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| 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 |
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| # ThermoBench |
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| 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。 |
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| ## 数据内容 |
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| `data/{SAT}.parquet` —— 每行一个 5 min 采样点，15 列： |
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| | 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） | |
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| ## 预处理流程 |
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| 1. **删缺失**：观测列任一 NaN 或 `rho_x ≤ 0` 的行整行删除（不插值） |
| 2. **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 |
| 3. **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 |
| 4. **划分**：段按时间排序后按 80/10/10 划为 train/val/test（无时间泄漏） |
| 5. **排除泄漏列**：轨道平均密度 `rho_mean` 含未来信息，未收录 |
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| ## 段表 |
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| `segments/{SAT}_segments.parquet`（全量赛道）与 |
| `segments/active|quiet/`（era 赛道，见下）： |
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| | 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） | |
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| **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。 |
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| ## era 赛道（活跃/平静年代子集） |
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| 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： |
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| - **active**：2000–2005、2011–2017、2022–2026 |
| - **quiet**：2006–2010、2018–2021 |
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| 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）。 |
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| **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** |
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| ## 统计 |
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| | 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 | |
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| 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%）。 |
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| ## 快速上手 |
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| ```python |
| 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] |
| ``` |
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| 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。 |
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| ## License |
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| - 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** |
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