オーロラスコアのしくみ

スコアの作り方

フィンランドのキルピスヤルヴィとソダンキュラ、スウェーデンのアビスコにある全天カメラは、10シーズン以上にわたって冬の夜空を撮影してきました。キルピスヤルヴィのカメラはフィンランド気象研究所が、ほかの2台はオウル大学ソダンキュラ地球物理観測所が運用しています。フィンランド気象研究所は、これらの記録に写ったオーロラの明るさを、カメラごとにその上空全体で平均して公開しました。私たちはこの記録をもとに、オーロラ活動、暗さ、月明かりの組み合わせごとに、どれだけのオーロラが見えるかを割り出しました。

雲については、保存されてきた何年分ものMET Norwayの予報を、トロムソとシーボットン（Skibotn）の全天カメラが818夜に実際に写したものと比べました。これで、たとえば予報で下層の雲が空の半分を覆っているとき、それでもオーロラが見えることがどのくらいあるのかがわかります。

スコアの中では、まずモデルが、その時間に自分の目でオーロラを見られる確率を出します。スコアはそこに、オーロラがどのくらい明るく見えそうかを加えます。方法を確かめるため、私たちはこの確率を検証しました。毎回1つの冬を外してモデルを11回作り直し、外した冬の暗くて月のない時間帯を予測させました。比べる相手は、考えられるいちばん単純な予報、つまり決まった1つの数字です。ほかの冬では、暗くて月のない時間帯のおよそ半分でカメラがオーロラをとらえていたので、この予報はどの時間帯にも「約50%」と出します。確率予報の標準的な物差しである対数損失で測ると、モデルの誤差はこの決まった数字より36%小さくなりました。これらの時間帯全体では、モデルが見込んだオーロラの時間100に対して、カメラが記録したのは93でした。

スヴァールバルは極冠の下にあり、オーロラのふるまいが違います。極夜には真昼に光ることもあります。そのためスヴァールバルのスコアには、現地のカメラの記録をもとにした独自の曲線があります。使った出典はすべてデータ提供元のページ（英語）に載せています。

Kpだけでは足りない理由

北ノルウェーは、オーロラがふだん現れるオーロラ帯（オーロラオーバル）の下にあるので、Kpが1や2でも頭上にオーロラが出ることがあります。見えるかどうかは、Kpよりも雲、暗さ、月明かり、光害で決まることのほうが多く、同じKpでもスポットによってスコアは大きく違います。次は、オーロラ活動をKpだけで表したときの、3つのスポットのスコアです。12月中旬のノルウェー時間22:30、月明かりのない晴れて暗い夜とします。

• トロムソ近郊のフィンヴィクダーレン（Finnvikdalen）は、Kp 1で約24、Kp 3で82、Kp 5で95です。
• 街の光害があるトロムソ市街地（Tromsø sentrum）は、Kp 3で約24、Kp 5で49です。
• さらに南、ボードー近郊のロプスマルカ（Løpsmarka）は、Kp 1で約4、Kp 3で70です。

全天カメラで過去の冬をさかのぼって検証すると、オーロラが見えた時間を見分けられたのは、雲だけを使うと100回中78回、オーロラ活動だけを使うと100回中77回で、ほぼ同じでした。Kpだけを使うと100回中71回でした。両方を考え合わせるモデルでは、100回中89回でした。

ほかの予報との比較

フィンランド、スウェーデン、ノルウェーの全天カメラの地点で、過去の冬をさかのぼって検証しました。入力データは、当時スコアが受け取ったはずの形に作り直しています。そのうえで、モデルをもっと単純なオーロラの予報方法と比べました。それぞれの冬について、その冬を外してモデルと単純な予報をそれぞれ作り直し、その冬を予測させました。以下の比較の多くは、上の検証と同じく、明るさを加味する前の、モデルが出したオーロラが見える確率を使っています。通知の比較は、スコアそのものを使っています。

