基于C4.5决策树算法的道路结冰预报模型构建及应用

道路结冰是气象上规定的主要灾害性天气之一,准确认识道路结冰发生规律并科学有效地预报是防灾减灾的关键问题。以影响道路结冰的日积雪深度、日最低气温、日降水量等气象要素为主要因子,将是否结冰抽象成二元分类问题,借助数据挖掘中C4.5决策树算法进行分类分析,得到便于预报员使用的预报道路结冰规则集。在实验部分,选取2004—2013年连云港和嘉定为例,用前8 a的连云港(嘉定)地区道路结冰数据样本进行分类规则的学习,从而得到适合连云港(嘉定)地区的4(3)条预报道路结冰规则集,然后用剩下2 a的数据进行检验,准确率高达96.82%(94.87%)。实验表明采用C4.5决策树算法构建的道路结冰预报模型不仅预报准确率高、易解释、方便预报员直接使用,而且预报规则与道路结冰现象的天气过程及理论一致。     

基于FMM算法的夏秋季登陆中国热带气旋路径分类及特征分析

利用有限混合模型FMM聚类算法,将1951—2012年夏秋季(6—11月)登陆我国的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)路径数据集分为三类,并对三类不同路径TC的季节变化、发生频数、环流形势等特征进行对比分析。研究表明,每类TC存在明显的特征差异:1)在夏季,第一、二类TC出现频数高于第三类,但在秋季第三类TC发生频数最高。2)第一类TC生成位置偏北,强度较强,生命史较长,路径略有向北发展的趋势,影响区域最广;第二类TC生命史最短,主要影响我国两广、福建一带;第三类TC生命史最长,路径略向西北方向发展。3)第一类TC在生成和消亡时的辐合程度最强,且副高脊线西伸脊点位置偏北;第二类TC在消亡时低层辐合最弱,且副高脊线西伸脊点位置偏西;第三类TC在生成时纬向风垂直切变最强,且副高脊线西伸脊点位置偏东南。     

西北太平洋热带云团发展与两类El Nio事件的联系

利用1982—2009年全球热带云团数据集、NCEP/NCAR再分析资料和英国Hadley中心海温资料,并引入热带云团生成率(Genesis Productivity,GP)来分析EP(Eastern Pacific)El Nio和CP(Central Pacific)El Nio事件与西北太平洋热带云团发展的相关性。研究表明,1)夏秋两季GP与Nio3指数在东南区(SE)均为显著正相关,在西南区(SW)仅秋季呈显著正相关;GP与EMI(El Nio Modoki Index)指数在夏季SE区域为显著正相关,在秋季南中国海(South China Sea,SCS)区呈负相关。2)在EP El Nio年,夏季SE区域的GP增大与低层涡度、高层散度以及低层相对湿度的相对增大一致。夏季SW区域与秋季SE区域的GP增大与有利的高低空配置相关,La Nia年则与之相反。3)在CP El Nio年,夏季SE区域的GP增大伴随着低层涡度和高层散度的增加,同时与充足的水汽及弱风切变相吻合;而秋季SCS区域的GP下降源于正涡度带、正散度带以及水汽带的东移。     

2006-2015年上海嘉定区气温和降水非均匀分布特征分析

利用上海嘉定区2006-2015年9个自动气象观测站的逐小时观测资料,通过对气温和降水日变化差异、年变化特征、空间分布状况的分析,研究了该地区气温和降水时空非均匀性分布特征。研究结果表明：嘉定区气温和降水日变化存在局地差异和季节差异,日最高气温出现时间在四季中最为集中,而日最低气温出现时间则比较分散;年平均气温呈走低趋势,而年降水量从整体上来说却呈增加趋势;上海嘉定区东南角为气温高值区且降水量相对偏大,中部地区为降水量高值区且气温也相对偏高,而北部降水量偏少且气温偏低,表明嘉定区东南部和中部相对暖湿,而北部偏干冷;气温和降水的标准差空间分布差异大,表明上海嘉定区气温和降水的空间非均匀性特征显著。通过嘉定气温和降水的时空演变规律的揭示,有助于更好地认识小尺度局部区域气候特征,也能为准确认识该地区的极端事件、精细化天气预报及区域气象灾害风险评估提供更加科学的气候变化背景。     

