CN105488594A

CN105488594A - 一种台风路径预测方法

Info

Publication number: CN105488594A
Application number: CN201510896980.2A
Authority: CN
Inventors: 耿焕同; 周利发; 陈哲; 李俊徽
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2016-04-13

Abstract

本发明涉及一种台风路径预测方法，采用基于范例推理的技术，并结合客观预报的方法对台风移动路径进行相似性预测，首先在预测上大大缩短了传统数值预报所需要的时间，同时对于传统预测法，需要大型计算机进行辅助运行而言，一方面，本发明所设计的预测方法在运行的复杂度上，只需要一台配置较高的小型服务器即可；另一方面，本发明所设计的预测方法，对于所需要的参数也较少，不需要大量的参数进行输入，大大提高了台风路径预测的工作效率。

Description

一种台风路径预测方法

技术领域

本发明涉及一种台风路径预测方法，属于台风预测技术领域。

背景技术

国内目前大部分的气象局对台风的预测方法采用的都是数值预报法，而对于这些台风路径的预测方法、模型具有一定的局限性，例如，预测时间较长，算法复杂度太高，需要大型计算机来进行运算，模型需要的参数过于复杂，需要大量的数据来进行推算，得出最终的结果。

发明内容

针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种台风路径预测方法，采用基于范例推理的技术，并结合客观预报的方法对台风移动路径进行相似性预测，大大提高了台风路径预测的工作效率。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种台风路径预测方法，基于历史台风数据，针对初期待预测台风的移动路径进行预测，获得初期待预测台风的预测移动路径，包括如下步骤：

步骤001.获得初期待预测台风所对应预设各个参数种类的参数信息，并进入步骤002；

步骤002.针对初期待预测台风所对应预设各个参数种类的参数信息，分别预设波动变化规则，获得相对初期待预测台风所对应预设各个参数种类的参数信息的波动变化规则，并进入步骤003；

步骤003.针对历史台风，筛选获得符合相对初期待预测台风所对应预设各个参数种类的参数信息的波动变化规则的各个历史台风，作为待选历史台风，并进入步骤004；

步骤004.获得各个待选历史台风的移动路径，并将该各个待选历史台风的移动路径作为初期待预测台风的各条初级预测移动路径，实现针对初期待预测台风的预测，然后进入步骤005；

步骤005.针对初期待预测台风各条初级预测移动路径上的形成位置，利用空间相似度模型，分别获得该各个形成位置与初期待预测台风形成位置之间的相似度，并获得最高相似度所对应形成位置所在的初级预测移动路径，然后将该初级预测移动路径作为初期待预测台风的预测移动路径。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤001中，所述预设各个参数种类包括初期待预测台风的形成日期、初期待预测台风的形成位置、初期待预测台风的初始移动方向和初始移动速度。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，针对初期待预测台风的形成日期，预设波动变化范围，构成季节相似判断范围；针对初期待预测台风的形成位置，预设波动变化范围，构成地理相似判断范围；针对初期待预测台风的初始移动方向，预设波动变化范围，构成移向相似判断范围；针对初期待预测台风的初始移动速度，预设波动变化范围，构成移速相似判断范围；

所述步骤003中，针对历史台风，筛选同时符合季节相似判断范围、地理相似判断范围、移向相似判断范围和移速相似判断范围的各个历史台风，作为待选历史台风。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，针对初期待预测台风形成日期的前后，分别设定预设天数，构成季节相似判断范围；

所述步骤003中，针对历史台风，筛选获得形成日期位于季节相似判断范围内的各个历史台风。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，针对初期待预测台风的形成位置，以该形成位置为圆心半径不大于预设纬距的范围，构成地理相似判断范围；

所述步骤003中，针对历史台风，筛选获得形成位置位于地理相似判断范围内的各个历史台风。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤005中，针对初期待预测台风各条初级预测移动路径上的形成位置，根据所述预设纬距，以及初期待预测台风形成位置，根据如下空间相似度模型：

{SSI}_{k} = 1 - {(\frac{d_{k}}{D})}^{2}

分别获得初期待预测台风各条初级预测移动路径上形成位置与初期待预测台风形成位置之间的相似度SSI_k，其中，k＝{1，…，K}，K为初期待预测台风的初级预测移动路径的条数，即待选历史台风的个数；SSI_k表示初期待预测台风第k条初级预测移动路径上形成位置与初期待预测台风形成位置之间的相似度；d_k表示初期待预测台风第k条初级预测移动路径上的形成位置，与初期待预测台风形成位置之间的距离；D表示预设纬距。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，针对初期待预测台风的初始移动方向，设定与该初始移动方向偏差预设角度的范围，作为移向相似判断范围；

