Program IDL pomaga naukowcom z Korei Płd. w prognozowaniu pogody kosmicznej

W 1859r. po rozbłysku doszło do koronalnego wyrzutu masy (CME), który spowodował burzę geomagnetyczną. Zaburzenia ziemskiego magnetyzmu spowodowały awarie sieci telegraficznych na całym świecie.

Zorza polarna nazwana "Carrington Event" była wówczas widoczna na całym świecie. W Kolorado była tak jasna, iż jej blask obudził ludzi w środku nocy i zaczęli oni przygotowywać się do pracy myśląc, że to już ranek. Jeśli burza słoneczna tej wielkości zostałaby wyzwolona dzisiaj, mogłaby spowodować globalną katastrofę. Znacznie mniejsza słoneczna burza geomagnetyczna wywołana w 1989 roku, spowodowała wyłączenie sieci energetycznej w kanadyjskim Quebecu. Awaria uniemożliwiła na 9 godzin korzystanie z energii elektrycznej 6 milionom mieszkańców i miała poważne skutki ekonomiczne.
Analitycy rynku ubezpieczeń są najbardziej zaniepokojeni bezpośrednim wpływem dużej burzy geomegnetycznej na sieci elektryczne oraz w jej następstwie, pozbawieniem milionów ludzi możliwości korzystania z energii elektrycznej przez kilka tygodni, miesięcy lub dłużej.

Opis Problemu

Przewidywania kosmicznej pogody stały się ważniejsze, ponieważ świat stał się bardziej zależny od systemów, które są podatne na uszkodzenia w wyniku burz słonecznych, takich jak sieci elektryczne i satelity. Koronalny wyrzut masy, który dociera do atmosfery Ziemi może spowodować burzę geomagnetyczną i czasową utratę energii elektrycznej na dużym obszarze, ale skutki burz słonecznych można złagodzić poprzez precyzyjne i terminowe prognozowanie. Wcześniejsze ostrzeżenie o zbliżającej się burzy słonecznej pozwala na zabezpieczenie i zamknięcie kluczowych lub wrażliwych elementów zasilania sieci. Aktualnie istnieje ok. 1500 satelitów na orbicie Ziemi, wiele służących do przekazywania sygnałów telewizyjnych i telefonicznych. Satelity te są podatne na zakłócenia w jonosferze, które mogą wystąpić w czasie burz słonecznych, ale dzięki wcześniejszemu zawiadomieniu o ich wystąpieniu można wprowadzić je w stan niskiego poboru mocy celem zminimalizowania szkód.

Rozwiązanie

ASSA (Automated Solar Synoptic Analysis) jest zautomatyzowanym systemem oprogramowania, który identyfikuje aktywne regiony słoneczne, kanały żarowe oraz dziury koronalne - trzy główne źródła słoneczne, które wpływają na pogodę kosmiczną. ASSA jest obecnie używany przez koreańskie Centrum Pogody Kosmicznej (KSWC) Radiowej Agencji Badawczej i SELab, Inc. w Korei. Pracownik SELab Sangwoo Lee, który odegrał ważną rolę w budowaniu systemu ASSA wykorzystał program IDL w celu opracowania rozwiązań dla badań naukowych, jak również do zastosowań operacyjnych na wiele lat. Zespół wykorzystuje IDL z racji jego dużych możliwości w zakresie przetwarzania obrazu i przetwarzania danych. Wykorzystanie naukowego języka programowania IDL, umożliwiło stworzenie wizualizacji z kompleksowych danych liczbowych, co było kluczowe w rozwoju systemu ASSA i ASSA GUI. Procedury IDL zostały zainstalowane i są wykorzystywane w KSWC. Dane są wyświetlane w czasie rzeczywistym, w rytmie godzinnym, a najnowsze wyniki można obejrzeć na stronie internetowej ASSA . ASSA GUI jest samodzielną aplikacją opracowaną za pomocą IDL.

Zwykli użytkownicy mogą emulować całe procedury ASSA na swoich komputerach osobistych, nawet jeśli nie mają oni programu IDL zainstalowanego na komputerze. Interfejs graficzny oparty na IDL jest spakowanym plikiem do rozpowszechniania i pozwala każdemu na uzyskanie wyników klasyfikacji, nie tylko najnowszych danych słonecznych, ale również danych dla każdej daty.
Całe procedury przetwarzania danych do rozpoznania i klasyfikacji grup plam słonecznych w ASSA można sprawdzić krok po kroku w ASSA GUI, co jest bardzo pomocne w zrozumieniu wyników systemu ASSA. ASSA GUI jest dostępny dla MS Windows i Mac OS i jest dystrybuowany do wiadomości publicznej za pośrednictwem strony internetowej.


System ASSA otrzymuje niezbędne surowe zdjęcia słoneczne i przetwarza je w wyznaczonej procedurze, by uzyskać wynikowe pliki wyjściowe. Przy identyfikacji aktywnych regionów słonecznych ASSA wykorzystuje wysokiej rozdzielczości dane nt. intensywności słońca pochodzące z satelity obserwacyjnego Solar Dynamics Observatory (SDO HMI) i magnetogram, jako dane wejściowe oraz zapewnia klasyfikację McIntosh'a i magnetyczną klasyfikację Mt. Wilson każdego aktywnego regionu słońca, poprzez zastosowanie odpowiednich technik przetwarzania obrazu.
W tym samym czasie aplikacja wydobywa także właściwości morfologiczne i fizyczne aktywnych regionów w sposób ilościowy dla przewidywania krótkoterminowych rozbłysków. Przy identyfikacji kanałów żarowych oraz dziur koronalnych są wykorzystywane zdjęcia z globalnej sieci H-alfa i SDO AIA 193 do identyfikacji morfologicznej, a także magnetogramy SDO HMI do weryfikacji ilościowej.
Wyniki wyjściowe ASSA są rutynowo sprawdzane i zatwierdzane w stosunku do codziennego raportu SRS (Solar Region Summary) NOAA i UCOHO (kod URSIgram dla informacji dot. dziur koronalnych).


Synoptycy pogody kosmicznej w Centrum Prognozowania Pogody Kosmicznej NOAA tworzą każdego dnia synoptyczne rysunki słoneczne, aby przewidzieć zdarzenia słoneczne tj. rozbłyski, wybuchy, szybkie strumienie wiatru słonecznego i współbieżne regiony interakcji oraz ich możliwe skutki dla Ziemi. Rysunki te są wykonywane "odręcznie", co jest bardzo czaso- i pracochłonne oraz wymaga specjalistycznej wiedzy programistycznej. Wyniki NOAA są zestawiane i wydawane raz dziennie. "Wiarygodne wyniki mogą być dostarczone tylko przez ekspertów, choć nawet wtedy zgodność wyników może się różnić w zależności od opinii i orzeczeń tych ekspertów", powiedział Lee.

System ASSA automatycznie przeprowadza wykrywanie i klasyfikację grup plam słonecznych. Synoptycy mogą wykorzystywać prognozy kosmicznej systemu ASSA, aby uzyskać bardziej spójne wyniki i tworzyć częste prognozy. W grudniu 2013r. system ASSA został zainstalowany w Community Coordinated Modeling Center NASA i oferuje obecnie dostęp do wyników produkowanych przez ASSA w czasie rzeczywistym na ich stronie internetowej. Jest to pierwszy model pogody kosmicznej dostarczony do CCMC z Korei.

Ogólny opis ASSA dostarczony przez CCMC można obejrzeć na stronie internetowej sekcji CCMC ASSA

http://www.exelisvis.com