Le score auroral expliqué

Comment nous l'avons construit

Des caméras plein ciel à Kilpisjärvi et Sodankylä en Finlande et à Abisko en Suède ont photographié le ciel pendant plus de dix hivers. L'Institut météorologique finlandais gère la caméra de Kilpisjärvi. L'Observatoire géophysique de Sodankylä, qui fait partie de l'université d'Oulu, gère les deux autres. L'Institut météorologique finlandais a publié la luminosité des aurores dans ces enregistrements, calculée en moyenne sur le ciel au-dessus de chaque caméra. À partir de ces données, nous avons établi ce que vous pouvez voir des aurores pour chaque combinaison d'activité aurorale, d'obscurité et de clair de lune.

Pour les nuages, nous avons comparé des années de prévisions archivées de MET Norway avec ce que les caméras plein ciel de Tromsø et de Skibotn ont vu pendant 818 nuits. Cela montre à quelle fréquence on voit encore des aurores quand la prévision annonce, par exemple, des nuages bas sur la moitié du ciel.

Dans le score, le modèle calcule d'abord vos chances de voir des aurores à l'œil nu pendant cette heure. Le score y ajoute ensuite leur luminosité attendue. Pour vérifier la méthode, nous avons testé ces chances. Nous avons reconstruit le modèle onze fois, chaque fois sans l'un des hivers, et nous lui avons fait prédire les heures sombres et sans Lune de cet hiver-là. Nous l'avons comparé à la prévision la plus simple que nous ayons pu imaginer, une valeur fixe. Pendant les autres hivers, les caméras ont vu des aurores pendant environ la moitié des heures sombres et sans Lune, et cette prévision annonce donc « environ 50 % » pour chaque heure. L'erreur du modèle, mesurée par la perte logarithmique (la mesure habituelle pour les prévisions de probabilités), était 36 % plus basse que celle de cette valeur fixe. Sur l'ensemble de ces heures, les caméras ont enregistré 93 heures d'aurores pour 100 attendues par le modèle.

Le Svalbard se trouve sous la calotte polaire, où les aurores se comportent autrement et peuvent briller à midi pendant la nuit polaire. Le score y a sa propre courbe, construite à partir d'enregistrements de caméras du Svalbard. Toutes les sources que nous avons utilisées figurent sur notre page des sources de données (en anglais).

Pourquoi le Kp seul ne suffit pas

Le nord de la Norvège se trouve sous l'ovale auroral, la zone habituelle des aurores, et elles peuvent donc passer au-dessus de vous avec un Kp de 1 ou 2. Que vous les voyiez ou non dépend plus souvent des nuages, de l'obscurité, du clair de lune et de la pollution lumineuse que du Kp, et un même Kp donne des scores très différents selon le site. Voici nos scores sur trois sites, avec le Kp comme seule mesure de l'activité aurorale. La nuit est dégagée et sombre, sans clair de lune, à 22 h 30 (heure de Norvège), à la mi-décembre :

• Finnvikdalen, près de Tromsø, obtient environ 24 avec un Kp de 1, 82 avec un Kp de 3 et 95 avec un Kp de 5.
• Le centre-ville de Tromsø, avec la pollution lumineuse de la ville, obtient environ 24 avec un Kp de 3 et 49 avec un Kp de 5.
• Løpsmarka, près de Bodø, plus au sud, obtient environ 4 avec un Kp de 1 et 70 avec un Kp de 3.

Dans nos simulations avec les caméras plein ciel, une prévision fondée sur les nuages seuls a repéré l'heure où il y avait une aurore à peu près aussi souvent qu'une prévision fondée sur l'activité aurorale seule, soit 78 et 77 fois sur 100. Le Kp seul l'a fait 71 fois sur 100. Le modèle, qui tient compte des deux, l'a fait 89 fois sur 100.

