Clima Espacial com Incertezas Quantificadas: Melhorando Previsões do Clima Espacial com Modelos Baseados em Dados da Atmosfera Solar e da Heliosfera Interna

Resumo Para abordar o Objetivo II da Estratégia Nacional de Clima Espacial e do Plano de Ação "Desenvolver e Disseminar Caracterização e Previsões de Clima Espacial Precisas e Oportunas" e da Lei PROSWIFT do Congresso dos EUA 116–181, nossa equipe está desenvolvendo um novo conjunto de software de código aberto que assegurará melhorias substanciais nas previsões de Clima Espacial (SWx). De um lado, nosso foco é o desenvolvimento de modelos de vento solar baseados em dados. Do outro lado, cada componente individual do nosso software é projetado para ter uma precisão superior a qualquer ferramenta de previsão de SWx existente, com um desempenho drasticamente melhorado. Isso é feito pela aplicação de novas tecnologias computacionais e fontes de dados aprimoradas. O desenvolvimento de tal software abre caminho para previsões de SWx melhoradas acompanhadas de uma quantificação apropriada de incertezas. Isso torna possível prever efeitos prejudiciais de SWx nos sistemas tecnológicos aéreos e terrestres e na saúde humana. Nossos modelos incluem (1) um novo modelo de fluxo magnético solar de código aberto (OFT), que evolui informações para o lado oposto do Sol e seus polos, e atualiza o fluxo do modelo com novas observações usando métodos de assimilação de dados; (2) um novo solucionador de campo potencial (POT3D) associado ao modelo coronal de Wang–Sheeley–Arge, e (3) um novo solucionador adaptativo, de 4ª ordem de precisão (HelioCubed) para as equações MHD médias em Reynolds implementadas em grades multiblocos mapeadas (esferas cúbicas). Descrevemos o software e os resultados obtidos com ele, incluindo a aplicação de aprendizado de máquina para modelagem de ejeções de massa coronal, o que torna possível melhorar previsões de SWx ao diminuir a discrepância no tempo de chegada. Os testes mostram que nosso software é formalmente mais preciso e opera muito mais rápido do que seus predecessores usados para previsões de SWx.