JP2024018314A - Weather forecasting device and weather forecasting method - Google Patents
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Abstract
【課題】気象に関する複数の予報に基づいて、気象に関しての精度が高い指標を得る。
【解決手段】気象予測装置20は、予測対象時における少なくとも予測対象を含む1以上の気象パラメータを予報した予報データを複数含む予測対象予報データを取得する予測対象予報データ取得部21と、予測対象予報データを予測モデルに入力することにより、予測対象時における予測対象の気象パラメータの観測値を含む予測観測データを取得する予測観測データ取得部であって、予測観測データは、複数の観測値又は観測値の確率分布を含む、予測観測データ取得部22と、予測観測データに基づいて、観測値等の確率分布である予測観測データ分布を算出する観測値分布算出部23と、予測観測データ分布を分類モデルからなる指標予測モデルに入力することにより指標を取得する指標取得部24とを備える。
【選択図】図2
[Problem] To obtain highly accurate weather-related indicators based on a plurality of weather-related forecasts.
A weather prediction device 20 includes a prediction target forecast data acquisition unit 21 that acquires prediction target forecast data including a plurality of forecast data that predicts at least one weather parameter including the prediction target at the time of the prediction target; A forecast observation data acquisition unit that acquires forecast observation data including observed values of meteorological parameters to be predicted at the time of the forecast target by inputting forecast data into a prediction model, the forecast observation data comprising a plurality of observed values or A predicted observation data acquisition unit 22 that includes a probability distribution of observed values, an observation value distribution calculation unit 23 that calculates a predicted observation data distribution that is a probability distribution of observed values, etc. based on the predicted observation data, and a predicted observation data distribution. and an index acquisition unit 24 that acquires the index by inputting the index into an index prediction model consisting of a classification model.
[Selection diagram] Figure 2
Description
本発明は、気象に関する所定の指標を予測する気象予測装置及び気象予測方法に関する。 The present invention relates to a weather prediction device and a weather prediction method for predicting predetermined weather-related indicators.
従来、気象機関が予報する気象に関する予報値を気象予報士が判断及び評価し、気象に関する所定の指標が予報されていた。例えば、降水量等の予報値に基づいて、降水量の多い時期である雨季及び降水量の少ない時期である乾季の指標を予報していた。また、特許文献1には、時空局所的な将来の気象条件変動を、気象に関する過去の時系列データに基づいて、推定誤差を含めて予測する技術が開示されている。この技術では、標準偏差に基づいて、予測誤差の推定値が得られる。 Conventionally, weather forecasters have judged and evaluated weather-related forecast values forecasted by meteorological organizations, and predetermined weather-related indicators have been forecasted. For example, indicators for the rainy season, which is a period of high precipitation, and the dry season, which is a period of low precipitation, have been predicted based on forecast values such as precipitation. Furthermore, Patent Document 1 discloses a technique for predicting spatiotemporally localized future weather condition fluctuations, including estimation errors, based on past time-series data related to weather. This technique provides an estimate of the prediction error based on the standard deviation.
気象機関により予報される気象に関する予報値は、実際の観測値に対してずれる場合があるので、予報値に基づく指標の予報の精度は低かった。また、気象機関により予報される予報値は、同じ気象パラメータを対象とするものであっても複数の気象機関のそれぞれにおいて異なっており、複数の予報値に基づく指標の予報は困難であった。 Weather-related forecast values forecasted by meteorological organizations may deviate from actual observed values, so the accuracy of forecasting indicators based on forecast values was low. Furthermore, the forecast values forecasted by meteorological agencies are different for each of the plurality of meteorological agencies even if they target the same weather parameter, and it has been difficult to forecast indicators based on the plurality of forecast values.
そこで、本開示の一側面は、気象に関する複数の予報に基づいて、気象に関しての精度が高い指標を得ることを目的とする。 Accordingly, one aspect of the present disclosure aims to obtain highly accurate weather-related indicators based on a plurality of weather-related forecasts.
上記課題を解決するために、本開示の一側面に係る気象予測装置は、気象に関する所定の指標を予測する気象予測装置であって、特定の気象を表すパラメータである気象パラメータを予報の対象とし、指標の予測の対象の時点である予測対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の気象パラメータを予報した予報データを複数含む予測対象予報データを取得する予測対象予報データ取得部と、予測対象予報データを予測モデルに入力することにより、予測対象時における予測対象の気象パラメータに関する予測観測データを取得する予測観測データ取得部であって、予測観測データは、気象パラメータの複数の観測値若しくは該観測値に基づく所定の解析値、又は、観測値若しくは解析値の確率分布を含む、予測観測データ取得部と、予測観測データに基づいて、観測値又は解析値の確率分布である予測観測データ分布を算出する観測値分布算出部と、予測観測データ分布を指標予測モデルに入力することにより、気象に関する指標を取得する指標取得部であって、指標予測モデルは、各々が気象に関する所定の指標に対応する2以上のクラスに、予測観測データ分布により表される予測観測データを分類する分類モデルからなる、指標取得部と、を備え、予測モデルは、所定の統計解析手法に基づいて、複数の予報データを説明変数として観測データを目的変数として機械学習により生成された回帰モデルであって、予報データは、予報の対象の時点である予報対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の気象パラメータを予報したデータであり、観測データは、予報対象時における予測対象の気象パラメータの観測値又は該観測値に基づく所定の解析値である。 In order to solve the above problems, a weather forecasting device according to one aspect of the present disclosure is a weather forecasting device that predicts a predetermined weather-related index, and targets meteorological parameters that are parameters representing specific weather. , a prediction target forecast data acquisition unit that acquires prediction target forecast data including a plurality of forecast data that predict one or more weather parameters including at least the prediction target weather parameter at the prediction target time, which is the target point of the index prediction; , a forecast observation data acquisition unit that acquires forecast observation data regarding a weather parameter to be predicted at the time of the forecast target by inputting the forecast data to be predicted into a prediction model, the forecast observation data being a plurality of observations of the weather parameter; a predicted observation data acquisition unit that includes a value or a predetermined analysis value based on the observed value, or a probability distribution of the observed value or analysis value; and a prediction that is a probability distribution of the observed value or analysis value based on the predicted observation data. an observation value distribution calculation unit that calculates the observation data distribution; and an indicator acquisition unit that acquires weather-related indicators by inputting the predicted observation data distribution into an indicator prediction model, each of which has a predetermined weather-related an index acquisition unit consisting of a classification model that classifies the predicted observed data represented by the predicted observed data distribution into two or more classes corresponding to the indicators, and the predicted model is based on a predetermined statistical analysis method. , is a regression model generated by machine learning using multiple forecast data as explanatory variables and observed data as an objective variable. The observation data is data that is a forecast of one or more weather parameters including weather parameters, and the observed data is an observed value of the weather parameter to be predicted at the time of the forecast target or a predetermined analysis value based on the observed value.
