Datasets:

ThermoBench
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ThermoBench_pure

license: cc-by-nc-4.0
license_details: >
  Density and orbit data from the TU Delft thermosphere density database
  (v02/v02c), CC BY 4.0. Space environment indices (Kp, ap, Ap, SN, F10.7) from
  the GFZ German Research Centre for Geosciences; the sunspot number (SN) column
  is CC BY-NC 4.0. The dataset files contain the SN column and are therefore
  distributed as a whole under CC BY-NC 4.0.
task_categories:
  - time-series-forecasting
tags:
  - thermosphere
  - atmospheric-density
  - satellite
  - time-series
  - benchmark
  - space-weather
size_categories:
  - 1M<n<10M
configs:
  - config_name: CHAMP
    data_files:
      - split: data
        path: data/CHAMP.parquet
      - split: segments
        path: segments/CHAMP_segments.parquet
      - split: segments_active
        path: segments/active/CHAMP_segments.parquet
      - split: segments_quiet
        path: segments/quiet/CHAMP_segments.parquet
  - config_name: GRACE_A
    data_files:
      - split: data
        path: data/GRACE_A.parquet
      - split: segments
        path: segments/GRACE_A_segments.parquet
      - split: segments_active
        path: segments/active/GRACE_A_segments.parquet
      - split: segments_quiet
        path: segments/quiet/GRACE_A_segments.parquet
  - config_name: GRACE_B
    data_files:
      - split: data
        path: data/GRACE_B.parquet
      - split: segments
        path: segments/GRACE_B_segments.parquet
      - split: segments_active
        path: segments/active/GRACE_B_segments.parquet
      - split: segments_quiet
        path: segments/quiet/GRACE_B_segments.parquet
  - config_name: GRACE_FO
    data_files:
      - split: data
        path: data/GRACE_FO.parquet
      - split: segments
        path: segments/GRACE_FO_segments.parquet
      - split: segments_active
        path: segments/active/GRACE_FO_segments.parquet
      - split: segments_quiet
        path: segments/quiet/GRACE_FO_segments.parquet
  - config_name: GOCE
    data_files:
      - split: data
        path: data/GOCE.parquet
      - split: segments
        path: segments/GOCE_segments.parquet
      - split: segments_active
        path: segments/active/GOCE_segments.parquet
      - split: segments_quiet
        path: segments/quiet/GOCE_segments.parquet

ThermoBench

多卫星热层大气密度序列 benchmark：5 颗低轨卫星（CHAMP、GRACE_A/B、 GRACE_FO、GOCE，2000–2025 年）的校准密度观测与空间环境指数，统一预处理为 5 分钟分辨率的等栅格序列，附带防泄漏的段表与数据划分，用于序列模型（密度预报 / 时序建模 / 分布偏移评测）的训练与公平比较。

数据内容

data/{SAT}.parquet —— 每行一个 5 min 采样点，15 列：

列	单位	说明
`date`	UTC	采样时刻（对齐 5 min 网格，秒为 0）
`altitude_m`	m	轨道高度
`longitude_deg` / `latitude_deg`	deg	星下点经纬度
`lst_h`	h	地方太阳时
`arglat_deg`	deg	argument of latitude（轨道相位）
`Kp`, `ap`, `Ap`	-, nT, nT	地磁活动指数（GFZ）
`SN`	-	太阳黑子数（GFZ，CC BY-NC 4.0，见 License）
`F10.7obs`, `F10.7adj`	sfu	太阳射电流量 F10.7（观测值/校准值，GFZ）
`rho_x_kg_m3`	kg/m³	校准后的大气密度
`log10_rho_x`	log10(kg/m³)	密度对数（推荐建模目标）
`dt_since_prev_s`	s	与前一采样点的时间间隔（显式 gap 标记）

预处理流程

删缺失：观测列任一 NaN 或 rho_x ≤ 0 的行整行删除（不插值）
降采样：10 s 原始数据按绝对 5 min 网格分 bin，每 bin 取首点，时间戳对齐 bin 起点；F10.7 前向填充
切段：相邻点间隔 > 30 min 即断段，防止模型跨数据断档学习虚假连续性
划分：段按时间排序后按 80/10/10 划为 train/val/test（无时间泄漏）
排除泄漏列：轨道平均密度 rho_mean 含未来信息，未收录

段表

segments/{SAT}_segments.parquet（全量赛道）与 segments/active|quiet/（era 赛道，见下）：

列	说明
`seg_id`	段编号（段内从 0 连续）
`start_row` / `end_row`	该段在 `data/{SAT}.parquet` 中的闭区间行号
`length`	段内点数（×5 min 即时长）
`t_start` / `t_end`	段起止时刻
`duration_h`	段时长（小时）
`n_internal_gaps`	段内 5~30 min 小缺口数
`split`	train / val / test
`parent_seg_id`	仅 era 段表：所属母段 id（跨界拆分子段共用）

窗口采样必须限制在单段行号区间内（start_row + offset），否则会跨数据断档拼接序列。

era 赛道（活跃/平静年代子集）

按太阳周期年代在段级划分，用于评测模型在分布偏移下的泛化：

active：2000–2005、2011–2017、2022–2026
quiet：2006–2010、2018–2021

era 段表零复制：行号直接索引共享的 data/{SAT}.parquet； split 与归一化均独立于全量赛道。两子集存在真实分布漂移（中位 F10.7：active 111–155 sfu vs quiet 71–77 sfu）。

注意：

GRACE_FO/quiet 与 GOCE/quiet 无 val（train/test 二分，无早停依据，请用固定 epoch 或 train 指标）
全量赛道 test 与 era 赛道 train 时间段必然重叠——两赛道的模型与统计量禁止混用

统计

卫星	5min 行数	段数	时间跨度
CHAMP	981,418	292	2000-07 ~ 2010-09
GRACE_A	1,439,680	520	2002-04 ~ 2017-10
GRACE_B	1,313,978	902	2002-04 ~ 2017-05
GRACE_FO	793,673	28	2018-05 ~ 2025-12
GOCE	366,747	35	2009-11 ~ 2013-10

全量合计约 489.5 万采样点。era 赛道：active 292 万行 / 1,099 段（59.6%）、 quiet 198 万行 / 683 段（40.4%）。

快速上手

import pandas as pd

df  = pd.read_parquet("data/CHAMP.parquet")
seg = pd.read_parquet("segments/CHAMP_segments.parquet")
train_seg = seg[seg["split"] == "train"]

# 窗口采样示例：段内取 96 点（8 h）窗口
import numpy as np
row = train_seg.iloc[0]
x = df.iloc[row.start_row: row.start_row + 96]

评估指标建议：在 log10_rho_x 域计算 RMSE/MAE，换算回线性域报告相对误差 |ρ̂-ρ|/ρ。

License

密度与轨道数据：来自 TU Delft thermosphere 密度数据库 (v02/v02c)， CC BY 4.0
空间环境指数（Kp、ap、Ap、SN、F10.7）：来自 the GFZ German Research Centre for Geosciences，其中 SN（太阳黑子数）列为 CC BY-NC 4.0，仅限非商业使用
本数据集文件包含 SN 列，因此整体按 CC BY-NC 4.0 分发