Machine Learning–Driven Prediction of the S۴ Scintillation Index and Geomagnetic Storms using GNSS-RO Data
محل انتشار: فصلنامه علوم و فناوری فضایی، دوره: 19، شماره: 3
سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: فارسی
مشاهده: 23
فایل این مقاله در 17 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد
- صدور گواهی نمایه سازی
- من نویسنده این مقاله هستم
استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:
شناسه ملی سند علمی:
JR_JSST-19-3_002
تاریخ نمایه سازی: 18 مهر 1405
چکیده مقاله:
This study applies the Random Forest (RF) machine learning (ML) algorithm to GNSS radio occultation (GNSS-RO) data for two critical space weather forecasting tasks: the prediction of ionospheric amplitude scintillation (S۴ index) and the classification of geomagnetic storm occurrence. For S۴ index prediction, an RF regression model was trained on a comprehensive feature set derived from interplanetary magnetic field components, geomagnetic indices, solar radio flux, and historical S۴ statistics. The model's architecture is optimized, and Recursive Feature Elimination with Gini Importance (Mean Decrease Impurity) method is applied to identify the most predictive features. For storm detection, an RF classifier was trained on parameters including Total Electron Content (TEC), S۴ indices, and key solar and geomagnetic variables to distinguish between storm and non-storm conditions. The optimized S۴ prediction model achieved high precision with a Mean Absolute Error of ۰.۰۰۷۲۶۳ and an R² score of ۰.۵۱۷۳۵۲. Feature selection via Gini Importance significantly improved model efficiency, increasing the Adjusted R² by ۵۰.۵%. The geomagnetic storm classifier demonstrated a critical strength of recall of ۰.۹۹ for storm events, ensuring missing only ۱% of actual storms. Analysis of feature importance confirmed the model's physical validity, correctly identifying the Kp index, F۱۰.۷ solar flux and Dst index as the primary drivers for prediction, which aligns with established solar-terrestrial physics. The results demonstrate the high potential of machine learning, specifically RFs, for precise space weather forecasting
کلیدواژه ها:
نویسندگان
Delaram Fattahi
Space Physics group, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
Sahar Barzegar
Space Physics Group, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
Masoud Khoshsima
Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
Saber Karami
Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
Hadi Jalili
Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
Jamal Aghayari
Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
مراجع و منابع این مقاله:
لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :