我們的極光評分如何計算

我們怎樣建立評分

芬蘭 Kilpisjärvi 和 Sodankylä、瑞典 Abisko 的全天空相機，在十多個冬季裡一直拍攝天空。Kilpisjärvi 的相機由芬蘭氣象研究所營運，另外兩台由奧盧大學的 Sodankylä 地球物理觀測站營運。芬蘭氣象研究所公布了這些記錄中極光的亮度，取的是每台相機上方天空的平均值。我們根據這些記錄，算出在極光活動、天空暗度和月光的各種組合下，你能看到多少極光。

關於雲量，我們把多年存檔的挪威氣象局預報，與特羅姆瑟和希博滕（Skibotn）的全天空相機在 818 個夜晚實際看到的情況做了比較。這樣就能知道，比如預報說低雲遮住一半天空時，還有多大機會看到極光。

在評分內部，模型先算出這一小時你用肉眼看到極光的機率，評分再加上極光預計有多亮。第一項檢驗用建立模型時所用的相機記錄來檢驗這個機率。我們把模型重新建立了十一次，每次去掉一個冬季，再讓它在不用磁力計即時讀數的情況下，預測那個冬季裡黑暗、無月的時段。我們拿它和能想到的最簡單的預報做比較，也就是一個固定的數字。在其他冬季裡，相機在大約一半的黑暗無月時段看到了極光，所以這種預報對每個小時都說「約 50%」。用對數損失（衡量機率預報的常用指標）計算，模型的誤差比這個固定數字低 36%。在所有這些時段裡，模型每預計 100 個極光小時，相機記錄到 93 個。

斯瓦爾巴位於極蓋區之下，那裡的極光表現不同，極夜期間中午也可能出現。那裡的評分有自己的曲線，依據斯瓦爾巴的相機記錄建立。我們用到的所有資料來源都列在資料來源頁面（英文）上。

為什麼只看 Kp 不夠

挪威北部位於極光橢圓帶（極光通常出現的區域）之下，所以 Kp 只有 1 或 2 時，極光也可能出現在頭頂。比起 Kp，能不能看到更常取決於雲量、天空暗度、月光和光害，同樣的 Kp 在不同觀測點的評分也會相差很大。下面是三個觀測點的評分，這裡只用 Kp 表示極光活動。假設是12月中旬一個晴朗、黑暗、沒有月光的夜晚，挪威時間 22:30：

• 特羅姆瑟附近的芬維克達倫（Finnvikdalen），Kp 1 時評分約 24，Kp 3 時 82，Kp 5 時 95。
• 特羅姆瑟市中心（Tromsø sentrum）有城市光害，Kp 3 時評分約 24，Kp 5 時 49。
• 博德附近的勒普斯馬卡（Løpsmarka）位置更靠南，Kp 1 時評分約 4，Kp 3 時 70。

在我們的相機回測中，只看雲量和只看極光活動，挑出有極光那個小時的次數差不多，分別是每 100 次中 78 次和 77 次。只看 Kp，每 100 次中有 71 次做到。模型把兩者都考慮在內，每 100 次中有 89 次做到。

我們的 Kp 頁面列出了每個區域往往足夠的 Kp。

與其他預報相比

在第一項檢驗之外，我們還在芬蘭、瑞典和挪威的全天空相機所在地回測了過去的冬季，輸入資料按評分當時能拿到的樣子重建，包括磁力計的即時讀數。然後把模型和更簡單的極光預報方法做比較。對每個冬季，我們都不用這個冬季的資料，重新建立模型和每種更簡單的預報，再讓它們預測這個冬季。下面的大多數比較，和第一項檢驗一樣，用的是模型給出的看到極光的機率。提醒的比較用的是評分本身。