所述步骤003中，针对历史台风，筛选获得初始移动方向位于移向相似判断范围内的各个历史台风。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，针对初期待预测台风初始移动速度，设定预设速度大小的上下波动范围，构成移速相似判断范围；

所述步骤003中，针对历史台风，筛选获得初始移动速度位于移速相似判断范围内的各个历史台风。

本发明所述一种台风路径预测方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的台风路径预测方法，采用基于范例推理的技术，并结合客观预报的方法对台风移动路径进行相似性预测，首先在预测上大大缩短了传统数值预报所需要的时间，同时对于传统预测法，需要大型计算机进行辅助运行而言，一方面，本发明所设计的预测方法在运行的复杂度上，只需要一台配置较高的小型服务器即可；另一方面，本发明所设计的预测方法，对于所需要的参数也较少，不需要大量的参数进行输入，大大提高了台风路径预测的工作效率。

附图说明

图1是本发明设计台风路径预测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图针对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计的一种台风路径预测方法在实际应用过程当中，基于历史台风数据，针对初期待预测台风的移动路径进行预测，获得初期待预测台风的预测移动路径，具体包括如下步骤：

步骤001.采用函数file()通过相关气象网站进行读取，获得初期待预测台风所对应预设各个参数种类的参数信息，构成数据集data_typhoon，并利用htmlspecialchars()函数，将data_typhoon数据集转化为字符型，再利用正则表达式从上述数据集中匹配出具体的初期待预测台风的参数信息，并进入步骤002；其中，所述预设各个参数种类包括初期待预测台风的形成日期、初期待预测台风的形成位置、初期待预测台风的初始移动方向和初始移动速度等等，具体详见下表1所示：

属性	描述
		num	初期待预测台风的编号
data	初期待预测台风的形成日期
		hour	初期待预测台风某时刻的具体的小时
level	初期待预测台风的某时刻的强度标记
		place	初期待预测台风的形成位置
direction	初期待预测台风的初始移动方向
		pres	初期待预测台风的中心最低气压
wnd	初期待预测台风某时刻的近中心最大风速
		speed	初期待预测台风的初始移动速度

表1

步骤002.针对初期待预测台风形成日期的前后，分别设定预设天数15天，构成季节相似判断范围。

与初期待预测台风形成位置相距过远的历史台风，其地理位置的地形或者洋流、季风等因素与初期待预测台风必然相差甚大，因此，针对初期待预测台风的形成位置，以该形成位置为圆心半径不大于预设2.0纬距的范围，构成地理相似判断范围；即与初期待预测台风的形成位置距离在2.0纬距以内的历史台风满足地理相似判断范围，这里，在计算距离时，因为地球是一球体，所以两个地点之间的连线为一条弧线，弧线的长度计算公式较为复杂，多次重复该运算会影响到算法的时间效率，故此，以平面上两点之间的距离d_i代替弧长距离，平面上的距离d_i则可以通过勾股定理直接进行求解获得，具体的运算公式如下所示：

d_{i} = \sqrt{{(x - x_{i})}^{2} + {(y - y_{i})}^{2}} \leq D

其中，i＝{1，…，I}，I表示历史台风的个数，d_i表示第i个历史台风形成位置与初期待预测台风形成位置之间的距离，D表示预设2.0纬距，(x_i,y_i)表示第i个历史台风，(x,y)表示初期待预测台风的形成位置。

针对初期待预测台风的初始移动方向，设定与该初始移动方向偏差预设角度的范围，作为移向相似判断范围，这里预设角度的范围可以预设在22.5个角度。

针对初期待预测台风初始移动速度，设定预设速度大小的上下波动范围，构成移速相似判断范围，实际应用中，如下公式所示，历史台风移动速度与初期待预测台风初始移动速度之间相差值不大于初期待预测台风初始移动速度一半时，即认为该历史台风满足移速相似判断范围。