• どの夜に出かけるか。3台のカメラで記録された、7シーズン分の787夜を使いました。それぞれの方法に、18:00の時点でわかっていたことだけで毎晩を評価させ、評価が高かった夜にカメラがどのくらいの割合でオーロラをとらえたかを数えました。全体では、カメラがオーロラをとらえたのは、およそ4夜に1夜でした。モデルの評価で上位5分の1に入った夜では54%、上位10分の1に入った夜では64%でした。NOAAのKp予報で上位5分の1に入った夜では25%で、全体とほとんど変わりませんでした。KpとMET Norwayの雲の予報にもとづくルールは50%で、モデルにより近い結果でした。2022年春より前の夜については、NOAAが実際に出した予報のアーカイブが見つかりませんでした。そのため、わかっている誤差の傾向をもとに、NOAAの予報を作り直しました。
• Kpだけの予報との比較。モデルを、Kp指数と夜の時刻から出す予報と比べました。1,072夜の晴れた6,716時間で、モデルの誤差（対数損失）は約30%小さくなりました（0.33対0.48）。12シーズンのどの冬でも、モデルの誤差のほうが小さくなりました。この改善のおよそ3分の2は磁力計のリアルタイムの測定値によるもので、残りは、モデルが月明かりと薄明をどう扱うかによるものでした。暗くて月のない時間帯では、モデルの誤差は約24%小さく、その改善の約95%は磁力計によるものでした。磁力計はカメラと同じ場所かその近くにあるので、そこから離れたスポットでは、改善が小さくなるかもしれません。
• Kpが外れるとき。Kpが1以下のとき、カメラがオーロラをとらえたのは11%の時間でした。Kpだけの予報は平均28%、私たちのモデルは21%でした。明るい月が空高くにあるとき、カメラがオーロラをとらえたのは32%の時間でした。Kpだけの予報は50%、私たちのモデルは35%でした。活動が活発なとき（Kp 4以上）、カメラがオーロラをとらえたのは98%の時間でした。Kpだけの予報は86%、私たちのモデルは95%でした。
• Kpと雲の予報を使った予報との比較。オーロラが見えた時間と見えなかった時間を1つずつ取り出すと、モデルは100回中89回、見えた時間のほうを高く評価しました。Kpと同じ雲の予報から作った予報では、100回中83回でした（AUC 0.890対0.825、13,693時間）。雲の予報が保存されている7シーズンのどの冬でも、モデルのほうが上回りました。磁力計のデータを除いても、オーロラが出やすい時間を見分ける点では、モデルのほうが上回りました。ただし、モデルが数字として出す確率は、単純な予報ほど正確ではありませんでした。
• 通知。この比較には、スコアを作るときに使った冬も含まれているため、スコアが実際より良く見えます。トロムソの全天カメラで過去の冬を検証すると、「今夜は好条件」の通知（スコア60以上）は1シーズンに約27回送られました。そのうち10回に9回は、同じ時間かその後2時間以内にカメラにオーロラが写りました。もっと単純なルールは、当たる回数が少なくなりました。「Kp 3以上で、下層と中層の雲が50%未満」は10回に7回、「Kp 4以上」は10回に8回でした。何月か、夜の何時かだけを見る通知は、10回に4回でした。暗く晴れた時間にカメラがオーロラをとらえた夜のうち、3夜に2夜は通知が送られていません。カメラは、人の目に見えるより淡いオーロラまでとらえます。
• 雲。スコアによるMET Norwayの雲の予報の読み方は、予報の全雲量をそのまま使うよりも、晴れている時間をうまく見分けます（AUC 0.803対0.738）。7か所の空港と3か所のカメラ地点の、約15万時間の暗い時間帯で確かめました。差が出るおもな理由は、薄い上層の雲の扱い方です。夜間の観測報告には薄い上層の雲がほとんど記録されないので、この差の一部は、観測報告の作られ方によるものかもしれません。上層の雲が少ない時間帯では、両者の差はわずかでした（0.806対0.797）。
• NOAAのOVATIONモデルとの比較。多くのオーロラアプリは、OVATIONが出す頭上のオーロラの確率を表示しています。この比較は、過去の冬にさかのぼって検証することができませんでした。NOAAはOVATIONの過去の出力を保存しておらず、公開アーカイブには2020年以降のファイルがわずかに残っているだけだからです。この冬の検証では、この比較を1時間ごとに行います。対象は晴れて暗く、月のない時間帯で、比べる相手は、スコアがその時点で読み込んだOVATIONの値です。

冬ごとに作り直していない部分が2つあります。月と薄明の項は同じカメラの記録に合わせて調整し、雲の予報の読み方は、同じ冬の別の2台のカメラの記録に合わせて調整しました。雲の予報の読み方は、冬を1つずつ外して作り直しても、同じ結果になりました。いちばん公平な物差しは、やはりこの冬の検証です。

検証のしかた

2026/27年シーズンが始まる前に検証計画を記録し、誰でも確認できるタイムスタンプを付けました。検証の期間は、2026年10月10日の夜から2027年4月30日の夜までです。この間、モデルのパラメーターは固定し、変えるのは計画があらかじめ認めている修正だけです。予報そのものは、新しいデータが届くたびに更新されます。

検証には、キルピスヤルヴィとアビスコの全天カメラを使います。モデルを作るときに使った3台のうちの2台なので、同じ場所の新しい夜でモデルを確かめることになります。3台目のソダンキュラの較正済みカメラは、2021年に運用を終えました。モデルが出すオーロラが見える確率を、現在の1時間とその後12時間についてのKpだけの予報、そしてKpと雲の予報を使った予報と比べます。NOAA自身のOVATIONの値に、モデルが何を加えているかも確かめます。最後に、この先3夜の予報をもっと単純な予報と、私たちの通知をKpと雲にもとづくルールと比べます。

結果は、良くても悪くても公開します。3月31日までの夜については2027年4月に、残りの期間については2027年5月31日までに報告を出します。計画そのものは4月の報告とあわせて公開します。カメラとの比較は、フィンランド気象研究所がこの冬のカメラのデータを公開してから行います。