上記課題を解決するために、本開示の一側面に係る気象予測方法は、気象に関する所定の指標を予測する気象予測装置における気象予測方法であって、特定の気象を表すパラメータである気象パラメータを予報の対象とし、指標の予測の対象の時点である予測対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の気象パラメータを予報した予報データである予測対象予報データを取得する予測対象予報データ取得ステップと、予測対象予報データを予測モデルに入力することにより、予測対象時における予測対象の気象パラメータに関する予測観測データを取得する予測観測データ取得ステップであって、予測観測データは、気象パラメータの複数の観測値若しくは該観測値に基づく所定の解析値、又は、観測値若しくは解析値の確率分布を含む、予測観測データ取得ステップと、予測観測データに基づいて、観測値又は解析値の確率分布である予測観測データ分布を算出する観測値分布算出ステップと、予測観測データ分布を指標予測モデルに入力することにより、気象に関する指標を取得する指標取得ステップであって、指標予測モデルは、各々が気象に関する所定の指標に対応する2以上のクラスに予測観測データ分布により表される予測観測データを分類する分類モデルからなる、指標取得ステップと、を有し、予測モデルは、所定の統計解析手法に基づいて、予報データを説明変数として観測データを目的変数として機械学習により生成された回帰モデルであって、予報データは、予報の対象の時点である予報対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の気象パラメータを予報したデータであり、観測データは、予報対象時における予測対象の気象パラメータの観測値又は該観測値に基づく所定の解析値である。 In order to solve the above problems, a weather forecasting method according to one aspect of the present disclosure is a weather forecasting method in a weather forecasting device that predicts a predetermined weather-related index, the weather forecasting method using a weather parameter that is a parameter representing a specific weather. Predicted target forecast data that is forecast data that predicts one or more weather parameters including at least the meteorological parameter of the predicted target at the forecasted time which is the target point of the prediction of the index. an acquisition step, and a forecast observation data acquisition step of obtaining forecast observation data regarding the meteorological parameter to be predicted at the time of the forecast target by inputting the forecast data to the prediction model, the forecast observation data being A predicted observation data acquisition step including a plurality of observation values or a predetermined analysis value based on the observation values, or a probability distribution of the observation values or analysis values, and a probability distribution of the observation values or analysis values based on the prediction observation data. an observation value distribution calculation step for calculating a predicted observation data distribution, and an index acquisition step for obtaining weather-related indicators by inputting the predicted observation data distribution into an index prediction model, each of which has a an index acquisition step consisting of a classification model that classifies the predicted observation data represented by the predicted observation data distribution into two or more classes corresponding to predetermined weather-related indicators, and the prediction model is based on a predetermined statistical analysis method is a regression model generated by machine learning based on forecast data as an explanatory variable and observed data as an objective variable. The observation data is data that is a forecast of one or more meteorological parameters including: , and the observed data is an observed value of the meteorological parameter to be predicted at the time of the forecast, or a predetermined analysis value based on the observed value.
上記の側面によれば、複数の予報データを説明変数とし予測対象時の観測データを目的変数として機械学習により生成された回帰モデルからなる予測モデルに、複数の予測対象予報データを入力することにより、予報データにおけるゆらぎが考慮された予測観測データが得られる。また、予測観測データが予測対象の複数の観測値若しくは解析値(以後、「観測値等」とする)又は観測値等の確率分布を含むので、予測観測データは、観測値等の予測における不確かさを内包する。そして、不確かさを含んだ予測観測データに基づいて算出された予測観測データ分布には、予測対象の観測値等の分散が表されているので、予測観測データ分布を指標予測モデルに入力することにより、精度の高い指標を得ることが可能となる。 According to the above aspect, by inputting a plurality of forecast data to be predicted into a prediction model consisting of a regression model generated by machine learning with the plurality of forecast data as explanatory variables and observed data at the time of the prediction target as an objective variable. , forecast observation data can be obtained that takes into account fluctuations in the forecast data. In addition, because predicted observation data includes multiple observed values or analysis values (hereinafter referred to as "observed values, etc.") to be predicted, or probability distributions of observed values, etc., predicted observation data includes uncertainties in predicting observed values, etc. Contains the meaning. The predicted observed data distribution calculated based on the predicted observed data that includes uncertainty represents the variance of the observed values to be predicted, so the predicted observed data distribution can be input to the indicator prediction model. This makes it possible to obtain highly accurate indicators.
他の側面に係る気象予測装置では、予測観測データ取得部は、モンテカルロドロップアウト手法により、予測観測データを取得することとしてもよい。 In the weather forecasting device according to another aspect, the predicted observation data acquisition unit may acquire the predicted observation data using a Monte Carlo dropout method.
上記の側面によれば、複数の観測値等を含み観測値等における不確かさを適切に表した予測観測データを容易に得ることができる。 According to the above aspect, it is possible to easily obtain predicted observation data that includes a plurality of observed values and appropriately represents the uncertainty in the observed values.
他の側面に係る気象予測装置では、予測モデルは、ガウス過程回帰に基づいて構成されたモデルであり、予測観測データ取得部は、観測値又は解析値の確率分布を含む予測観測データを取得することとしてもよい。 In the weather prediction device according to another aspect, the prediction model is a model configured based on Gaussian process regression, and the prediction observation data acquisition unit acquires prediction observation data including a probability distribution of observed values or analysis values. It may also be a thing.
上記の側面によれば、観測値等の確率分布を含み観測値等における不確かさを適切に表した予測観測データを容易に得ることができる。 According to the above aspect, it is possible to easily obtain predicted observation data that includes a probability distribution of observed values and appropriately represents uncertainty in observed values.
他の側面に係る気象予測装置では、予測観測データ分布は、観測値又は解析値の平均値及び標準偏差により表されることとしてもよい。 In the weather forecasting device according to another aspect, the predicted observation data distribution may be represented by the average value and standard deviation of observed values or analyzed values.
上記の側面によれば、予測観測データ分布において予測対象の観測値等の不確かさを好適に表現することができる。そして、そのように構成された予測観測データ分布が指標予測モデルに入力されることにより、高精度な指標を得ることができる。 According to the above aspect, it is possible to suitably express the uncertainty of the observed value, etc. of the prediction target in the predicted observation data distribution. Then, by inputting the predicted observation data distribution configured in this way to the indicator prediction model, a highly accurate indicator can be obtained.
他の側面に係る気象予測装置では、予測モデルは、ガウス過程、ランダムフォレスト、サポートベクターマシン及びニューラルネットワークのいずれかにより構成される回帰モデルであることとしてもよい。 In the weather prediction device according to another aspect, the prediction model may be a regression model configured by any one of a Gaussian process, a random forest, a support vector machine, and a neural network.
上記の側面によれば、予測モデルが上記例示される回帰モデルにより構成されることにより、誤差(不確かさ)の要素を適切に内包する予測観測データを得ることが可能となる。 According to the above aspect, since the prediction model is configured by the regression model exemplified above, it is possible to obtain predicted observation data that appropriately includes elements of error (uncertainty).
他の側面に係る気象予測装置では、指標予測モデルは、所与の閾値に基づいて予測観測データ分布を分類する分類モデル及びサポートベクターマシンにより構成される分類モデルのいずれかであることとしてもよい。 In the weather forecasting device according to another aspect, the indicator prediction model may be either a classification model that classifies the predicted observation data distribution based on a given threshold value or a classification model configured by a support vector machine. .
