比ＳＴＯＲＭ 先达到负最小值，且从
负最小值恢复到平静状态的速度更快．５ 月１３～１６
日和７月８～１１日的两次磁暴比较特殊，犓ｐ 都有连
续的两个峰值（见图３）．这反映的是两次磁层能量
注入过程，通常电离层响应会出现叠加效应［２８］．在
图４ 中可看到，δ犳狅犉２ 观测值有分两个阶段下降的
现象，而本文模型也预测到两次连续的负相扰动，与
观测值较接近，但ＳＴＯＲＭ 模型只反映出一次
δ犳狅犉２ 下降．值得一提的是，７月８～１１日磁暴中犓ｐ
峰值的时间间隔比５ 月１３～１６ 日的短，因此对应
δ犳狅犉２ 分段下降的时间间隔也相应不同，而本文模
型很好地表现了这一差别．
图３ １９９１年６次磁暴的犓ｐ 变化情况
Ｆｉｇ．３ Ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ（犓ｐ）ｆｏｒ６ｓｔｏｒｍｓｉｎ１９９１
１９４６
６期高 琴，等：基于修正犓ｐ 指数的中纬区单站电离层暴预报方法研究
图４ １９９１年６次磁暴对应Ｙａｋｕｔｓｋ站的δ犳狅犉２ 实际观测值及预测值
灰线表示观测值，黑色实线表示本文模型预测值，黑色点划线表示ＳＴＯＲＭ 预测值
Ｆｉｇ．４ ＤａｔａａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｏｕｒｍｏｄｅｌａｎｄＳＴＯＲＭａｔＹａｋｕｔｓｋｆｏｒｔｈｅ６ｓｔｏｒｍｓｉｎ１９９１
Ｔｈｅｇｒａｙｌｉｎｅｉｓｔｈｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅｂｌａｃｋｓｏｌｉｄｌｉｎｅｓｈｏｗｓｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｏｕｒｍｏｄｅｌ
ａｎｄｔｈｅｂｌａｃｋｄａｓｈｅｄｌｉｎｅｉｓｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆＳＴＯＲＭ．
对于５月、６月、７月及８月的４次暴，Ｙａｋｕｔｓｋ
站都表现为先发生幅度较大且持续时间较长的电离
层正暴，然后发生大的负暴．从图中可看到，
ＳＴＯＲＭ 完全没有预报正暴，而我们的模型都对正
暴作出了反映．虽然所得到的正暴幅度还不够理想，
但效果比ＳＴＯＲＭ 好许多，尤其是对正扰动持续时
间的预报与实际值很吻合．
下面，我们对两个模型的预报效果作一下定量
的比较与分析．采用绝对误差作为检验标准，其计算
式如下
ＲＭＳＥ ＝ δ犳狅犉２ｍｏｄ －δ犳狅犉２ｏｂｓ ， （４）
其中δ犳狅犉２ｍｏｄ为模型预测值，δ犳狅犉２ｏｂｓ为实际值．根
据这６ 次磁暴样本，我们分别计算了本文模型及
ＳＴＯＭＲ 模型的预报值相对于实际值的平均绝对偏
差，如图５所示．从图中可看到，在δ犳狅犉２＜４０％范
图５ Ｙａｋｕｔｓｋ站模型预报绝对误差分析
Ｆｉｇ．５ Ｅｒｒｏｒｓｏｆｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
ａｎｄＳＴＯＲＭａｔＹａｋｕｔｓｋ
１９４７
地 球 物 理 学 进 展２４卷
围内，本文模型的绝对误差明显比ＳＴＯＲＭ 模型
小；在δ犳狅犉２＞４０％情况下，两个模型的误差存在较
大的起伏，可能是由于样本中满足条件的数据太少
的缘故． ＡｒａｕｊｏＰｒａｄｅｒｅ ａｎｄ ＦｕｌｌｅｒＲｏｗｅｌｌ
（２００２）［１３］提出了一个衡量模型改善程度的因子：
％ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ＝
（ＲＭＳＥ（ＳＴＯＲＭ）－ＲＭＳＥ（ｍｏｄｅｌ））
ＲＭＳＥ（ＳＴＯＲＭ）×１００
． （５）
我们把两个模型在δ犳狅犉２＜４０％情况下的误差单独
作比较分析，得到本文模型的预测效果相对
ＳＴＯＲＭ 提高了约３５％．
此外，为验正模型方法的可靠性，我们改变训练
样本的时间范围．分别取１９５７～１９８０ 年、１９５７～
１９７０年和１９５７～１９６０ 年这三种情况，并将这三种
情况的计算结果与之前的１９５７～１９９０年作对比．所
得结果如图６所示．可以看到，除了１９５７～１９６０ 年
的情况，样本范围取１９５７～１９７０ 或１９５７～１９８０ 年
时所得到的犪和犫与１９５７～１９９０年数据所得的计
算结果没有很大的偏离．这说明，只要所取的训练样
本时间范围足够长（如一个太阳周期），所得的模型
系数都能用于下一步电离层暴预报．
图６ 不同训练样本下的模型系数ａ和ｂ
Ｆｉｇ．６ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａａｎｄｂｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒａｉｎｉｎｇｓａｍｐｌｅｓ
综上所述，本文提出的模型方法可靠性较高，建
立电离层暴预报模型在中纬Ｙａｋｕｔｓｋ 站的应用效
果比ＳＴＯＲＭ 模型好．
进一步地，我们对更多的中纬区电离层台站作
了相同的分析与检验，发现本文模型方法在许多台
站都得到了比ＳＴＯＲＭ 更好的预报效果，但同时也
有许多台站的预报效果并不理想．由于篇幅限制，这
些台站的分析结果在这里就不一一列出．对于模型
并不能适用于所有中纬区台站，我们认为其主要原
因在于，本文模型方法假设电离层暴主要受地磁犓ｐ
变化的影响，假设电离层暴的季节性效应占主导地
位，而由于电离层暴的复杂性，这两个假设在某些台
站并不能成立，因而导致模型的预报效果不够好．
３ 小 结
本文主要借鉴文献［９］中构建修正犓ｐ 指数犓ｆ
的方法，统计分析中纬Ｙａｋｕｔｓｋ 站δ犳狅犉２ 与犓ｆ 的
关系发现两者有非常好的线性关系，且季节性特征
明显，最终建立了一个简易的中纬区单站电离层暴
预报模型，其模型系数只随月份不同．
１９４８
６期高 琴，等：基于修正犓ｐ 指数的中纬区单站电离层暴预报方法研究
模型检验表明，本文模型在Ｙａｋｕｔｓｋ 站达到了
比ＳＴＯＲＭ 模型更好的预报效果．模型的平均绝对
误差明显比ＳＴＯＲＭ 的小，对δ犳狅犉２＜４０％ 的扰动
的预测效果也比ＳＴＯＲＭ 平均提高了３５％左右．特
别是模型能很好地反映磁暴连续发生时对应δ犳狅犉２
分阶段下降的形态．与ＳＴＯＲＭ 不能预测电离层正
相扰动相比，本文模型在这方面改善了很多，可以对
正相扰动的幅度和持续时间作出一定的反映．
文中还用该模型在其它中纬台站作了检验，预
报效果有好有差．虽然并不能在所有台站都达到比
ＳＴＯＲＭ 更好的预报效果，但由于模型系数是用单(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
版权声明：因本文均来自于网络，如果有版权方面侵犯,请及时联系本站删除.
