基本信息
- 项目名称：
- 基于马尔可夫链模型在灾害性凝冻天气预测的应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 立足灾害性，建立考察指标，修正指标，建立马尔可夫链模型，对中长期灾害性凝冻天气进行预测。基于遍历性，计算各个状态重现期，给出长期应对灾害性凝冻天气的建议
- 详细介绍：
- 本文立足于“灾害性”，建立年凝冻最长持续天数的考察指标，基于数理统计“期望”思想，用韦布尔分布修正考察指标;通过计算指标序列的自相关系数，知道年凝冻最长持续天数序列是一列相依的随机变量，经检验，序列满足“马氏性”之后，计算各阶自相关系数（各种步长），各阶自相关系数刻画不同滞时期至下年凝冻最长持续天数间的相关关系及其相关性的强弱。因而，可考虑分别以该年之前的若干年的年凝冻最长持续天数对该年凝冻最长持续天数状况进行预测，再按之前若干年与预测年的相关关系强弱加权求和，即达到充分、合理利用信息进行预测的目的，这就是加权马尔可夫链预测的基本思想;最后在此基础上通过考察马尔可夫的极限分布，计算各个状态的重现期，基于此给相关部门在预防灾害性凝冻天气和减少灾害性凝冻天气带来的损失提供参考意见。具体步骤，第一步，建立考察指标-年凝冻最长持续天数；第二步，建立马尔可夫链进行初步预测；第三步，基于期望的思想，用韦布尔分布修正指标；第四步，对序列进行马氏性检验；第五步，建立加权马尔可科夫预测模型，实例检验模型的预测状态是否符合实测状态；第六步，在此基础上，运用模糊集理论特征值作为指标值的预测值；第七步，对2009~2010年指标值的状态及值进行预测；第八步，运用马尔可夫极限分布，指出今后防凝冻工作的重点。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：提供一种中长期预测灾害性凝冻持续天数的方法，基于此，给出应对凝冻天气的建议。 基本思路：立足于灾害性，建立凝冻最长持续天数的考察指标，用韦布尔分布修正考察指标，经检验，序列满足“马氏性”之后，计算各阶自相关系数（各种步长），建立加权马尔可夫链，最后在此基础上通过考察马尔可夫的极限分布，计算各个状态的重现期，给出应对长期灾害性凝冻天气建议。
科学性、先进性及独特之处
- 独特性：1.提高中长期灾害性凝冻天气预测精度；2.模型中为引进任何变量，避免由随机扰动带来的预测精度下降； 3.首次将加权马尔可夫链应用于灾害性凝冻天气的预报，拓宽了加权马尔可夫链应用范围； 4.基于“期望可以有效覆盖风险”的思想，首次提出用韦布尔分布修正参考指标，更加适用于异常年份灾害性凝冻天气的预测； 5.基于模糊集理论，给出相应区间的凝冻持续天数参考值，使得预测值更加有使用价值。
应用价值和现实意义
- 1.提高中长期灾害性凝冻天气的预报精度，更有利于指导城市及乡村基础项目建设的防灾害性凝冻天气的工作。 2.指导农业提前做好防凝冻工作，减少农业因灾害性凝冻天气带来的减产损失 3.为灾害性凝冻天气提供新方法，新思路， 4.经适当推广可运用到其他方面，如某些行业需保障机器的正常运转，预测机器正常运转时间；风险管理中，需要管理未来最大损失，通过此模型的推广应用可以达到目的等。
学术论文摘要
- 摘要：根据1969~2007年1~2月份的历史各年凝冻记录资料，建立年凝冻最长持续天数作为灾害性凝冻的考察指标，在此基础上利用韦布尔分布修正考察指标，采用均值—标准差分级法划分了马尔可夫状态空间，规范各阶自相关系数为权，建立加权的马尔可夫预测模型，并对贵阳市2006~2007年凝冻最长持续天数进行了预测，实例验证结果令人满意，结果表明，2006~2007年改进马尔可夫模型对年灾害性天气凝冻所处状态预测效果较好，在此基础上结合模糊集理论级别特征值，预报2006~2007年灾害性凝冻天气持续最长天数误差在一天到两天之间，最后利用了马尔可夫平稳分布，给出今后灾害性凝冻天气所处状态给出趋势性预报。基于此，给有关部门指出凝冻工作重点。 关键词：预测；灾害性；年凝冻最长持续天数；修正；加权马尔可夫链；平稳分布