上記の側面によれば、指標予測モデルが上記例示される分類モデルにより構成されることにより、気象に関する指標が容易に取得できる。 According to the above aspect, since the indicator prediction model is constituted by the classification model exemplified above, weather-related indicators can be easily obtained.
他の側面に係る気象予測装置では、予測対象の気象パラメータは、降水量であり、予報データは、少なくとも降水量の予報を含み、指標予測モデルは、降水量に関する所与の閾値に基づいて、予測対象時が雨季及び乾季のいずれかに該当するかを示す指標を出力することとしてもよい。 In the weather forecasting device according to another aspect, the weather parameter to be predicted is precipitation, the forecast data includes at least a forecast of precipitation, and the indicator prediction model is based on a given threshold regarding precipitation. It is also possible to output an index indicating whether the time to be predicted falls under either the rainy season or the dry season.
上記の側面によれば、予測対象の気象パラメータを降水量として構築された予測モデル及び指標予測モデルにより、雨季及び乾季のいずれかを示す指標を高精度且つ容易に取得できる。 According to the above aspect, an indicator indicating either the rainy season or the dry season can be easily obtained with high accuracy by the prediction model and indicator prediction model constructed using precipitation as the meteorological parameter to be predicted.
本開示の一側面によれば、気象に関する複数の予報に基づいて、気象に関しての精度が高い指標を得ることが可能となる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to obtain highly accurate weather-related indicators based on a plurality of weather-related forecasts.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in the description of the drawings, the same or equivalent elements are given the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
図1は、本実施形態に係る予測モデル生成装置10の機能構成を示すブロック図である。予測モデル生成装置10は、気象パラメータに基づいて観測値を予測する予測モデルを生成する装置である。予測モデルは、所定の統計解析手法に基づいて、複数の予報データを説明変数として観測データを目的変数として機械学習により生成される回帰モデルである。
気象パラメータは、特定の気象を表すパラメータであって、例えば、降水量、気温及び気圧等である。
FIG. 1 is a block diagram showing the functional configuration of a predictive
Weather parameters are parameters representing specific weather conditions, such as precipitation, temperature, and atmospheric pressure.
予測モデル生成装置10は、図1に示されるように、プロセッサ101を含むコンピュータにより構成され、機能的には、予報データ取得部11、観測データ取得部12、予測モデル生成部13及びモデル出力部14を備える。これらの各機能部11~14は、図3を参照して説明されるプロセッサ101にプログラムP1(予測モデル生成プログラム)が読み込まれて、そのプログラムが実行されることにより実現される。各機能部の説明は後述する。なお、本実施形態では、各機能部11~14が、気象予測装置20に構成されることとしているが、複数のコンピュータに分散して構成されることとしてもよい。
As shown in FIG. 1, the predictive
また、予測モデル生成装置10は、予報データ記憶部15,観測データ記憶部16及び予測モデル記憶部17といった記憶手段を備える。なお、これらの記憶部15,16,17は、図1に示す例では、予測モデル生成装置10に構成されることとしているが、予測モデル生成装置10からアクセス可能に構成された他の装置に構成されてもよい。各記憶部の説明は後述する。
The prediction
図2は、本実施形態に係る気象予測装置20の機能構成を示すブロック図である。気象予測装置20は、気象に関する所定の指標を予測する装置である。
FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the
気象予測装置20は、プロセッサ101を含むコンピュータにより構成され、機能的には、予測対象予報データ取得部21、予測観測データ取得部22、観測値分布算出部23、指標取得部24及び指標出力部25を備える。これらの各機能部21~25は、図3を参照して説明されるプロセッサ101にプログラムP1(気象予測プログラム)が読み込まれて、そのプログラムが実行されることにより実現される。各機能部の説明は後述する。なお、本実施形態では、各機能部21~25が、気象予測装置20に構成されることとしているが、複数のコンピュータに分散して構成されることとしてもよい。
The
また、気象予測装置20は、予測対象予報データ記憶部26及び予測モデル記憶部17といった記憶手段を備える。なお、これらの記憶部26,27は、図2に示す例では、気象予測装置20に構成されることとしているが、気象予測装置20からアクセス可能に構成されてもよい。また、予測モデル生成装置10と気象予測装置20とは一つの装置として構成されてもよい。各記憶部の説明は後述する。
The
図3は、予測モデル生成装置10及び気象予測装置20のハードウェア構成の一例を示す図であって、予測モデル生成装置10又は気象予測装置20として機能するコンピュータ100を示す。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the predictive
一例として、コンピュータ100はハードウェア構成要素として、プロセッサ101、主記憶部102、補助記憶部103、および通信部104を備える。
As an example, the computer 100 includes a
プロセッサ101は、オペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行する演算装置である。プロセッサの例としてCPU(Central Processing Unit)およびGPU(Graphics Processing Unit)が挙げられるが、プロセッサ101の種類はこれらに限定されない。例えば、プロセッサ101は専用回路の組合せでもよい。専用回路はFPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラム可能な回路でもよいし、他の種類の回路でもよい。
主記憶部102は、予測モデル生成装置10又は気象予測装置20を実現するためのプログラム、プロセッサ101から出力された演算結果などを記憶する装置である。主記憶部102は例えばROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)のうちの少なくとも一つにより構成される。
The
補助記憶部103は、一般に主記憶部102よりも大量のデータを記憶することが可能な装置である。補助記憶部103は例えばハードディスク、フラッシュメモリなどの不揮発性記憶媒体によって構成される。補助記憶部103は、コンピュータ100を予測モデル生成装置10又は気象予測装置20として機能させるためのプログラムP1と各種のデータとを記憶する。本実施形態では、予測モデル生成装置10を実現させるための予測モデル生成プログラム、気象予測装置20を実現させる気象予測プログラムは、プログラムP1として実装される。また、各記憶部15~17,26~27が予測モデル生成装置10及び気象予測装置20のいずれかに含まれる場合には、各記憶部15~17,26~27は、主記憶部102、補助記憶部103及びその他の記憶素子のいずれかに構成されてもよい。
The
通信部104は、通信ネットワークを介して他のコンピュータとの間でデータ通信を実行する装置である。通信部104は例えばネットワークカードまたは無線通信モジュールにより構成される。
The
予測モデル生成装置10及び気象予測装置20の各機能要素は、プロセッサ101または主記憶部102の上に、対応するプログラムP1を読み込ませてプロセッサ101にそのプログラムを実行させることで実現される。プログラムP1は、予測モデル生成装置10又は気象予測装置20の各機能要素を実現するためのコードを含む。プロセッサ101はプログラムP1に従って通信部104を動作させ、主記憶部102または補助記憶部103におけるデータの読み出しおよび書き込みを実行する。このような処理により、予測モデル生成装置10及び気象予測装置20の各機能要素が実現される。
Each functional element of the predictive
プログラムP1は、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリなどの有形の記録媒体に固定的に記録された上で提供されてもよい。あるいは、プログラムP1は、搬送波に重畳されたデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。 The program P1 may be provided after being permanently recorded on a tangible recording medium such as a CD-ROM, a DVD-ROM, or a semiconductor memory. Alternatively, the program P1 may be provided via a communication network as a data signal superimposed on a carrier wave.