Comparaison avec d'autres prévisions

Nous avons simulé des hivers passés auprès de caméras plein ciel en Finlande, en Suède et en Norvège, en reconstituant les données telles que le score les aurait eues à l'époque. Puis nous avons comparé le modèle à des façons plus simples de prévoir les aurores. Pour chaque hiver, nous avons reconstruit le modèle et chacune des prévisions plus simples sans cet hiver-là, puis nous leur avons fait prédire cet hiver. Comme la vérification plus haut, la plupart des comparaisons ci-dessous portent sur les chances de voir une aurore selon le modèle. Les alertes, elles, reposent sur le score lui-même.

• Les nuits où sortir. Nous avons retenu 787 nuits, sur sept hivers, auprès de trois de ces caméras. Chaque méthode a noté chaque nuit avec les informations dont elle disposait à 18 h. Nous avons ensuite compté combien de fois les caméras ont vu des aurores lors des nuits qu'elle notait le mieux. Sur l'ensemble des nuits, les caméras ont vu des aurores environ une nuit sur quatre. Elles en ont vu lors de 54 % des nuits que le modèle plaçait dans son premier cinquième, et lors de 64 % de celles de son premier dixième. Pour les nuits que la prévision Kp de la NOAA plaçait dans son premier cinquième, c'était 25 %, à peu près autant que sur l'ensemble des nuits. Une règle fondée sur le Kp et la prévision des nuages de MET Norway se rapprochait davantage du modèle, avec 50 %. Pour les nuits d'avant le printemps 2022, nous avons reconstitué la prévision de la NOAA à partir de ses erreurs connues, car nous n'avons trouvé aucune archive des prévisions qu'elle a publiées.
• Face au Kp seul. Nous avons comparé le modèle à une prévision fondée sur l'indice Kp et l'heure de la nuit. Sur 6 716 heures dégagées réparties sur 1 072 nuits, l'erreur du modèle (perte logarithmique) était environ 30 % plus basse (0,33 contre 0,48), et plus basse lors de chacun des 12 hivers. Environ les deux tiers de ce gain venaient de la lecture en direct des magnétomètres, et le reste de la façon dont le modèle traite le clair de lune et le crépuscule. Pendant les heures sombres et sans Lune, l'erreur du modèle était environ 24 % plus basse, et environ 95 % de ce gain venait des magnétomètres. Ils se trouvent au même endroit que les caméras ou près d'elles, si bien que le gain peut être plus faible sur un site plus éloigné.
• Là où le Kp se trompe. Quand le Kp était de 1 ou moins, les caméras ont vu des aurores pendant 11 % des heures. La prévision fondée sur le Kp seul donnait 28 % en moyenne, et notre modèle 21 %. Avec une Lune brillante haut dans le ciel, les caméras ont vu des aurores pendant 32 % des heures. La prévision fondée sur le Kp seul donnait 50 %, et notre modèle 35 %. Quand l'activité était forte, avec un Kp de 4 ou plus, les caméras ont vu des aurores pendant 98 % des heures. La prévision fondée sur le Kp seul donnait 86 %, et notre modèle 95 %.
• Face au Kp et à la prévision des nuages. Sur une paire d'heures, l'une avec une aurore visible et l'autre sans, le modèle a classé la bonne heure plus haut 89 fois sur 100. Une prévision fondée sur le Kp et la même prévision des nuages l'a fait 83 fois sur 100 (AUC 0,890 contre 0,825, sur 13 693 heures). Le modèle a fait mieux lors de chacun des 7 hivers dont les prévisions des nuages sont archivées. Sans les magnétomètres, le modèle repérait toujours mieux les heures où une aurore était la plus probable. Mais les chances qu'il donnait, en chiffres, étaient moins justes que celles de la prévision plus simple.
• Alertes. Cette comparaison réutilise des hivers qui ont servi à construire le score, ce qui avantage le score. Dans la simulation à la caméra plein ciel de Tromsø, l'alerte « Bonnes chances d'aurore ce soir » (un score de 60 ou plus) est partie environ 27 fois par saison. Sur 10 de ces alertes, 9 ont été suivies d'aurores vues par la caméra dans la même heure ou les deux suivantes. Des règles plus simples ont vu juste moins souvent. « Kp de 3 ou plus, avec des nuages bas et moyens sous 50 % » a vu juste 7 fois sur 10 et « Kp de 4 ou plus » 8 fois sur 10. Une alerte qui ne regarde que le mois et l'heure de la nuit a vu juste 4 fois sur 10. Deux nuits sur trois où la caméra a vu une aurore pendant une heure sombre et dégagée, aucune alerte n'est partie. La caméra capte des aurores plus pâles que ce que vos yeux voient.
• Nuages. La façon dont le score lit la prévision des nuages de MET Norway repère mieux les heures dégagées que la couverture nuageuse totale de cette prévision (AUC 0,803 contre 0,738). Nous l'avons vérifié sur environ 150 000 heures sombres dans sept aéroports et trois emplacements de caméras. Le gain vient surtout de la façon dont il traite les nuages hauts et fins. Les observations nocturnes signalent rarement les nuages hauts et fins, et une partie de ce gain peut donc venir de la façon dont ces observations sont faites. Aux heures où il y avait peu de nuages hauts, les deux donnaient des résultats proches (0,806 contre 0,797).
• Face au modèle OVATION de la NOAA. Beaucoup d'applications d'aurores boréales affichent la probabilité, selon OVATION, d'une aurore au-dessus de vous. Nous n'avons pas pu simuler cette comparaison, car la NOAA ne conserve pas les anciens résultats d'OVATION, et seuls quelques fichiers, datant de 2020 ou après, subsistent dans des archives publiques. Le test de cet hiver fait cette comparaison heure par heure, pour les heures dégagées, sombres et sans Lune, avec la valeur OVATION que le score a lue à ce moment-là.