A PREDICTION SCHEME FOR THE PRECIPITATION OF SPR BASED ON THE DATA MINING ALGORITHM AND CIRCULATION ANALYSIS

Based on the 74 circulation indexes provided by National Climate Center of China (hereinafter referred to as NCC) and the 24 indexes compiled by NOAA, the study used the C4.5 algorithm in data mining to establish a decision tree prediction model to predict whether the Spring Persistent Rains (hereinafter referred to as SPR) of 55 years (from 1961 to 2015) is more than the normal, and obtained 5 rules to determine whether the SPR is more than the normal. The accuracy rate of the test set, namely “whether the SPR is more than the normal”, is 98.18%. After evaluating the model by conducting ten 10-fold cross validations to take the average value, the test accuracy rate gained is 84%. There are differences between the three types of years with a SPR more than the normal when it comes to intensity and distribution. In spring, they have respective anomalous 850hPa monthly mean wind fields and water-vapor flux distribution, and 700hPa forms the zone where the vertical speed is anomalously negative. As indicated by the results, the SPR prediction model based on the C4.5 algorithm has a high prediction accuracy rate, the model is reasonably and effectively constructed, and the decision rules take comprehensive factors into consideration. The anomalous rainfall and circulation distribution characteristics obtained based on the decision classification results provide new ideas and methods for the climatic prediction of SPR.     

国内空间数据挖掘研究进展与技术体系探讨

基于空间数据具有的海量、非线性、尺度性等特点,分析了空间数据挖掘技术具有的复杂性、尺度性、综合性、空间性、可视化、多样性特征,并结合调研国内5年来空间数据挖掘研究进展,探讨分析了空间数据挖掘技术体系的组成内容。     

一种基于进化策略的3D Var代价函数优化方法

数值天气预报准确性直接取决于好的预报模式和初始场;资料同化方法就是一种有效的求解初始场方法.鉴于进化算法在求解这些数值问题方面的优越性,将进化策略算法应用到变分同化方法中,即将三维变分方法中的代价函数作为进化策略算法优化的目标函数,应用进化策略算法优化此目标函数,均衡背景场和观测场,以求得最优分析场.以Lorenz-63和Lorenz-96模式为例,进行了理想个例试验,与传统三维变分方法进行对比.试验结果表明经优化后的误差与传统方法相比非常一致,从而验证了进化策略算法在资料同化问题中应用的可行性.     

台风雷达三维组网产品显示系统研制

在台风组网产品生成系统的基础上,根据台风监测预警的实际情况,开发台风雷达三维组网产品显示系统。该显示系统兼顾实时处理和历史数据分析的需求,实现了台风三维组网产品的实时监测、动画显示、风场叠加等多种功能,并运用切面插值算法、台风非对称性方向识别算法实现了最大对称轴和非对称轴的自动定位及其切面显示、台风不同距离的平均RHI切面显示。介绍显示方法、相关算法和主要功能模块,并使用 “黑格比”台风作为实例,结合图像分析台风的非对称性和移动路径、强回波区、螺旋雨带的对应关系,取得良好的应用效果。     

综合气象服务信息发布平台设计与实现

为了提高气象信息服务的效率和质量,根据目前气象信息发布平台存在的用户交互能力不足、信息显示方式单一等问题并结合用户的需求,本文设计了一系列适用于气象业务的气象发布方法,并实现了基于Flex和WebGIS的综合气象服务信息发布平台。该平台使用Flex技术进行平台的总体构建,使用SuperMap公司提供的SuperMap IServer Java6R作为WebGIS服务进行二次开发,使用Java技术进行数据库的操作,构建了一个表现能力丰富、反应速度快、信息发布及时的气象服务信息发布平台。     

一种基于进化策略的气象学反问题求解算法研究

数值天气预报准确性直接取决于好的预报模式和初始场。在预报业务中,依赖观测数据调整初始场和模式参数属气象上的反问题。通过对模式参数识别和初始场调整问题进行等价转化,提出了一种基于进化策略的气象学反问题求解算法。在一维扩散方程和Lorenz-96简单预报模式进行了两类理想数值试验,试验结果表明经过优化后的预报误差均控制在非常小的范围内且预报稳定,从而验证了方法的有效性。