再び図1を参照して、予測モデル生成装置10の各機能部及び各記憶部を説明する。予報データ取得部11は、複数の予報データを含む学習用予報データを取得する。予報データは、少なくとも予測モデルにおける予測対象の気象パラメータを含む1以上の気象パラメータを予報したデータである。予報データは、予報の対象の時点である予報対象時における気象パラメータを、予報対象時以前に予報したデータである。
Referring again to FIG. 1, each functional unit and each storage unit of the predictive
図4は、予測モデルの概略構成を示す図である。図4に示されるように、予測モデルM1は、所定の統計解析手法に基づいて、複数の予報データを含む学習用予報データd11を説明変数として観測データd12を目的変数として機械学習により生成される回帰モデルにより構成される。 FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a prediction model. As shown in FIG. 4, the prediction model M1 is generated by machine learning based on a predetermined statistical analysis method, using learning forecast data d11 including a plurality of forecast data as an explanatory variable and observation data d12 as an objective variable. It is constructed by a regression model.
本実施形態では、一例として、予測モデルM1は、降水量を予測対象の気象パラメータとするので、観測データd12は、降水量の観測値を含む。また、予測モデルM1は、降水量を予測するために、少なくとも降水量を含む1以上の気象パラメータを予報データとする。具体的には、予報データは、降水量、気温及び気圧を含むこととする。 In this embodiment, as an example, the prediction model M1 uses precipitation as a weather parameter to be predicted, so the observation data d12 includes the observed value of precipitation. Further, the prediction model M1 uses one or more meteorological parameters including at least the amount of precipitation as forecast data in order to predict the amount of precipitation. Specifically, the forecast data includes precipitation, temperature, and atmospheric pressure.
予報データ取得部11は、複数の気象機関の各々の予報に基づく複数の予報データを学習用予報データd11として取得してもよい。具体的には、予報データ取得部11は、予報データ記憶部15から学習用予報データd11を取得してもよい。予報データ記憶部15は、予め、気象機関により予報された予報データからなる学習用予報データd11を記憶している記憶手段である。
The forecast
図5は、予報データ記憶部15に記憶されている学習用予報データd11の構成及び含まれるデータの例を示す図である。図5に示されるように、予報データ記憶部15は、予報の対象の時点である予報対象時の気象パラメータを予報した予報データからなる学習用予報データd11を記憶している。また、学習用予報データd11は、同じ予報対象時の気象パラメータを予報した複数の予報データ(予報データ1,予報データ2,予報データ3)を記憶している。これらの予報データは、予報対象時の例えば14日前を予報出力時として予報された予報値を含む。また、一の予報データは、降水量、気温及び気圧を予報の対象の気象パラメータとして含む。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the structure and included data of the learning forecast data d11 stored in the forecast
気象機関は、独自に気象パラメータを予報するので、複数の気象機関の各々の予報に基づく予報データは、互いに異なる気象パラメータの予報値を含む。即ち、予報データ取得部11は、図5において予報データ1,予報データ2,予報データ3として例示されるような複数の予報データを取得することにより、複数の気象機関の各々に予報されたことに起因するゆらぎを含む学習用予報データd11を取得することとなる。
Since meteorological agencies independently forecast weather parameters, forecast data based on the forecasts of each of the plurality of meteorological agencies includes forecast values of different weather parameters. That is, the forecast
また、予報データ取得部11は、一の気象機関による複数の予報のそれぞれに基づく複数の予報データを取得してもよい。気象機関は、一つの予報対象に関して、例えばアンサンブル予測といった手法により、複数又は分散を伴う予報データを出力する場合がある。予報データ記憶部15は、同一の予報対象に関して一つの気象機関により出力された複数の予報データを学習用予報データd11として記憶していることとしてもよい。この場合においても、予報データ取得部11は、同一の予報対象に関する複数の予報データを取得することにより、ゆらぎを含む学習用予報データd11を取得することとなる。
Further, the forecast
再び図1を参照して、観測データ取得部12は、予報対象時における予測対象の気象パラメータの観測値又は当該観測値に基づく所定の解析値である観測データd12を取得する(なお、観測値又は解析値を、以後において「観測値等」と省略記載する場合がある)。
観測データd12は、予測モデルM1における予測対象の気象パラメータの観測値であってもよいし、観測値に基づく所定の演算等により得られる解析値であってもよい。
Referring again to FIG. 1, the observation
The observation data d12 may be an observed value of a weather parameter to be predicted in the prediction model M1, or may be an analytical value obtained by a predetermined calculation based on the observed value.
具体的には、観測データ取得部12は、観測データ記憶部16から観測データd12を取得してもよい。観測データ記憶部16は、予め、例えば気象機関等により観測された観測データd12を記憶している記憶手段である。
Specifically, the observation
図6は、観測データ記憶部16に記憶されている観測データの構成及び含まれるデータの例を示す図である。図6に示されるように、観測データ記憶部16は、予報対象時における、予測モデルM1の予測対象の気象パラメータである降水量の観測値を記憶している。同じ予報対象時に関連付けられた学習用予報データd11と、予測対象の観測データd12とのペアにより、予測モデルM1の機械学習のための一つの学習用データが構成される。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the structure of observation data stored in the observation
再び図1及び図4を参照して、予測モデル生成部13は、所定の統計解析手法に基づいて、学習用予報データd11を説明変数として観測データd12を目的変数とする予測モデルM1を機械学習により生成する。予測モデルM1は、例えば、ガウス過程、ランダムフォレスト、サポートベクターマシン及びニューラルネットワークのいずれかにより構成される回帰モデルであってもよい。これらの例示された回帰モデルは、いずれも当業者に技術的に周知のものである。予測モデル生成部13は、例えば、誤差逆伝搬学習法を一例とする機械学習の手法に基づいて、予測モデルM1を構成する重み等を更新する。即ち、予測モデル生成部13は、矢印udに示されるように、学習用予報データd11の入力に応じて予測モデルM1から出力されるモデル出力データmoと観測データd12との間の誤差情報erを用いて、予測モデルM1に含まれる重み等を更新することにより、予測モデルM1の学習を実施する。
Referring again to FIGS. 1 and 4, the predictive
モデル出力部14は、予測モデル生成部13により生成された予測モデルM1を出力する。具体的には、モデル出力部14は、予測モデル記憶部17に学習済みの予測モデルM1を記憶させる。予測モデル記憶部17は、学習済みの又は学習過程の予測モデルM1を記憶させるための記憶手段である。
The
続いて、図2及び図7を参照して、気象予測装置20の各機能部及び各記憶部を説明する。図7は、予測観測データの予測及び気象に関する指標の取得の局面における予測モデル及び指標予測モデル並びに各種データの流れの概略構成を例示する図である。
Next, each functional unit and each storage unit of the
予測対象予報データ取得部21は、予測対象予報データd21を取得する。予測対象予報データd21は、気象に関する指標の予測の対象の時点である予測対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の気象パラメータを予報した予報データを複数含む。本実施形態では、予測対象予報データd21に含まれる予報データは、降水量、気温及び気圧の予報値を含む。
The prediction target forecast
具体的には、予測対象予報データ取得部21は、予測対象予報データ記憶部26から、予測対象予報データd21を取得してもよい。予測対象予報データ記憶部26は、予め、予測対象予報データd21を記憶している記憶手段である。
Specifically, the prediction target forecast
予測対象予報データd21は、学習用予報データd11と同様の形式を有している。即ち、図5に例示したように、学習用予報データd11が3つの予報データからなる場合には、後に図8を参照して説明するように、予測対象予報データd21は、学習用予報データd11と同様に、3つの予報データからなる。予測対象予報データd21は、複数の気象機関の各々に予報された複数の予報データを含んでもよい。また、予測対象予報データd21は、一の気象機関による複数の予報値の基づく複数の予報データを含んでもよい。 The prediction target forecast data d21 has the same format as the learning forecast data d11. That is, as illustrated in FIG. 5, when the learning forecast data d11 consists of three forecast data, as will be explained later with reference to FIG. 8, the prediction target forecast data d21 is the learning forecast data d11. Similarly, it consists of three forecast data. The prediction target forecast data d21 may include a plurality of forecast data forecasted by each of a plurality of meteorological agencies. Further, the forecast target forecast data d21 may include a plurality of forecast data based on a plurality of forecast values from one meteorological agency.
