陳靜

(攀枝花市米易縣氣象局,四川攀枝花 617200)

天氣預(yù)報中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的運用分析

陳靜

(攀枝花市米易縣氣象局,四川攀枝花 617200)

天氣預(yù)報中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的運用,為天氣預(yù)報提供了可靠的數(shù)據(jù)支持,極大地提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性,隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也會越來越完善,將會在天氣預(yù)報中發(fā)揮更加重要的作用,進而為經(jīng)濟發(fā)展和居民生活的質(zhì)量提高起到重要的智力支撐意義。

天氣預(yù)報 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) 準(zhǔn)確率

1 天氣預(yù)報中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的運用

1.1 天氣預(yù)報工作

天氣預(yù)報是一項以熱力學(xué)和大氣動力學(xué)為基礎(chǔ)，集判斷推理和計算的重要工作。天氣預(yù)報人員根據(jù)初始場的天氣資料，根據(jù)氣象學(xué)的預(yù)報方法和相關(guān)知識，再結(jié)合天氣預(yù)報工作人員的經(jīng)驗，從而預(yù)測和推動未來的天氣情況。但是天氣預(yù)報工作人員的經(jīng)驗具有很多的不確定性，在很大程度上會影響天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性。在天氣預(yù)報中運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以通過數(shù)理統(tǒng)計的數(shù)據(jù)挖掘方法，科學(xué)分析歷史資料，從而挖掘有價值的信息，提高天氣預(yù)報的科學(xué)性和合理性。

1.2 資料準(zhǔn)備工作

要進行天氣預(yù)報，首先需要有初始場資料，例如根據(jù)今天夜間22點高空、地面大氣層變化等多種初始場資料，科學(xué)預(yù)測明天的天氣狀況。運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)科學(xué)預(yù)報天氣，其數(shù)據(jù)源必須是龐大的，如果數(shù)據(jù)資料較少，再進行數(shù)據(jù)挖掘基本上沒有什么意義，并且大氣運動過程非常復(fù)雜，不可能根據(jù)一兩個數(shù)據(jù)資源就來預(yù)測。因此，在使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)之前，要準(zhǔn)備大量的歷史數(shù)據(jù)，從而使天氣預(yù)報更加可信、更加準(zhǔn)確，有效地適應(yīng)社會發(fā)展和居民生活的需要。

1.3 數(shù)據(jù)清洗工作

氣象信息處理系統(tǒng)中包含的資料非常多，不需要將所有這些資料用于數(shù)據(jù)挖掘，因此要適當(dāng)對這些數(shù)據(jù)資源進行篩選，提高工作效率，減輕工作量。例如，經(jīng)過篩選，最終選擇出地面部分的天氣預(yù)報因子：露點、低云狀、10小時降水、5小時變壓、風(fēng)向、海平面氣壓、總云量；高壓部分天氣預(yù)報因子：風(fēng)向、溫度露點差。

1.4 數(shù)據(jù)挖掘過程

1.4.1 挖掘總云量知識

在氣象學(xué)中，云量主要分為0、1、2、、、、、、10這十一個等級，在氣象信息處理系統(tǒng)中，0還可以表示數(shù)據(jù)丟失或者沒有觀測數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)庫中提取大雨發(fā)生之前10小時的總云量數(shù)據(jù)。從全省36站點中選擇幾個。大雨發(fā)生之間的12個小時中，天空烏云密布(即總云量為10)的次數(shù)約占50%，在總體云量較少的情況，大雨發(fā)生的概率較低。根據(jù)36個站點的總云量數(shù)據(jù)，云量大于6的約占63%，進一步挖掘，在大雨發(fā)生之前，4個相鄰站點附件的云量超過7，云量等級超過7，下大雨的概率就比較大，因此天氣預(yù)報會顯示陰雨天氣。

1.4.2 挖掘云狀知識

云主要有低云、中云和高云三種，每種云又具有很多不同的類型，而這些信息中是否含有有價值的信息，在氣象信息處理系統(tǒng)中運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。

這些站點在大雨發(fā)生之間的12個小時中，低云一共出現(xiàn)1157次，簡單來說，大雨發(fā)生之前，低云出現(xiàn)的頻率很高，同樣，卷云類型的高云出現(xiàn)1176次，這說明，大雨發(fā)生之前經(jīng)常會出現(xiàn)卷云。根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)結(jié)果可以推測，在大雨來臨之前，通常會出現(xiàn)卷云和層云。

1.4.3 根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘知識進行天氣預(yù)報

云量和云狀是最主要的兩個氣象因素，根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的云量和云狀的知識，可以對大雨的發(fā)生情況進行預(yù)報。在進行天氣預(yù)報時，選擇08和20時的氣象信息處理系統(tǒng)的地面資料作為氣象預(yù)報的初始場，從系統(tǒng)中挖掘10小時降水、云狀和云量資料。首先，在氣象信息處理系統(tǒng)中檢索各個站點的云狀和云量資料，查看低云的類型是否是層云，查看云量等級是否超過6，如果兩者都滿足，可以預(yù)測該站點附近發(fā)生大雨的可能性比較大，然后再查看這些站點是否相鄰或者連接成片，再預(yù)測是否會發(fā)生降水。

