Understanding and Modeling the Dynamics of Storm‐Time Atmospheric Neutral Density Using Random Forests
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Atmospheric neutral density is a crucial component to accurately predict and track the motion of satellites. During periods of elevated solar and geomagnetic activity atmospheric neutral density becomes highly variable and dynamic. This variability and enhanced dynamics make it difficult to accurately model neutral density leading to increased errors which propagate from neutral density models through to orbit propagation models. In this paper we investigate the dynamics of neutral density during geomagnetic storms. We use a combination of solar and geomagnetic variables to develop three Random Forest machine learning models of neutral density. These models are based on (a) slow solar indices, (b) high cadence solar irradiance, and (c) combined high‐cadence solar irradiance and geomagnetic indices. Each model is validated using an out‐of‐sample data set using analysis of residuals and typical metrics. During quiet‐times, all three models perform well; however, during geomagnetic storms, the combined high cadence solar iradiance/geomagnetic model performs significantly better than the models based solely on solar activity. The combined model capturing an additional 10% in the variability of density and having an error up to six times smaller during geomagnetic storms then the solar models. Overall, this work demonstrates the importance of including geomagnetic activity in the modeling of atmospheric density and serves as a proof of concept for using machine learning algorithms to model, and in the future forecast atmospheric density for operational use.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».