予測観測データ取得部22は、予測対象予報データd21を予測モデルM1に入力することにより、予測対象時における予測対象の気象パラメータの観測値又は当該観測値に基づく所定の解析値を含む予測観測データd22を取得する。予測観測データ取得部22は、予測モデル記憶部17に記憶されている学習済みの予測モデルM1を参照及び取得できる。
The forecast observation
予測観測データd22は、複数の観測値等mdを含む。また、予測観測データd22は、観測値等mdの確率分布を含んでもよい。観測値等mdを複数取得又は確率分布により取得するための手法は限定されないが、例えば、予測観測データ取得部22は、モンテカルロドロップアウト手法により、複数の観測値等mdからなる予測観測データd22を取得してもよい。モンテカルロドロップアウトは、ニューラルネットワークのニューロンをランダムに切り替えたり、中間層の一部をランダムに消去したりすることにより、分布を構成する複数の出力を得る手法である。このように予測観測データd22が取得されることにより、複数の観測値等を含み観測値等における不確かさを適切に表した予測観測データを容易に得ることができる。
The predicted observation data d22 includes a plurality of observation values md. Further, the predicted observation data d22 may include a probability distribution of md such as observed values. Although there are no limitations on the method for acquiring a plurality of observed values, etc. md or by using a probability distribution, for example, the predicted observation
また、予測モデルM1が、ガウス過程回帰に基づいて構成されたモデルである場合には、予測観測データ取得部22は、観測値等mdの確率分布からなる予測観測データd22を取得してもよい。このように予測観測データd22が取得されることにより、観測値等の確率分布を含み観測値等における不確かさを適切に表した予測観測データを容易に得ることができる。
Further, when the prediction model M1 is a model configured based on Gaussian process regression, the prediction observation
観測値分布算出部23は、予測観測データd22に基づいて、観測値等mdの確率分布である予測観測データ分布d23を算出する。予測観測データ分布d23は、例えば、観測値等mdの平均値E及び標準偏差σにより表される。具体的には、観測値分布算出部23は、複数の観測値等mdに基づいて、予測観測データ分布d23を算出する。また、観測値分布算出部23は、観測値等mdの分布に基づいて、予測観測データ分布d23を取得してもよい。
The observed value
このように、予測観測データ分布d23において予測対象の観測値等の不確かさを好適に表現することができる。そして、そのように構成された予測観測データ分布d23が指標予測モデルM2に入力されることにより、高精度な指標を得ることができる。 In this way, the uncertainty of the observed values to be predicted can be suitably expressed in the predicted observed data distribution d23. Then, by inputting the predicted observation data distribution d23 configured in this way to the indicator prediction model M2, a highly accurate indicator can be obtained.
指標取得部24は、予測観測データ分布d23を指標予測モデルM2に入力することにより、気象に関する指標d24を取得する。指標予測モデルM2は、各々が気象に関する所定の指標d24に対応する2以上のクラスに予測観測データ分布d23により表される予測観測データを分類する分類モデルからなる。
The
分類モデルの種別は限定されないが、指標予測モデルM2は、所与の閾値に基づいて予測観測データ分布d23を分類する分類モデル及びサポートベクターマシンにより構成される分類モデルのいずれかであってもよい。 Although the type of classification model is not limited, the indicator prediction model M2 may be either a classification model that classifies the predicted observed data distribution d23 based on a given threshold value and a classification model configured by a support vector machine. .
指標予測モデルM2が、所与の閾値に基づいて予測観測データ分布d23を分類する分類モデルにより構成される場合には、閾値は、任意に設定される値であってもよく、予測観測データ分布d23と指標との組合せの過去の実績に基づいて、設定されてもよい。 When the index prediction model M2 is configured by a classification model that classifies the predicted observed data distribution d23 based on a given threshold, the threshold may be an arbitrarily set value, and the predicted observed data distribution It may be set based on the past performance of the combination of d23 and the index.
また、指標予測モデルM2が、サポートベクターマシンにより構成される分類モデルにより構成される場合には、予測観測データ分布d23と指標との組合せの過去の実績に基づく機械学習により、指標予測モデルM2が生成されることとしてもよい。 In addition, when the indicator prediction model M2 is configured by a classification model configured by a support vector machine, the indicator prediction model M2 is It may also be generated.
指標出力部25は、指標取得部24により取得された指標d24を出力する。出力の態様は限定されないが、指標出力部25は、所定の記憶手段に記憶させたり、所定の表示装置に表示させたり、所定の装置に送信したりすることにより、取得された指標d24を出力してもよい。
The
次に、図8を参照して、気象に関する指標を予測する気象予測処理の具体例を説明する。図8は、予測対象の気象パラメータを降水量として雨季及び乾季を示す指標を取得する処理の概略を示す図である。また、予報データは、少なくとも降水量を含み、降水量、気温及び気圧を含む。 Next, with reference to FIG. 8, a specific example of weather prediction processing for predicting weather-related indicators will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating an outline of a process for acquiring an index indicating a rainy season and a dry season using precipitation as a meteorological parameter to be predicted. Further, the forecast data includes at least the amount of precipitation, and includes the amount of precipitation, temperature, and atmospheric pressure.