2 提高天氣預(yù)報準(zhǔn)確率的建議

2.1 做好天氣圖的基礎(chǔ)分析

依據(jù)數(shù)據(jù)信息的預(yù)測方式在天氣預(yù)報工作中的地位愈發(fā)重要，預(yù)報員也越來越依賴計算機做出的預(yù)報結(jié)果，這種工作方式已成為當(dāng)前主要的天氣預(yù)報模式。但是現(xiàn)代天氣預(yù)報的基礎(chǔ)仍舊是依靠人工做出的天氣預(yù)報圖，這體現(xiàn)了人們思維的重要性。在天氣學(xué)尚處于發(fā)展初期的1826年，我國的氣象工作者就已經(jīng)開始手工繪制天氣圖并利用外推法嘗試進行天氣的預(yù)報工作；1920年，挪威氣象學(xué)家威爾海姆·皮葉克涅斯通過分析天氣圖發(fā)現(xiàn)的鋒面理論，至今仍是常規(guī)天氣預(yù)報的基礎(chǔ)理論之一。在日常的天氣預(yù)報中，要以天氣圖為基礎(chǔ)，重視地面、邊界層和高層氣象資料的整合與處理，從而提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性。此外，在進行極端災(zāi)害天氣預(yù)警時，還要充分考慮動力氣象分子和熱力氣象條件，從而達到對產(chǎn)生災(zāi)害性天氣條件的全面分析。

2.2 充分利用MICAPS系統(tǒng)

MICAPS系統(tǒng)是現(xiàn)代化人機交互信息處理和預(yù)報分析系統(tǒng)，也是預(yù)報人員經(jīng)常使用的預(yù)報系統(tǒng)，匯集了許多氣象分析要素，包括地面監(jiān)測數(shù)據(jù)、高空監(jiān)測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖、各地天氣圖和計算機分析結(jié)果等。這些數(shù)據(jù)和信息的集成，為全方面做好天氣預(yù)報和提高預(yù)報的準(zhǔn)確率有著重要的參考作用。通過長期的使用發(fā)現(xiàn)，MICAPS系統(tǒng)中的短期降水預(yù)報和晴雨預(yù)報的準(zhǔn)確率特別高，尤其是預(yù)報某地區(qū)的降水量達到中雨及以上時，地區(qū)有很大的可能出現(xiàn)降水。近期MICAPS4.0正式啟動開發(fā)工作，預(yù)計明年汛期能正式投入使用，是當(dāng)前我國氣象現(xiàn)代化建設(shè)的重點，MICAPS4.0版本不僅能大幅度提升系統(tǒng)的性能，還能提高工作效率和預(yù)報的準(zhǔn)確率。

2.3 加強數(shù)值預(yù)報和基礎(chǔ)理論研究

應(yīng)加強檢驗和評估主要數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)模式，通過分析同一模式對目標(biāo)系統(tǒng)預(yù)報的穩(wěn)定性和不同模式的差別、傾向性等問題，逐漸形成模式評估業(yè)務(wù)指導(dǎo)產(chǎn)品；組織開發(fā)數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品解釋方法，建立不同類型天氣的動力預(yù)報模式，加強數(shù)值預(yù)報訂正研究，建立與上級指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品對應(yīng)的訂正方法，預(yù)報員將日常經(jīng)驗固化和完善后應(yīng)用于具有本地特色的各類數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，并減少或消除訂正預(yù)報的主觀隨意性，逐步擺脫半主觀、半經(jīng)驗的定性描述為主的天氣預(yù)報制作方，突破基礎(chǔ)理論研究，提高預(yù)報準(zhǔn)確率。

3 結(jié)語

總的來說，當(dāng)前人們對于天氣預(yù)報和天氣原理的認識還處于初級階段，目前的天氣預(yù)報技術(shù)正處于發(fā)展階段，各種新資料、新方法層出不窮。只要我們潛心研究天氣學(xué)基礎(chǔ)原理，努力開發(fā)各種天氣模型，并逐漸應(yīng)用到天氣預(yù)報實踐當(dāng)中，我們就一定能夠攻克天氣預(yù)報的難關(guān)，大幅度地提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率。

[1]劉雅琳,易洛鋒.關(guān)于提高天氣預(yù)報準(zhǔn)確率的思考分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2012(05).

[2]楊云鵬.提高天氣預(yù)報準(zhǔn)確率的幾點建議[J].新疆農(nóng)墾科技,2012 (06).

[3]陳寶學(xué).數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于天氣預(yù)報的研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2012.