{Δv}_{i} = | v_{i} - v_{0} | \leq \frac{1}{2} v_{0}

其中，Δv_i表示第i个历史台风移动速度与初期待预测台风初始移动速度之间相差值，v_i表示第i个历史台风的移动速度，v₀表示初期待预测台风的移动速度。

基于上述具体的设计，即完成步骤002的操作，然后进入步骤003。

步骤003.针对历史台风，筛选同时符合季节相似判断范围、地理相似判断范围、移向相似判断范围和移速相似判断范围的各个历史台风，作为待选历史台风，并进入步骤004。

其中，针对历史台风，筛选获得形成日期位于季节相似判断范围内的各个历史台风；筛选获得形成位置位于地理相似判断范围内的各个历史台风；筛选获得初始移动方向位于移向相似判断范围内的各个历史台风；筛选获得初始移动速度位于移速相似判断范围内的各个历史台风。

步骤004.获得各个待选历史台风的移动路径，并将该各个待选历史台风的移动路径作为初期待预测台风的各条初级预测移动路径，实现针对初期待预测台风的预测，然后进入步骤005。

步骤005.针对初期待预测台风各条初级预测移动路径上的形成位置，根据所述预设纬距，以及初期待预测台风形成位置，根据如下空间相似度模型：

{SSI}_{k} = 1 - {(\frac{d_{k}}{D})}^{2}

分别获得初期待预测台风各条初级预测移动路径上形成位置与初期待预测台风形成位置之间的相似度SSI_k，其中，k＝{1，…，K}，K为初期待预测台风的初级预测移动路径的条数，即待选历史台风的个数；SSI_k表示初期待预测台风第k条初级预测移动路径上形成位置与初期待预测台风形成位置之间的相似度；d_k表示初期待预测台风第k条初级预测移动路径上的形成位置，与初期待预测台风形成位置之间的距离；由于从各个历史台风中经过筛选，获得各个待选历史台风，因此，这里K≤I，并且部分d_i与d_k之间以历史台风与待选历史台风之间的对应关系为依据存在着一一对应关系，即部分d_i＝d_k；然后获得最高相似度所对应形成位置所在的初级预测移动路径，最后将该初级预测移动路径作为初期待预测台风的预测移动路径。

本发明设计的台风路径预测方法，采用基于范例推理的技术，并结合客观预报的方法对台风移动路径进行相似性预测，首先在预测上大大缩短了传统数值预报所需要的时间，同时对于传统预测法，需要大型计算机进行辅助运行而言，一方面，本发明所设计的预测方法在运行的复杂度上，只需要一台配置较高的小型服务器即可；另一方面，本发明所设计的预测方法，对于所需要的参数也较少，不需要大量的参数进行输入，大大提高了台风路径预测的工作效率。

上面结合说明书附图针对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种台风路径预测方法，基于历史台风数据，针对初期待预测台风的移动路径进行预测，获得初期待预测台风的预测移动路径，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种台风路径预测方法，其特征在于：所述步骤001中，所述预设各个参数种类包括初期待预测台风的形成日期、初期待预测台风的形成位置、初期待预测台风的初始移动方向和初始移动速度。

3.根据权利要求2所述一种台风路径预测方法，其特征在于：所述步骤002中，针对初期待预测台风的形成日期，预设波动变化范围，构成季节相似判断范围；针对初期待预测台风的形成位置，预设波动变化范围，构成地理相似判断范围；针对初期待预测台风的初始移动方向，预设波动变化范围，构成移向相似判断范围；针对初期待预测台风的初始移动速度，预设波动变化范围，构成移速相似判断范围；

4.根据权利要求3所述一种台风路径预测方法，其特征在于：所述步骤002中，针对初期待预测台风形成日期的前后，分别设定预设天数，构成季节相似判断范围；

5.根据权利要求3所述一种台风路径预测方法，其特征在于：所述步骤002中，针对初期待预测台风的形成位置，以该形成位置为圆心半径不大于预设纬距的范围，构成地理相似判断范围；

6.根据权利要求5所述一种台风路径预测方法，其特征在于：所述步骤005中，针对初期待预测台风各条初级预测移动路径上的形成位置，根据所述预设纬距，以及初期待预测台风形成位置，根据如下空间相似度模型：

{SSI}_{k} = 1 - {(\frac{d_{k}}{D})}^{2}

7.根据权利要求3所述一种台风路径预测方法，其特征在于：所述步骤002中，针对初期待预测台风的初始移动方向，设定与该初始移动方向偏差预设角度的范围，作为移向相似判断范围；

8.根据权利要求3所述一种台风路径预测方法，其特征在于：所述步骤002中，针对初期待预测台风初始移动速度，设定预设速度大小的上下波动范围，构成移速相似判断范围；所述步骤003中，针对历史台风，筛选获得初始移动速度位于移速相似判断范围内的各个历史台风。