予測対象予報データ取得部21は、予測対象予報データd21を取得する。予測対象予報データd21は、「2022/6/1 0:00」を予測対象時として、予測対象時の14日前に出力された予報データに基づく。予測対象予報データd21は、予報データ1,2,3を含む。これらの複数の予報データは、一の気象機関により予報された複数の予報データであってもよいし、複数の気象機関のそれぞれにより予報された予報データであってもよい。
The prediction target forecast
予測観測データ取得部22は、予測対象予報データd21を予測モデルM1に入力することにより、予測対象時における予測対象の気象パラメータの観測値等を含む予測観測データd22を取得する。図8に示される予測観測データd22は、例えば、モンテカルロドロップアウトといった手法により予測モデルM1から出力された複数の観測値等mdを含む。観測値等mdは、予測対象時における降水量の予測値である。
The forecast observation
観測値分布算出部23は、予測観測データd22に含まれる観測値等mdの確率分布である予測観測データ分布d23を算出する。予測観測データ分布d23は、観測値の平均値E及び標準偏差σにより表される。例えば任意に設定された重みnを用いて、予測観測データ分布d23(f(t))は、図8に示されるように、以下の式(1)により表される。
f(t)=E(t)+nσ(t) ・・・(1)
式(1)におけるtは、時刻を表す。
The observed value
f(t)=E(t)+nσ(t)...(1)
t in equation (1) represents time.
指標取得部24は、予測観測データ分布d23を指標予測モデルM2に入力することにより、気象に関する指標d24を取得する。図8に示される例では、指標予測モデルM2は、閾値に基づいて予測観測データ分布d23を分類する分類モデルにより構成される。具体的には、指標予測モデルM2は、降水量に関する閾値を1mmとして、予測観測データ分布d23(式(1))に基づいて算出される、分布が考慮された降水量の上限値が閾値を超える場合には指標1(雨季)を出力し、閾値を超えない場合には指標0(乾季)を出力する。
The
次に、図9を参照して、本実施形態の気象予測装置20の動作の例について説明する。図9は、気象予測装置20において実施される気象予測方法の処理内容を示すフローチャートである。
Next, with reference to FIG. 9, an example of the operation of the
ステップS1において、予測対象予報データ取得部21は、予測対象予報データd21を取得する。
In step S1, the prediction target forecast
ステップS2において、予測観測データ取得部22は、予測対象予報データd21を予測モデルM1に入力する。そして、ステップS3において、予測観測データ取得部22は、予測対象時における予測対象の気象パラメータの観測値等を含む予測観測データd22を取得する。予測観測データd22は、複数の観測値等又は観測値等の確率分布を含む。
In step S2, the prediction observation
ステップS4において、観測値分布算出部23は、予測観測データd22により表される観測値等mdの確率分布である予測観測データ分布d23を算出する。
In step S4, the observed value
ステップS5において、指標取得部24は、予測観測データ分布d23を指標予測モデルM2に入力する。そして、ステップS6において、指標取得部24は、指標予測モデルM2の出力として、気象に関する指標d24を取得する。
In step S5, the
ステップS7において、指標出力部25は、指標取得部24により取得された指標d24を出力する。
In step S7, the
以上説明した本実施形態の気象予測装置20、気象予測方法及び気象予測プログラムによれば、複数の予報データを説明変数とし予測対象時の観測データを目的変数として機械学習により生成された回帰モデルからなる予測モデルに、複数の予測対象予報データを入力することにより、予報データにおけるゆらぎが考慮された予測観測データが得られる。また、予測観測データが予測対象の複数の観測値等又は観測値等の確率分布を含むので、予測観測データは、観測値等の予測における不確かさを内包する。そして、不確かさを含んだ予測観測データに基づいて算出された予測観測データ分布には、予測対象の観測値等の分散が表されているので、予測観測データ分布を指標予測モデルに入力することにより、精度の高い指標を得ることが可能となる。
According to the
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described above in detail based on the embodiments thereof. However, the present invention is not limited to the above embodiments. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.
以下、本発明の要旨を示す。
[1]
気象に関する所定の指標を予測する気象予測装置であって、
特定の気象を表すパラメータである気象パラメータを予報の対象とし、前記指標の予測の対象の時点である予測対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の前記気象パラメータを予報した予報データを複数含む予測対象予報データを取得する予測対象予報データ取得部と、
前記予測対象予報データを予測モデルに入力することにより、前記予測対象時における予測対象の前記気象パラメータに関する予測観測データを取得する予測観測データ取得部であって、前記予測観測データは、前記気象パラメータの複数の観測値若しくは該観測値に基づく所定の解析値、又は、前記観測値若しくは前記解析値の確率分布を含む、予測観測データ取得部と、
前記予測観測データに基づいて、前記観測値又は前記解析値の確率分布である予測観測データ分布を算出する観測値分布算出部と、
前記予測観測データ分布を指標予測モデルに入力することにより、気象に関する指標を取得する指標取得部であって、前記指標予測モデルは、各々が気象に関する所定の指標に対応する2以上のクラスに、前記予測観測データ分布により表される前記予測観測データを分類する分類モデルからなる、指標取得部と、を備え、
前記予測モデルは、
所定の統計解析手法に基づいて、複数の予報データを説明変数として観測データを目的変数として機械学習により生成された回帰モデルであって、
前記予報データは、予報の対象の時点である予報対象時における、少なくとも予測対象の前記気象パラメータを含む1以上の前記気象パラメータを予報したデータであり、
前記観測データは、前記予報対象時における前記予測対象の前記気象パラメータの観測値又は該観測値に基づく所定の解析値である、
気象予測装置。
[2]
前記予測観測データ取得部は、モンテカルロドロップアウト手法により、前記予測観測データを取得する。
[1]に記載の気象予測装置。
[3]
前記予測モデルは、ガウス過程回帰に基づいて構成されたモデルであり、
前記予測観測データ取得部は、前記観測値又は前記解析値の確率分布を含む前記予測観測データを取得する、
[1]に記載の気象予測装置。
[4]
前記予測観測データ分布は、前記観測値又は前記解析値の平均値及び標準偏差により表される、
[1]~[3]のいずれかに記載の気象予測装置。
[5]予測モデルの具体例限定、列挙。
前記予測モデルは、ガウス過程、ランダムフォレスト、サポートベクターマシン及びニューラルネットワークのいずれかにより構成される回帰モデルである、
[1]~[4]のいずれかに記載の気象予測装置。
[6]
前記指標予測モデルは、所与の閾値に基づいて前記予測観測データ分布を分類する分類モデル及びサポートベクターマシンにより構成される分類モデルのいずれかである、
[1]~[5]のいずれかに記載の気象予測装置。
[7]
前記予測対象の気象パラメータは、降水量であり、
前記予報データは、少なくとも降水量の予報を含み、
前記指標予測モデルは、降水量に関する所与の閾値に基づいて、前記予測対象時が雨季及び乾季のいずれかに該当するかを示す指標を出力する、
[1]~[6]のいずれかに記載の気象予測装置。
[8]
気象に関する所定の指標を予測する気象予測装置における気象予測方法であって、
特定の気象を表すパラメータである気象パラメータを予報の対象とし、前記指標の予測の対象の時点である予測対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の前記気象パラメータを予報した予報データである予測対象予報データを取得する予測対象予報データ取得ステップと、
前記予測対象予報データを予測モデルに入力することにより、前記予測対象時における予測対象の前記気象パラメータに関する予測観測データを取得する予測観測データ取得ステップであって、前記予測観測データは、前記気象パラメータの複数の観測値若しくは該観測値に基づく所定の解析値、又は、前記観測値若しくは前記解析値の確率分布を含む、予測観測データ取得ステップと、
前記予測観測データに基づいて、前記観測値又は前記解析値の確率分布である予測観測データ分布を算出する観測値分布算出ステップと、
前記予測観測データ分布を指標予測モデルに入力することにより、気象に関する指標を取得する指標取得ステップであって、前記指標予測モデルは、各々が気象に関する所定の指標に対応する2以上のクラスに前記予測観測データ分布により表される前記予測観測データを分類する分類モデルからなる、指標取得ステップと、を有し、
前記予測モデルは、
所定の統計解析手法に基づいて、予報データを説明変数として観測データを目的変数として機械学習により生成された回帰モデルであって、
前記予報データは、予報の対象の時点である予報対象時における、少なくとも予測対象の前記気象パラメータを含む1以上の前記気象パラメータを予報したデータであり、
前記観測データは、前記予報対象時における前記予測対象の前記気象パラメータの観測値又は該観測値に基づく所定の解析値である、
気象予測方法。
The gist of the present invention will be shown below.
