郎許鋒，何月順

（東華理工大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 撫州 344000）

1 概述

高溫氣候已成為人們健康、生命安全和經(jīng)濟安全的一個重要影響因素，近些年高溫事件逐漸呈現(xiàn)高強度和頻率的趨勢。而我國尚未有比較有效和專業(yè)的中長期預(yù)測平臺，本文以國家氣候中心的高溫?zé)崂祟A(yù)報預(yù)警系統(tǒng)作為背景，介紹了從氣象監(jiān)控數(shù)據(jù)中獲取原始數(shù)據(jù)，采用均生函數(shù)模型預(yù)測高溫出現(xiàn)情況，并通過Arc GIS生成最終的圖形產(chǎn)品。

由于氣象數(shù)據(jù)按照時間序列具有明顯的震蕩特征，傳統(tǒng)的灰度、指數(shù)平滑模型在這方面的預(yù)測效果并不理想。均生函數(shù)模型借助多元分析的手段，分析原始數(shù)據(jù)序列，構(gòu)建一組周期函數(shù)，經(jīng)過分析元數(shù)據(jù)和該周期函數(shù)后，建立相應(yīng)的統(tǒng)計模型，通過此模型可以對歷史資料進行擬合或者對未來趨勢的預(yù)測，從而很好的應(yīng)用于解決時間序列預(yù)測問題，它既可以作多步預(yù)測，又可以較好地預(yù)測極值，因此，本文利用均生函數(shù)統(tǒng)計方法與周期分析原理，實現(xiàn)對每年4~9月未來1個月中國范圍內(nèi)大于或等于35℃高溫天氣預(yù)測。

2 氣象檢測數(shù)據(jù)獲取

通過Fortran函數(shù)調(diào)用，從國家氣象信息中心MDSS實時庫中獲取常規(guī)地面天氣要素，首先以文本文件的形式，分類存放在本系統(tǒng)自治的存儲設(shè)備中，再對各種文本文件解析入庫。從文件庫和數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶定制的任務(wù)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，如各測站周降水資料、各測站月最高（最低）溫度等ASCII碼文件，提供給產(chǎn)品生成模塊使用。本模塊用到各氣象觀測站點每日報告中的日最高氣溫。具體邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高溫預(yù)測數(shù)據(jù)處理邏輯圖

3 均生函數(shù)模型介紹

均生函數(shù)模型由時間序列按不同的時間間隔計算均值，生成一組同期函數(shù)，然后用原時間序列與這組函數(shù)建立回歸預(yù)測方程。

其中，i=1，2，……k，k；k=1，2，……，M；式中：nk=INT（N/K）；M=INT（N/2）或 INT（N/3），INT 表示取整。 對（i）作同期性延拓,則可得到其外延序列:fk=，稱 fk(t)為均生函數(shù)的延拓序列。建立fk(t)與觀測原序列間的一元回歸：x，其中 q≤M。

利用均生函數(shù)外延值，可對原序列做多步預(yù)測。

4 圖像產(chǎn)品生成和檢驗

建立全國輪廓圖層，其中包含各個地面氣象觀測站點信息。在得到客戶端（瀏覽器端）請求后，根據(jù)客戶所要求的時間范圍，通過上述均生函數(shù)模型計算各站點的日最高氣溫。利用Arc GIS生成范圍專題圖的功能，將溫度大于等于35℃的地區(qū)連接成區(qū)域，最終展示給客戶端。如圖2、圖3所示。

圖2 2007年8月23日未來24小時預(yù)測圖

考慮到建模數(shù)據(jù)的時間序列較短，可采用交叉檢驗的方法，用逐次預(yù)測值與相應(yīng)預(yù)測值的相關(guān)系數(shù)反映該方法的模擬效果。首先選擇一個年份的日最高氣溫作為觀測樣本，用其余N-1個樣本建立預(yù)測模型，估計所選擇的觀測樣本值，依此重復(fù)N次，得到N個樣本的N個估計值。分別計算各次預(yù)測的平均誤差和最后的標(biāo)準(zhǔn)差，來驗證系統(tǒng)預(yù)測的準(zhǔn)確性。

圖3 2007年8月23日未來24小時觀測圖

5 結(jié)語

通過均生函數(shù)模型，可以獲得多步或較長時間的溫度預(yù)測結(jié)果，并且具有較高的預(yù)測準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。采用Arc GIS的方式生成圖像，不僅可以做到按客戶需求返回實時、個性化的產(chǎn)品，而且在服務(wù)器的運行效率和與其他程序的交互功能上也有很好的效果。

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