获奖情况
- 迄今为止并未在任何机构举行的会议上或报刊上发表及获得奖励
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]冯耀龙,韩文秀.加权马尔可夫链在河流丰枯预测中的应用.[J].系统工程报，1999,19（10）：89~93. [2]孙才志,林学钰.江水预测的模糊权马尔可夫模型及应用[J],系统工程报，2003,8（4）：295~298. [3]王涛,钱会等.加权马尔可夫链在银川地区降雨量预测中的应用[J],南水北调与水利科技，2010,02(8):78~81 [4]田红霞，郭晨.马尔可夫链在预测太原市降水量中的应用[J]，太原科技大学学报，2008,12（6）,443~446 [5]赵冰峰，吴素君.三参数威布尔分布参数估计方法[J]，金属热处理，2007（32）：443~447 [6]傅惠民，高镇同等.三参数威布尔分布的置信限[J]，航空学报，1992,3（13） [7]罗玲玲,周刚.支持向量机在凝冻日数预测中的应用[J],廊坊师范学院学报,2009,12(6):50~52. [8]顾欣.利用数值预报产品分析雨雪凝冻天气过程[J],贵州气象,2001,3(25):12~13. [9]汤俊.贵阳地区凝冻分析和预报[J],贵州气象,2002,1(26):21~23. [10]吉延艳,何玉龙等.凝冻预报灾害系统[J],气象研究与应用,2007，9（28）:140~142. [11]徐炳南.贵州冬季凝冻预测信号和预测模型研究[J],贵州气象,2001,4(25):3~6.
同类课题研究水平概述
- 1.国内外马尔可夫链在天气预报研究水平 随着学术水平的不断深入研究，马尔可夫链模型应用深入各方各面，特别近年来国内外有很多学者推崇使用马尔可夫链模型对进行过预测，等首次提出了加权马尔可夫链在降雨量的预报的应用，接着学者、等分别用加权马尔可夫链模型对降雨量进行了预测，并采取了有序聚类的划分方法对降雨量的状态进行划分，避免了对降雨量划分时受到的主观影响， 但是在降雨量状态的模糊性没有做充足考虑，利用马尔可夫链在这方面做的功夫比较深，利用模糊集原理，对降雨量状况进行模糊划分，可以说马尔可夫在降雨量的应用已经日趋成熟，但这些都是在降雨量预测的应用，本文由于本人接受的信息有限再无找到马尔可夫链在预测灾害性凝冻天气预报的应用，故参考前人研究降雨量的方法的基础上，基于灾害性，建立考察指标—年凝冻最长持续天数，采用期望思想，首次用韦布尔分布修正指标值，建立加权马尔可夫预测模型，实例验证结果令人满意。 2.国内外在灾害性凝冻天气预报的研究水平 国内在2008年以前，关于灾害性凝冻天气预报研究只处于利用数值预测天气状况的阶段，：通过分析12~2月850hpa冷舌的气象图，得出低温可作为凝冻预报指标；则得出数值预报时在不同的气象条件下，预报时因结合不同指标；则利用数值方法进行凝冻天气的预报，其预报结果精度并不太理想；采用新的方法计算凝冻等级数，在基础上考虑气象条件进行预测。综上，上述采用的方法基于气象条件来预报凝冻天气持续天数，其方法复杂，离不开气象条件约束条件，关键一点摆脱不了数值方法在中长期天气预测中精度不够高的缺点。在2008年后，陆续出现了新的方法，如将支持向量机运用到凝冻天气的预测上，虽然文章摆脱气象图，可以通过考察历史气象资料，寻找统计规律预测将来值，但考察的指标涉及到的因素过多，难以区分每一个因素在模型中所起到的作用，亦即有的因素引入时，虽然模型在某些段时间修正了模型的预测值达到预测精度要求，但同时伴随着随机扰动，给模型带来了不容忽略的不确定性。