[1]
A weather prediction device that predicts predetermined weather-related indicators,
Forecast data in which a weather parameter that is a parameter representing a specific weather is the target of forecasting, and one or more of the weather parameters including at least the meteorological parameter to be predicted are predicted at the time of the prediction target which is the target time point of the prediction of the index. a prediction target forecast data acquisition unit that acquires prediction target forecast data including a plurality of prediction target forecast data;
A forecast observation data acquisition unit that acquires forecast observation data regarding the weather parameter of the prediction target at the time of the forecast target by inputting the forecast target forecast data into a prediction model, the forecast observation data comprising: a predicted observation data acquisition unit that includes a plurality of observed values or a predetermined analytical value based on the observed values, or a probability distribution of the observed values or the analytical values;
an observed value distribution calculation unit that calculates a predicted observed data distribution that is a probability distribution of the observed values or the analyzed values based on the predicted observed data;
An indicator acquisition unit that obtains weather-related indicators by inputting the predicted observation data distribution into an indicator prediction model, wherein the indicator prediction model is divided into two or more classes, each of which corresponds to a predetermined weather-related indicator, an index acquisition unit comprising a classification model for classifying the predicted observed data represented by the predicted observed data distribution,
The prediction model is
A regression model generated by machine learning based on a predetermined statistical analysis method, using multiple forecast data as explanatory variables and observed data as an objective variable,
The forecast data is data that predicts one or more of the weather parameters including at least the weather parameter to be predicted at the time of the forecast target, which is the time of the target of the forecast,
The observation data is an observed value of the meteorological parameter of the prediction target at the time of the forecast target or a predetermined analysis value based on the observed value,
Weather forecasting device.
[2]
The predicted observation data acquisition unit acquires the predicted observation data using a Monte Carlo dropout method.
The weather prediction device according to [1].
[3]
The prediction model is a model configured based on Gaussian process regression,
The predicted observation data acquisition unit acquires the predicted observation data including a probability distribution of the observed value or the analyzed value.
The weather prediction device according to [1].
[4]
The predicted observed data distribution is represented by the average value and standard deviation of the observed value or the analyzed value,
The weather forecasting device according to any one of [1] to [3].
[5] Limitation and enumeration of specific examples of predictive models.
The prediction model is a regression model composed of one of a Gaussian process, a random forest, a support vector machine, and a neural network.
The weather forecasting device according to any one of [1] to [4].
[6]
The indicator prediction model is either a classification model that classifies the predicted observed data distribution based on a given threshold, or a classification model configured by a support vector machine.
The weather forecasting device according to any one of [1] to [5].
[7]
The meteorological parameter to be predicted is precipitation,
The forecast data includes at least a forecast of precipitation,
The indicator prediction model outputs an indicator indicating whether the prediction target time corresponds to either a rainy season or a dry season, based on a given threshold regarding precipitation.
The weather forecasting device according to any one of [1] to [6].
[8]
A weather prediction method in a weather prediction device that predicts a predetermined weather-related index,
Forecast data in which a weather parameter that is a parameter representing a specific weather is the target of forecasting, and one or more of the weather parameters including at least the meteorological parameter to be predicted are predicted at the time of the prediction target which is the target time point of the prediction of the index. a prediction target forecast data acquisition step of acquiring prediction target forecast data that is
a forecast observation data acquisition step of acquiring forecast observation data regarding the weather parameter of the prediction target at the time of the forecast target by inputting the forecast target forecast data into a prediction model, the forecast observation data comprising: inputting the forecast target forecast data into a prediction model; a predicted observation data acquisition step, which includes a plurality of observed values or a predetermined analytical value based on the observed values, or a probability distribution of the observed values or the analytical values;
an observed value distribution calculation step of calculating a predicted observed data distribution that is a probability distribution of the observed value or the analyzed value based on the predicted observed data;
an index acquisition step of acquiring a weather-related index by inputting the predicted observation data distribution into an index prediction model, the index prediction model dividing the weather-related index into two or more classes, each of which corresponds to a predetermined weather-related index; an index acquisition step consisting of a classification model for classifying the predicted observed data represented by the predicted observed data distribution,
The prediction model is
A regression model generated by machine learning based on a predetermined statistical analysis method with forecast data as an explanatory variable and observed data as an objective variable,
The forecast data is data that predicts one or more of the weather parameters including at least the weather parameter to be predicted at the time of the forecast target, which is the time point of the forecast target;
The observation data is an observed value of the meteorological parameter of the prediction target at the time of the forecast target or a predetermined analysis value based on the observed value,
Weather forecasting methods.
