基于預估偏差的臺風路徑集合預報方法研究

蘇瑞雄

（廣西壯族自治區南寧市賓陽縣氣象局，廣西 南寧 530400）

當前，人們已經應用了計算機來采集臺風各路徑的數據。在工作中，人們發現自動化采集數據會存在數據采集缺失，數據精確度異常的現象。如果應用人工校正數據的方法，那么將會干涉計算機自動化采集數據和播報數報的工作，從而降低工作效率，并且人工干涉將耗費太多的人力資源，提高了工作成本。為了讓計算機能智能化，集成化、批量化的處理數據，能結合人們的需求預估未獲得的數據及校正存在偏差的數據，人們需要一套科學的數據處理方案。

一、臺風路徑集合預報概述

在播報臺風信息時，出于種種因素，氣象部門沒有即時獲取臺風信息，或者獲取的臺風信息存在誤差。此時，如果沒即時得到數值或者校正數值，那么人們將得不到需要的臺風信息。為了能夠預估出沒有獲得的信息，或者即時糾正獲得信息中的偏差，人們把一個時間段內的臺風信息當作集合，然后將集論合的分析應用于臺風值的預估中，獲得人們需要的數值，或者校正數值的偏差，這就是基于預估偏差的臺風路徑集合預報方法，人們又稱它為MIX。

二、基于預估偏差的臺風路徑集合預報方法

（一）氣象資料介紹

為了說明基于預估偏差的臺風路徑集合預報方法，現采集我市2010～2019年這個時間段的48 場臺風信息資料。實時臺風監測資料時間不定，各氣象站采集的臺風路徑預報發布時間不同該次將提出一個假設，即如果一個站點沒有數值，或者數值存在偏差，那么如何利用這個時間段內數值與數值的關聯，提出校正的方案，然后應用校正的方式來預估臺風數值，或者校正臺風數值的偏差。

（二）方法介紹

1.集合預報規則

設氣象站的臺風信息為有模式和無模式，有模式為氣象站已經獲取了信息，無模式為氣象站未獲取信息。對有模式和無模式作不同的數值預估偏差處理，然后獲得已經被校正的數值。而氣象臺發布的數值為已經被校正過的數據。這一技術方案的應用規則如圖1：

圖1：具體預報方法技術路線

2.集合預報流程

設數值的取值為K，基于預估偏差的臺風路徑集合預報方法實施流程圖為圖2：

圖2：基于預估偏差的臺風路徑集合預報方法實施流程圖

（三）集合預報模型

1.臨近樣本取值的規則

無模式發布路徑預報與有模式發布路徑預報的取值頻次存在差異，并且他們預估偏差公式、模式權重分析方法、校正模式預報公式均存在差異，在探討臨近樣本取值的規則時，需要分類探討。

2.臨近樣本取值的范圍

臨近樣本取值的范圍參看圖3，有模式和無模式的取值范圍不同，其臨近樣本取值范圍的劃分，目的是為了盡可能地選擇最利于獲取，及最有利于數值分析的數值范圍。如果將數值先設為有模式。那么將數值1 視為監測實時數值，數值2 視為依數值計算獲得的預估數值，數值3 為結合數值預估再次獲得的預估數值。依用這樣的方式，可以通過數值的對比來分析數值是否存在很大的誤差。假設現沒有獲得數值，那么跳越數值1的獲取，而根據臨近數值得到數值1和數值2的計算，最后應用數差矢量計算得到數值3的計算。表1 為臨近樣本取值的范圍數值計算的誤差分析，從數值分析的結果可知，無論是第一階的數據取值、第二次的計算數值，第三次的計算數值，它的數值精確度都能得到控制，并且監測的數值間隔時間越小，數值精確度的控制越精準。

圖3：臨近樣本取值的范圍

表1：臨近樣本取值的范圍數值計算的誤差分析

3.計算公式的確立

確定預估偏差分析公式，對于計算有非常重要的意義。只有合理的確定公式，依公式進行計算，人們才能夠獲得較為精確的信息。

現計算各模式k 階綜合樣本偏差，確定預估偏差公式為：

依樣本偏差校正各模式預報路徑的公式為：

根據各模式K 階綜合樣本，設值不同K 階的數值權重分配，其公式如下：

結合公式（1）～（3），確立集合預報的規則如下：

4.即為計算公式模式。

以上公式（1）～（4），涉及的參數取值歸納如表2：

表2：公式（1）～（4）參數取值及內容描述

（四）集合預報表現

表3 為集合預報的平均水平，從數據統計的結果可知，從整體來預，預報時效越大，那么預估偏差越大，然而在24 小時以內，預估的數值是可以控制到讓人們所接受的范圍內的。

表3：集合預報的平均水平

（五）校正校果驗證

該次設定了有模式和無模式，并且該次不僅要對無模式的數值結果進行預估，還要對有模式和無模式的數值結果進行校正，為了了解校正的精確性，該次對48 次臺風全過程的數值進行校正，對該次提出的計算方案進行驗證，確獲得的校正預報表現如表4：從計算的結果可知，1～6 小時校正平均誤差高于原始平均誤差，特別是1～3 小時集合預算表現比較差。而這與計算的初始條件不同，計算參數的調整不同。不過從總體校正的結果可知，它的計算結果是可信的。

表4：非同預報時臨近樣本集合預報表現

三、相關思考及分析

隨著科學技術的發展，人們未來將應用自動化的設備采集數值，并且人們將可以共享自動化的設備采集到的數值。然而自動化設備采集數值會存在數值不精確，或者數值因故沒有被獲取的問題。如果應用人工干涉，校正數值的方法，會影響服務質量。為此，人們需要得到一套智能化的數值預估偏差的方案。當下，人們將集合論及模糊理論應用于數據校正中，能夠應用數據和數據的關聯預估和校正的數值，通過實驗可以了解，這套數值預估偏差的方案是可行的。

四、小結

在人們應用自動化設備采集臺風數據時，有時需要應用計算機自動預估數值和校正偏差的數值。為了便于計算機完成這項工作，人們應用了制訂數學模型的方法，來讓計算機應用數學模型進行計算，完成集合內，具有關聯性的數據預估和校正，這一方法，融入了數據模糊處理的思路。將這套思路應用于臺風的數據采集中，人們可以應用計算機集成化、智能化、批量化的完成數據的預估和校正上，它減輕了人們的工作負擔，提高了氣象臺數據處理工作的效率。