数据挖掘技术在气象预报研究中的应用

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1、YUANChangan，etal．ＲeviewofＲesearchonDataMininginApplicationofMeteorologicalForecasting［J］．JournalofAridMeteorology，2015，33(1):19－27］，doi:10．11755/j．issn．1006－7639(2015)－01－0019数据挖掘技术在气象预报研究中的应用彭昱忠1，2，王谦2，元昌安1，林开平3(1．广西师范学院，科学计算与智能信息处理广西高校重点实验室，广西南宁530001;2．广西师范学院，北部湾可持续发展监测与

2、优化教育部重点实验室，广西南宁530001;3．广西壮族自治区气象台，广西南宁530022)摘要:气象预测是现代世界最重要和最有挑战的问题，准确的气象预测常需要使用比较先进的方法和计算机模型。本文分析了数据挖掘方法在气象预报中应用的国内外研究现状，简要介绍了目前在大气科学领域应用的一些数据挖掘方法的相关概念、原理和特点，综述了数据挖掘方法在气象预报中的最新应用研究进展，讨论了这些数据挖掘方法在气象预报中的优缺点。最后指出了当前基于数据挖掘方法的气象预报技术存在的一些困难，并对未来的研究重点和和发展趋势进行展望。关键词:数据挖掘;气象预报;气象

3、数据挖掘;气象建模;计算智能文章编号:1006－7639(2015)中图分类号:TP18－01－0019－09doi:10．11755/j．issn．1006－7639(2015)－01－0019文献标识码:A预报质量也逐步提高，但与社会需求尚有一定的差距。近年，国际上借助先进的智能计算和数据挖掘方法研究和改进气象预报方法和模型，以期提高对未知气象规律的认识和提高气象预测预报能力，已逐渐成为气象、数学和计算机领域的专家和学者们关注的热点。2010年美国科学基金会以1000万美元经费资助橡树岭国家实验室等7个研究单位合作的关于运用先进的人工智能

4、、数据挖掘和数学理论等方法研究气候变化问题的重大研究项目，该项目更激励了国际上数据挖掘研究在气象领域的拓展，近年多个相关国际会议上设置了相关的专题和workshop。数据挖掘就是利用统计、机器学习、软计算方法、数据库等多个学科领域的先进技术，对大量历史数据进行分析处理，从中挖掘出隐含的、事先未知的和有价值的知识，为人们的决策分析提供更高层次的技术支持［2－3］。气象观测数据和探测资料是海量数据，有文本格式和图像格式等，具有空间和时间等属性。随着新的气象观测设备的普及与应用，气象观测的空间密度进一步提高，数以万计的气象观测站点的地面和高空实况资

5、料，以及卫星、雷达探测资料成倍增长［4］。然而大量的气象资料未能有引言天气预报是根据气象观测资料，应用天气学、动力气象学、统计学等原理和方法，参考某一区域的气候背景和天气演变规律的基础上，对该区域未来一定时段的天气状况做出定性或定量的预测。作为一门预测学科，由于受到各种尺度的天气系统之间的制约和相互作用错综复杂，影响天气变化的因素众多，且关系极为复杂，气象预报存在一定程度的不确定性。目前气象预报主要使用4种预报处理方法:第一种是经验预报方法，在天气图形势预报的基础上，根据天气系统的未来位置和强度，对未来的天气分布做出预测;第二种是统计预报方法

6、，通过统计某一现象在历史上特定的环境条件下出现的概率，来推测在未来存在类似环境时出现的可能性;第三种是数值预报方法，利用大气运动方程组，在一定的初值和边值条件下对方程组进行积分，预报未来的天气;还有一种是集成预报方法，即把不同预报方法对同一要素的多种预报结果综合在一起，从而得出一个优于单一预报方法的预报结果［1］。近几十年来，天气预报研究取得了巨大的进步，收稿日期:2014－04－25;改回日期:2014－05－25基金项目:国家自然科学基金(#61363037)、广西自然科学基金青年项目(2012GXNSFBA053161)、广西高校科学技

7、术研究重点项目(ZD2014083)共同资助作者简介:彭昱忠(1980－)，男，硕士，副教授，主要研究方向为气象数据挖掘、智能信息处理．E－mail:jedison@163．com通讯作者:元昌安(1964－)，男，教授，主要研究方向为数据库与知识工程、智能计算．E－mail:yca@gxtc．edu．cn干旱气象2033卷效处理和充分利用，以致未能在天气预报中发挥更多积极的作用［5］。如何去挖掘和发现隐藏在这些海量数据中的天气规律，寻找对天气演变有指示意义的信号，数据挖掘方法可以发挥重要的作用。目前国内外利用数据挖掘方法进行气象预报的研究主

8、要有2个方向:一是基于统计学的数理统计方法，主要采用的数学分析方法有谐波成分分析、方差统计分析、多元回归分析、EOF展开式、属性相关度分析、关联分析、基于小波分析等