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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

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

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

## 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

```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]
```

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**