電離層行進(jìn)式擾動(dòng)(travelling ionospheric disturbances，簡稱TID)是電離層中等離子體密度的波狀擾動(dòng)現(xiàn)象，波長為百公里量級(jí)的TID被稱為中尺度電離層行進(jìn)式擾動(dòng)（MSTID）。前期研究顯示，夜間MSTID具有顯著的太陽活動(dòng)負(fù)相關(guān)性和西南向傳播的特點(diǎn)，但其產(chǎn)生和傳播機(jī)制尚未得到明確的揭示，需要依托長期數(shù)據(jù)的進(jìn)行不同角度和時(shí)間尺度的統(tǒng)計(jì)分析以深入研究。子午工程興隆臺(tái)站通過連續(xù)觀測，積累了近一個(gè)太陽周期（2011-2021）約750000張的630nm紅光氣輝圖像，為分析MSTID的長期統(tǒng)計(jì)特征提供了可能，但如何從海量觀測數(shù)據(jù)中有效挖掘科學(xué)信息成為急需解決的難題。
中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心太陽活動(dòng)與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐寄遙研究員和重慶郵電大學(xué)賴昌教授等合作者，研發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的TID識(shí)別方法，該方法包含基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的夜空分類模型和基于快速區(qū)域卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的波動(dòng)識(shí)別模型，其中分類模型的準(zhǔn)確度達(dá)到97%，識(shí)別模型的對(duì)波動(dòng)目標(biāo)的定位準(zhǔn)確度達(dá)到70%以上。該方法解決了傳統(tǒng)人工識(shí)別方法效率低，以及存在主觀誤差的問題。利用該方法對(duì)興隆臺(tái)站2011年至2021年拍攝的750000張氣輝圖片進(jìn)行了自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)了611個(gè)MSTID事件，同時(shí)分析了這些事件的統(tǒng)計(jì)特征：（1）事件年發(fā)生率與太陽活動(dòng)強(qiáng)度負(fù)相關(guān)，月發(fā)生率在冬夏兩季出現(xiàn)峰值。小時(shí)發(fā)生率的夏季峰值在當(dāng)?shù)貢r(shí)間22點(diǎn)至23點(diǎn)，冬季峰值在當(dāng)?shù)貢r(shí)間23點(diǎn)至24點(diǎn)；（2）水平波長和傳播速度的年平均值分別為160–311 km和98–133 m/s，與太陽活動(dòng)強(qiáng)度無關(guān)；（3）611個(gè)事件中，589個(gè)事件向西南傳播。非西南向的22個(gè)事件中，有15個(gè)東北向傳播的事件。東北向的事件大都發(fā)生在4-8月，并且波動(dòng)形態(tài)上都呈現(xiàn)周期性。（4）相對(duì)強(qiáng)度（%）的年平均變化與水平速度負(fù)相關(guān)。
該項(xiàng)研究加深了我們對(duì)夜間MSTID的統(tǒng)計(jì)特征的了解。同時(shí)，通過TID自動(dòng)識(shí)別方法提取波動(dòng)參數(shù)形成的參數(shù)數(shù)據(jù)集，可供研究人員開展進(jìn)一步的分析。研發(fā)的電離層事件自動(dòng)識(shí)別與特征提取工具，為充分挖掘海量自主數(shù)據(jù)資源提供了新的研究范式。該研究成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊Space Weather上。
圖1.TID識(shí)別程序定位氣輝圖像中的TID波面和銀河。綠框內(nèi)為TID波面，黃框內(nèi)為銀河。左上角百分?jǐn)?shù)為目標(biāo)置信度。
圖2.四季MSTID事件分布圖。紅點(diǎn)代表事件，半徑為水平傳播速度（m/s），角度為傳播方向的方位角。
論文鏈接：Lai, C., Xu, J., Lin, Z., Wu, K., Zhang, D., Li, Q., et al. (2023). Statistical characteristics of nighttime medium-scale traveling ionospheric disturbances from10-years of airglow observation by the machine learning method. Space Weather,21, e2023SW003430.https://doi.org/10.1029/2023SW003430
