热带气旋路径预报的遗传算法GA客观综合决策研究.pdf

杨元琴等 热带气旋路径预报遗传算法 热带气旋路径预报的遗传算法(GA)客观综合决策研究* 杨元琴1** 王继志2 1国家气象中心 北京 100081 2中国气象科学研究院, 北京 100081 摘要 研究了一种采用遗传算法 GA 始用于台风移动的多预测结论的客观综合决策方法 通过 1884~2002 年 118 年台风数据超大样本训练学习 设计了用于台风路径预测的遗传学习人工神经元网 络 GLANN 可以把台风移动的预测转化为在其移动中对运动环境动态变化的适应 采用遗传算法 进行网络结构描述 提出一种遗传选择适应度函数设计 并给出获得适应度最高 误差最小 的计算 方法 采用人工神经元网络遗传算法与其他方法 对近年来异常路径台风进行了预报能力的平行对比分 析 参加对比试验的台风有多种类型 包括海陆生命史皆较长 登陆影响严重的9711 号台风 Winnie 90 年代以来登陆影响我国的10 个疑难路经台风 1998 年登陆及影响我国的台风 以及2000 年在西 北太平洋和南中国海生成的台风24-48 小时预报 试验结果表明 GA 方法优于其他方法 对异常路 径台风表现出明显的预报能力 关键词 遗传算法 综合决策 热带气旋预报 台风袭击给人类带来的灾害损失为自然灾害之首 一个热孟加拉湾强风暴潮竟夺走 30 万人的生 [1] 命 中国及亚洲 西太平洋地区是全球台风灾害最严重地区 提高台风路径预报的准确率是国际上 [2] 重要研究课题 C.J.Neuman 指出 对热带气旋的成功预报 只考虑某种单一机理是不够的 数万公 里的洋面上 热带气旋遇到的环境影响差异甚大 不同的数值预报模式对大气物理过程的描写具有不 同的表现能力 特别是在不同地理位置上 移动的热带气旋会遭遇到周边不同环流系统的影响 为此 近年来世界各国发展了多种台风模式 在中央气象台日常业务中 可获得美国关岛 日本 菲律宾等 多国的台风预报结果 美国迈阿密国家飓风中心业务发布的预报方法有 10 种之多 王继志与 C.J.Neumann 采用近百年台风路经资料 通过对 10 种有影响的模式平行对比试验研究表明没有一种模 式可达到对所有台风路径预报能力都最好 也没有一种方法对所有试验台风预报都最差 [3-4] 因此 对多种预报方法的结论进行客观评估与综合决策 不仅是台风预警减灾业务发展的需要 也是理论上 尚需要研究的重要科学问题 当前 难度最大的问题是如何根据多家预报的主要结果作出客观综合预报 大多数情况下 各主 要预报中心通常给出各不相同 甚至完全相反的预报结论 使首席预报员的 综合 结论难以形成 更为典型的现象是 几家预报结论 惊人的一致 之时又可能是预报彻底失败之日 这时 少数派 的意见又成为综合时不得不考虑的 准确客观地把多家的数值预报结果进行综合 形成一套客观综合决策数据流程 得出最佳预警决策服务数据 意义十分重大 [5,6 ] 近年来 多结论综合决策评估对热带气旋的可预报性问题研究引起广泛重视 罗哲贤 指出 台风可预报性研究可从实际观测资料和理论两个方面进行 计算台风路径的分维数十分重要 肖天贵 [7] 和罗哲贤 研究指出 台风移动的 初始小误差 特征 以及 累计距离分布函数 关联维数 对 台风移动可预报能力关系甚大, 并讨论了台风的经度序列 纬度序列与大样本台风资料的时间序列在 解决台风可预报问题的规则中的关系 这启发人们通过大样本资料研究和寻求智能模拟台风移动动力 学规则的可能性和可预报性 Carver, Heywood. I.和J.Oliver 研究表明][8-9] 如果把每种结论看作为规 则 即是研究一种对多规则的综合评估方法 称之为MCE( Mult-Criteria Evaluation) 这种方法在地 *中国科学技术部专项资助项目 编号 2001DIA20026