• 選哪些夜晚出門。我們選取了其中三台相機在七個冬季裡的 787 個夜晚。每種方法都只用 18:00 時已知的資訊，給所有夜晚排序。我們再統計，在它排得最靠前的那些夜晚裡，相機有多少晚看到了極光。在全部夜晚中，相機約每四晚有一晚看到極光。在模型排在前五分之一的夜晚中，相機在 54% 的夜晚看到了極光；在模型排在前十分之一的夜晚中，這一比例是 64%。在 NOAA 的 Kp 預報排在前五分之一的夜晚中，這一比例是 25%，和不加挑選時差不多。一條根據 Kp 和挪威氣象局雲量預報的規則更接近模型，為 50%。NOAA 在2022年春季之前發布的預報，我們沒有找到存檔，所以這些夜晚的 NOAA 預報是我們根據它已知的誤差重建的。
• 對比只看 Kp 的預報。我們把模型和一種只看 Kp 指數和夜間時刻的預報做比較。在 1,072 個夜晚的 6,716 個晴朗小時裡，模型的誤差（對數損失）低約 30%（0.33 對 0.48），而且 12 個冬季裡每個冬季都更低。這一提升約三分之二來自磁力計的即時讀數，其餘來自模型對月光和暮光的處理。在黑暗、無月的時段，模型的誤差低約 24%，其中約 95% 的提升來自磁力計。這些磁力計設在相機所在地或附近，所以在離得更遠的觀測點，提升可能會小一些。
• Kp 失準的時候。Kp 為 1 或以下時，相機在 11% 的時段看到了極光。只看 Kp 的預報平均給出 28%，我們的模型給出 21%。明亮的月亮高掛天空時，相機在 32% 的時段看到了極光。只看 Kp 的預報給出 50%，我們的模型 35%。活動較強（Kp 4 或以上）時，相機在 98% 的時段看到了極光。只看 Kp 的預報給出 86%，我們的模型 95%。
• 對比 Kp 加雲量預報。任取一個有可見極光的小時和一個沒有的小時，模型每 100 次中有 89 次把對的那個小時排得更高。根據 Kp 和同一份雲量預報作出的預報，每 100 次中有 83 次做到（AUC 0.890 對 0.825，共 13,693 個小時）。在有雲量預報存檔的 7 個冬季裡，模型每個冬季都做得更好。不用磁力計時，模型仍然更能分辨哪些小時最可能出現極光。但它給出的機率數值，不如這種更簡單的預報準確。
• 提醒。這項比較用到的冬季，也參與了評分的建立，所以評分的表現會顯得更好。在特羅姆瑟全天空相機的回測中，「今晚有望看到極光」提醒（評分 60 或以上）每個極光季約發送 27 次。其中每 10 次有 9 次，相機在同一小時或隨後兩小時內拍到了極光。更簡單的規則準確率更低。「Kp 3 或以上，且低雲和中雲低於 50%」每 10 次對 7 次，「Kp 4 或以上」每 10 次對 8 次。只看月份和夜間時刻的提醒，每 10 次對 4 次。相機在黑暗、晴朗的時段看到極光的夜晚，每三晚有兩晚沒有發出提醒。相機能拍到比肉眼所見更淡的極光。
• 雲量。評分解讀挪威氣象局雲量預報的方式，比直接看預報中的總雲量更能挑出晴朗的時段（AUC 0.803 對 0.738）。我們在七個機場和三個相機站點、約 15 萬個天黑的小時上檢驗過這一點。提升主要來自它對薄薄高雲的處理。夜間的觀測報告很少記下薄薄的高雲，所以這一提升可能有一部分來自報告的記錄方式。在高雲很少的時段，兩者相差不大（0.806 對 0.797）。
• 對比 NOAA 的 OVATION 模型。OVATION 會給出頭頂出現極光的機率。這項比較我們無法回測，因為 NOAA 不保留 OVATION 過去的輸出，公開存檔裡只留下 2020 年以來的少量檔案。今年冬季的檢驗會在晴朗、黑暗、無月的時段逐小時做這項比較，對照的是評分當時讀取的 OVATION 數值。

有兩部分沒有按每個冬季重新建立。月光和暮光兩項用同樣的相機擬合，雲量預報的解讀方式則用同樣那些冬季裡另外兩台相機的記錄擬合。把雲量預報的解讀方式每次去掉一個冬季重新建立，結果相同。今年冬季的檢驗仍是最公平的衡量。

我們怎樣檢驗評分

我們在2026–2027年極光季開始前記錄了檢驗方案，並加上了任何人都可以核對的時間戳記。檢驗從2026年10月10日夜間持續到2027年4月30日夜間。在此期間，模型參數保持不變，只做方案事先允許的修正。預報會隨著新資料不斷更新。

檢驗用的是 Kilpisjärvi 和 Abisko 的全天空相機，也就是建立模型時用過的三台中的兩台，所以檢驗的是同樣的地點、新的夜晚。第三台，即 Sodankylä 經過校準的相機，已於 2021 年停用。檢驗會把模型給出的看到極光的機率，與只看 Kp 的預報相比（當前這一小時和之後 12 小時），也與根據 Kp 和雲量預報作出的預報相比。它還會檢驗模型在 NOAA 自己的 OVATION 數值之上增加了什麼。最後，它會把我們對未來三晚的預報與一種更簡單的預報相比，把我們的提醒與一條根據 Kp 和雲量的規則相比。

無論結果好壞，我們都會公布。截至3月31日的夜晚，報告在2027年4月發布；本季其餘部分的報告在2027年5月31日前發布。檢驗方案本身會隨4月的報告一起公布。等芬蘭氣象研究所公開今年冬季的相機資料後，我們再公布與相機記錄的對比。