Neues von T-FORS: Vorhersage wellenförmiger Unregelmäßigkeiten in Erdionosphäre auf nächste Stufe bringen
Das EU-finanzierte Projekt T-FORS(öffnet in neuem Fenster) wurde 2023 ins Leben gerufen. Es ging darum, die durch spezifische Weltraumwetterstörungen in der Ionosphäre der Erde – wandernde ionosphärische Störungen (travelling ionospheric disturbances; TID) – verursachten Störungen kritischer Kommunikations- und Navigationssysteme im Weltraum und am Boden zu bekämpfen. Ziel des Projekts war die Entwicklung neuer und verbesserter Modelle, die Vorhersagen dieser Phänomene und Warnungen vor wandernden ionosphärischen Störungen mehrere Stunden im Voraus erstellen. Das daraus resultierende nutzungsorientierte europäische Vorhersagerahmenwerk wurde durch Kombinieren von solaren, interplanetaren, magnetosphärischen, ionosphärischen und atmosphärischen Beobachtungen mit auf maschinellem Lernen beruhenden Vorhersagen in einem Echtzeitumfeld erreicht. Im Jahr 2024, ein reichliches Jahr nach dem Ende von T-FORS, wurden die projekteigenen Errungenschaften bereits von Forschungs- und Betriebsgemeinschaften genutzt.
Bessere Prognosen und noch mehr
Das Team von T-FORS stellte der Gemeinschaft seine endgültigen Vorhersagecodes zur Verfügung. Das frei zugängliche Informationsarchiv(öffnet in neuem Fenster) enthält Daten zur mittelmaßstäblichen TID-Klimatologie und Modelle zur Vorhersage von großmaßstäblichen wandernden ionosphärischen Störungen für ein bis drei Stunden im Voraus. Durch den einfachen Zugang zu diesen Ressourcen können andere Forscherinnen und Forscher die Modelle testen, validieren, erweitern oder an neue Regionen oder Datensätze anpassen. Im Rahmen des Projekts werden auch Berichte erstellt, in denen die Modellvorhersagen mit den tatsächlich beobachteten Ereignissen wandernder ionosphärischer Störungen verglichen werden, um die Vorhersagegenauigkeit zu bestimmen und die wirksamsten Merkmale zu ermitteln. Anhand dieser gemessenen Ergebnisse werden die Forschenden verschiedene Modellierungsansätze vergleichen und die T-FORS-Modelle weiter verfeinern können. Die Entwicklung wirksamer Prognoseinstrumente war jedoch nicht das einzige Bestreben des T-FORS-Teams. Projektziel war außerdem, unser Verständnis wandernder ionosphärischer Störungen und ihrer Triebkräfte zu verbessern, was nun in die Tat umgesetzt wird. Anschließend nutzten die Forschenden die T-FORS-Daten, um die großräumige TID-Klimatologie über Europa für den Zeitraum 2014 bis 2023 zu analysieren und dabei unter anderem Abhängigkeiten von der Jahreszeit, der Ortszeit, der geomagnetischen Aktivität, den bevorzugten Ausbreitungsrichtungen und -geschwindigkeiten aufzuzeigen. Diese Kataloge und klimatologischen Analysen sind eine Hilfe bei der weiteren Erforschung der atmosphärischen Kopplung und der ionosphärischen Variabilität oder bei der Validierung unabhängiger Nachweisverfahren. Der im Zuge von T-FORS betriebene innovative Einsatz von Algorithmen des maschinellen Lernens zur Vorhersage des Auftretens und der Ausbreitung von wandernden ionosphärischen Störungen hat weitere Forschungsergebnisse erbracht, die im „Journal of Space Weather and Space Climate“ veröffentlicht wurden. Dazu gehören ein technischer Artikel(öffnet in neuem Fenster), in dem das Maschinenlernmodell für großmaßstäbliche regionale Vorhersagen wandernder ionosphärischer Störungen erläutert wird, und ein Forschungsartikel(öffnet in neuem Fenster) über ein großmaßstäbliches TID-Vorhersagemodell, das auf bestimmte Standorte in Europa angewendet wird.
Blick in die Zukunft
Zu erwarten ist, dass die Ergebnisse von T-FORS in die nächste Generation von operationellen Diensten zur Ionosphärenvorhersage einfließen werden, insbesondere für die europäischen Katastrophenschutzbehörden, Weltraumsicherheitsoperationen, Weltraumwettervorhersagezentren und Funkkommunikationsdienste. Die projekteigene Methodik, bei der Beobachtungen aus mehreren Bereichen mit auf maschinellem Lernen basierenden Prognosen kombiniert werden, könnte gleichermaßen als Vorbild für andere Bemühungen um Vorhersagen in der Geosphäre dienen. Europas erstes Ende-zu-Ende-System für Vorhersagen wandernder ionosphärischer Störungen wurde dank der Unterstützung durch die EU möglich. „Die Finanzierung durch Horizont Europa war entscheidend für die Realisierung von Zusammenarbeit, Innovation und offener Verbreitung, die mit einzelnen nationalen Initiativen allein nicht hätten erreicht werden können“, erklärt Anna Belehaki, T-FORS-Projektkoordinatorin und Forschungsdirektorin am Institut für Astronomie, Astrophysik, Weltraumanwendungen und Fernerkundung des Nationalen Observatoriums Athen, Griechenland. Die daraus resultierende internationale Zusammenarbeit, die robuste Entwicklung der Infrastruktur und die weite Verbreitung haben die operationelle und gesellschaftliche Relevanz der im Rahmen des Projekts T-FORS (TRAVELLING IONOSPHERIC DISTURBANCES FORECASTING SYSTEM) erzielten wissenschaftlichen Fortschritte sichergestellt. In der Rubrik „Was wurde aus…“ werden abgeschlossene EU-finanzierte Projekte vorgestellt und es wird darüber berichtet, was seit der Beendigung der EU-Finanzierung erreicht wurde. Wenn Sie an einer Vorstellung Ihres Projekts unter „Was wurde aus…“ interessiert sind, dann schreiben Sie uns bitte eine E-Mail an editorial@cordis.europa.eu und teilen Sie uns mit, warum!