10 予測モデル生成装置
11 予報データ取得部
12 観測データ取得部
13 予測モデル生成部
14 モデル出力部
15 予報データ記憶部
16 観測データ記憶部
17 予測モデル記憶部
20 気象予測装置
21 予測対象予報データ取得部
22 予測観測データ取得部
23 観測値分布算出部
24 指標取得部
25 指標出力部
26 予測対象予報データ記憶部
d11 学習用予報データ
d12 観測データ
d21 予測対象予報データ
d22 予測観測データ
d23 予測観測データ分布
d24 指標
M1 予測モデル
M2 指標予測モデル
P1 プログラム
10 Prediction
Claims (8)
特定の気象を表すパラメータである気象パラメータを予報の対象とし、前記指標の予測の対象の時点である予測対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の前記気象パラメータを予報した予報データを複数含む予測対象予報データを取得する予測対象予報データ取得部と、
前記予測対象予報データを予測モデルに入力することにより、前記予測対象時における予測対象の前記気象パラメータに関する予測観測データを取得する予測観測データ取得部であって、前記予測観測データは、前記気象パラメータの複数の観測値若しくは該観測値に基づく所定の解析値、又は、前記観測値若しくは前記解析値の確率分布を含む、予測観測データ取得部と、
前記予測観測データに基づいて、前記観測値又は前記解析値の確率分布である予測観測データ分布を算出する観測値分布算出部と、
前記予測観測データ分布を指標予測モデルに入力することにより、気象に関する指標を取得する指標取得部であって、前記指標予測モデルは、各々が気象に関する所定の指標に対応する2以上のクラスに、前記予測観測データ分布により表される前記予測観測データを分類する分類モデルからなる、指標取得部と、を備え、
前記予測モデルは、
所定の統計解析手法に基づいて、複数の予報データを説明変数として観測データを目的変数として機械学習により生成された回帰モデルであって、
前記予報データは、予報の対象の時点である予報対象時における、少なくとも予測対象の前記気象パラメータを含む1以上の前記気象パラメータを予報したデータであり、
前記観測データは、前記予報対象時における前記予測対象の前記気象パラメータの観測値又は該観測値に基づく所定の解析値である、
気象予測装置。 A weather prediction device that predicts predetermined weather-related indicators,
Forecast data in which a weather parameter that is a parameter representing a specific weather is the target of forecasting, and one or more of the weather parameters including at least the meteorological parameter to be predicted are predicted at the time of the prediction target which is the target time point of the prediction of the index. a prediction target forecast data acquisition unit that acquires prediction target forecast data including a plurality of prediction target forecast data;
A forecast observation data acquisition unit that acquires forecast observation data regarding the weather parameter of the prediction target at the time of the forecast target by inputting the forecast target forecast data into a prediction model, the forecast observation data comprising: a predicted observation data acquisition unit that includes a plurality of observed values or a predetermined analytical value based on the observed values, or a probability distribution of the observed values or the analytical values;
an observed value distribution calculation unit that calculates a predicted observed data distribution that is a probability distribution of the observed values or the analyzed values based on the predicted observed data;
An indicator acquisition unit that obtains weather-related indicators by inputting the predicted observation data distribution into an indicator prediction model, wherein the indicator prediction model is divided into two or more classes, each of which corresponds to a predetermined weather-related indicator, an index acquisition unit comprising a classification model for classifying the predicted observed data represented by the predicted observed data distribution,
The prediction model is
A regression model generated by machine learning based on a predetermined statistical analysis method, using multiple forecast data as explanatory variables and observed data as an objective variable,
The forecast data is data that predicts one or more of the weather parameters including at least the weather parameter to be predicted at the time of the forecast target, which is the time of the target of the forecast,
The observation data is an observed value of the meteorological parameter of the prediction target at the time of the forecast target or a predetermined analysis value based on the observed value,
Weather forecasting device.
請求項1に記載の気象予測装置。 The predicted observation data acquisition unit acquires the predicted observation data using a Monte Carlo dropout method.
The weather prediction device according to claim 1.
前記予測観測データ取得部は、前記観測値又は前記解析値の確率分布を含む前記予測観測データを取得する、
請求項1に記載の気象予測装置。 The prediction model is a model configured based on Gaussian process regression,
The predicted observation data acquisition unit acquires the predicted observation data including a probability distribution of the observed value or the analyzed value.
The weather prediction device according to claim 1.
請求項1に記載の気象予測装置。 The predicted observed data distribution is represented by the average value and standard deviation of the observed value or the analyzed value,
The weather prediction device according to claim 1.
請求項1に記載の気象予測装置。 The prediction model is a regression model composed of one of a Gaussian process, a random forest, a support vector machine, and a neural network.
The weather prediction device according to claim 1.
請求項1に記載の気象予測装置。 The indicator prediction model is either a classification model that classifies the predicted observed data distribution based on a given threshold, or a classification model configured by a support vector machine.
The weather prediction device according to claim 1.
前記予報データは、少なくとも降水量の予報を含み、
前記指標予測モデルは、降水量に関する所与の閾値に基づいて、前記予測対象時が雨季及び乾季のいずれかに該当するかを示す指標を出力する、
請求項1に記載の気象予測装置。 The meteorological parameter to be predicted is precipitation,
The forecast data includes at least a forecast of precipitation,
The indicator prediction model outputs an indicator indicating whether the prediction target time corresponds to either a rainy season or a dry season, based on a given threshold regarding precipitation.
The weather prediction device according to claim 1.
特定の気象を表すパラメータである気象パラメータを予報の対象とし、前記指標の予測の対象の時点である予測対象時における、少なくとも予測対象の気象パラメータを含む1以上の前記気象パラメータを予報した予報データである予測対象予報データを取得する予測対象予報データ取得ステップと、
前記予測対象予報データを予測モデルに入力することにより、前記予測対象時における予測対象の前記気象パラメータに関する予測観測データを取得する予測観測データ取得ステップであって、前記予測観測データは、前記気象パラメータの複数の観測値若しくは該観測値に基づく所定の解析値、又は、前記観測値若しくは前記解析値の確率分布を含む、予測観測データ取得ステップと、
前記予測観測データに基づいて、前記観測値又は前記解析値の確率分布である予測観測データ分布を算出する観測値分布算出ステップと、
前記予測観測データ分布を指標予測モデルに入力することにより、気象に関する指標を取得する指標取得ステップであって、前記指標予測モデルは、各々が気象に関する所定の指標に対応する2以上のクラスに前記予測観測データ分布により表される前記予測観測データを分類する分類モデルからなる、指標取得ステップと、を有し、
前記予測モデルは、
所定の統計解析手法に基づいて、予報データを説明変数として観測データを目的変数として機械学習により生成された回帰モデルであって、
前記予報データは、予報の対象の時点である予報対象時における、少なくとも予測対象の前記気象パラメータを含む1以上の前記気象パラメータを予報したデータであり、
前記観測データは、前記予報対象時における前記予測対象の前記気象パラメータの観測値又は該観測値に基づく所定の解析値である、
気象予測方法。
A weather prediction method in a weather prediction device that predicts a predetermined weather-related index,
Forecast data in which a weather parameter that is a parameter representing a specific weather is the target of forecasting, and one or more of the weather parameters including at least the meteorological parameter to be predicted are predicted at the time of the prediction target which is the target time point of the prediction of the index. a prediction target forecast data acquisition step of acquiring prediction target forecast data that is
a forecast observation data acquisition step of acquiring forecast observation data regarding the weather parameter of the prediction target at the time of the forecast target by inputting the forecast target forecast data into a prediction model, the forecast observation data comprising: inputting the forecast target forecast data into a prediction model; a predicted observation data acquisition step, which includes a plurality of observed values or a predetermined analytical value based on the observed values, or a probability distribution of the observed values or the analytical values;
an observed value distribution calculation step of calculating a predicted observed data distribution that is a probability distribution of the observed value or the analyzed value based on the predicted observed data;
an index acquisition step of acquiring a weather-related index by inputting the predicted observation data distribution into an index prediction model, wherein the index prediction model divides the weather into two or more classes, each of which corresponds to a predetermined weather-related index; an index acquisition step consisting of a classification model for classifying the predicted observed data represented by the predicted observed data distribution,
The prediction model is
A regression model generated by machine learning based on a predetermined statistical analysis method with forecast data as an explanatory variable and observed data as an objective variable,
The forecast data is data that predicts one or more of the weather parameters including at least the weather parameter to be predicted at the time of the forecast target, which is the time of the target of the forecast,
The observation data is an observed value of the meteorological parameter of the prediction target at the time of the forecast target or a predetermined analysis value based on the observed value,
Weather forecasting methods.
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