Deux parties du modèle n'ont pas été reconstruites pour chaque hiver. Les termes liés à la Lune et au crépuscule ont été ajustés sur les mêmes caméras, et la lecture de la prévision des nuages sur deux autres caméras, pendant les mêmes hivers. Reconstruite chaque fois sans l'un des hivers, cette lecture a donné le même résultat. Le test de cet hiver reste la mesure la plus juste.

Comment nous le testons

Nous avons enregistré le plan du test avant la saison 2026/27, avec des horodatages que chacun peut vérifier. Le test court de la nuit du 10 octobre 2026 à la nuit du 30 avril 2027. Les paramètres du modèle restent fixes pendant cette période, sauf les corrections que le plan autorise à l'avance. Les prévisions, elles, continuent de se mettre à jour avec les nouvelles données.

Le test utilise les caméras plein ciel de Kilpisjärvi et d'Abisko, deux des trois qui ont servi à construire le modèle, et il vérifie donc le modèle sur de nouvelles nuits, aux mêmes endroits. La caméra étalonnée de Sodankylä, la troisième, a été mise hors service en 2021. Il compare les chances de voir une aurore selon le modèle à une prévision fondée sur le Kp seul, pour l'heure en cours et les 12 heures suivantes, et à une prévision fondée sur le Kp et la prévision des nuages. Il vérifie aussi ce que le modèle apporte par rapport à la valeur OVATION de la NOAA. Enfin, il compare nos prévisions pour les trois prochaines nuits à une prévision plus simple, et nos alertes à une règle fondée sur le Kp et les nuages.

Nous publierons les résultats, bons ou mauvais. Un rapport suivra en avril 2027 pour les nuits jusqu'au 31 mars, puis un autre d'ici le 31 mai 2027 pour le reste de la saison. Nous publierons le plan lui-même avec le rapport d'avril. Les comparaisons avec les caméras suivront dès que l'Institut météorologique finlandais publiera les données de ses caméras pour cet hiver.