Comparing LSTM-Based Sequence-to-Sequence Forecasting Strategies for 24-Hour Solar Proton Flux Profiles Using GOES Data
Kangwoo Yi, Bo Shen, Qin Li, Haimin Wang, Yong-Jae Moon, Jaewon Lee, Hwanhee Lee
太阳质子事件(SPE)对卫星、宇航员和技术系统造成重大辐射危害。 准确预测其质子通量时间配置文件对于早期预警和缓解至关重要。 本文探讨了基于长期短期记忆网络的深度学习序列到序列(seq2seq)模型,以预测SPE发病后的24小时质子通量配置文件。 我们使用了NOAA GOES观测到的40个连接良好的SPE(1997-2017)的数据集,每个数据集都与一个 >=M 类西半球太阳耀斑和不受干扰的质子通量谱相关联。 使用4倍分层交叉验证,我们在多个预测情景下评估seq2seq模型配置(不同的隐藏单元和嵌入维度):(i)纯质子输入与组合质子+X射线输入,(ii)原始通量数据与趋势平滑数据,以及(iii)自回归与一击预测。 我们的主要结果如下:首先,一击预测持续产生比自回归预测更低的误差,避免了迭代方法中的错误积累。 其次,在原始数据上,仅质子模型优于质子+X射线模型。 然而,随着趋势平滑的数据,这种差距在质子+X射线模型中缩小或逆转。 第三,趋势平滑通过减轻X射线通道的波动,显著增强质子+X射线模型的性能。 第四,虽然根据趋势平滑数据训练的模型平均表现最好,但表现最好的模型是在原始数据上训练的,这表明架构选择有时可能超过数据预处理的好处。
Solar Proton Events (SPEs) cause significant radiation hazards to satellites, astronauts, and technological systems. Accurate forecasting of their proton flux time profiles is crucial for early warnings and mitigation. This paper explores deep learning sequence-to-sequence (seq2seq) models based on Long Short-Term Memory networks to predict 24-hour proton flux profiles following SPE onsets. We used a dataset of 40 well-connected SPEs (1997-2017) observed by NOAA GOES, each associated with a >=M-...