气象资料的分析与预测问题建模_精品文档Word文件下载.doc

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注意：

这里的主要指标并不限于降水和温度等指标，你们也可根据实际需求自行选择。

注：

该城市的海拔约为30-50米。

2.问题的背景与分析

虽然我国幅员辽阔，地形复杂，但各地的气象在空间分布上仍有一定规律。

我国分布着世界上最大的温带季风区，秦岭淮河以北是温带季风气候，这里夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。

冬冷夏热，雨热同期；

秦岭淮河以南是亚热带季风气候，这里夏季高温多雨，冬季温和少雨，热量充足，气温年较差较小，降水丰富，但季节变化较大；

西部的新疆、宁夏、内蒙古、青海、甘肃等多是温带大陆性气候，这里冬冷夏热，年温差大，降水集中，四季分明，年雨量较少，大陆性强；

面积广大的青藏高原等地是高原山地气候，这里海拔高，气温低，但辐射强，日照丰富，降水少，冬半年风力强劲，气温的年较差小，日较差大。

向社会提供准确及时的天气监控预测是我们的宗旨；

满足人民对气象信息的多种需求是我们的目标。

因此，准确的对极端天气监测预警，有着十分重要的意义。

我们建立的这个数学模型就是本着对极端天气监测预警的角度出发，以城市多年的历史数据为参照，建立气象评价体系数学模型和对极端温度、风速的监控预报体系数学模型。

模型的假设与符号说明

模型的假设：

1．假设气象部门提供的实测数据是准确的，能较真实地反映该城市的气象情况。

2．假设北京气象与该城市气象相似。

3．假定网上所给的北京标准气候指标可靠。

4.假定最高气温与与平均气压、平均气温、平均湿度、日照时数、地面平均温度成线性函数。

5.假定最高气温时随机变量，服从均值为零的正态分布。

符号说明：

Ii——第i项气象因素指数；

N——参数项数；

Cimax——第i项气象因素（月）均最大值；

Ci——第i项气象因素（月）平均值；

Si——第i顶气象因素标准值；

Qi——第i项气象因素指数的权数；

Pi——第i项气象因素指数的修正；

I——综合气象质量指数；

K——权重综合气象质量指数。

Y——最高气温；

x1——平均气压；

x2——平均气温；

x3——平均湿度；

x4——日照时数；

x5——地面平均气温；

bi——Xi的回归系数；

3.气象评价体系模型的建立与修正

为了能够更客观地评价和预测某地的气象，我们仿照科学家对环境空气质量综合指数评价的数学模型，以每个月的平均气压C1、平均气温C2、平均相对湿度C3、平均风速C4、最高气压C1极、最高气温C2极、最高相对湿度C3极、最高风速C4极和北京的标准气候指数Si为参数，通过matlab建立与之相关的函数方程来确定该城市当月的综合气象质量指数I，然后在评级列表中查出气象质量等级。

3.1综合气象质量指数法计算公式:

（1）

（2）

其中第i顶气象因素评价标准Si从表1—1北京气象标准指数表中获取。

表3—1北京市标准气象值

平均气压

平均气温

极端最高气温

极端最低气温

降水量

平均相对湿度

平均风速

（%）

1月

1024.2

-3.7

12.9

-18.3

2.7

44

2.6

2月

1022

-0.7

19.8

-16

4.9

2.8

3月

1017.4

5.8

26.4

-15

8.3

46

3.1

4月

1010

14.2

33

-3.2

21.2

3.2

5月

1005.7

19.9

36.8

34.2

53

2.9

6月

1001.2

24.4

39.2

9.8

78.1

61

2.5

7月

999.7

26.2

41.9

16.6

185.2

75

2.1

8月

1003.7

24.9

36.1

11.4

159.7

77

1.8

9月

1010.5

20

34.4

4.3

45.5

68

2

10月

1016.7

13.1

29.3

-3.5

21.8

11月

1021.3

4.6

22

-10.6

7.4

57

2.4

12月

1023.8

-1.5

19.5

-15.6

49

运用公式

（1）

（2）得出该市综合气象质量指数I，然后从表1—2中对应查出气象质量等级。

表3—2气象质量分级标准

综合指数

0.90~1.10

1.10—1.30

评价等级

优

良

差

可见,综合气象质量指数法计算简单,但综合气象质量指数采用算术平均值计算,所参加评价的气象环境因素指数在计算中权重值相同,主要污染物对环境空气质量的影响评价结果偏低。

3.2综合指数法的修正

为能更加客观地评价气象质量,在综合指数法的基础上,给各单项指数根据一定条件赋予一个权重值,各单项指数与权重值的乘积之和为评价综合气象质量指数,并将此法称为权重综合气象质量指数法,计算公式如下:

设（i=1,2,3…n）（3）

若S为的个数,且,t为的个数,,

分指数权重赋值公式:

0.05,

（4）

则且。

（5）

修正综合指数法说明:

对分指数太小或太大分指数赋值,即或时,

对分指数取值偏差不大,时,用加权算术平均数计算分指数权数,用公式（4）求出

分指数权数,再由公式（5）求出综合指数。

3.3权重综合指数法的应用

表3—3该市第一年气象质量指数对照表

月份

气压指数

气温指数

湿度指数

风力指数

综合指数法

质量等级

权重综合指数

一

0.9917

1.0651

1.4195

0.8427

1.0798

1.1214

二

0.9933

1.0339

1.3652

1.2778

1.1676

1.1888

三

0.9903

1.0288

1.3578

0.7067

1.0209

1.0731

四

1.0002

1.0231

1.5380

0.6708

1.0580

1.1490

五

0.9975

1.0187

1.2131

0.9840

1.0173

六

1.0018

1.0121

1.2850

0.5780

0.9692

1.0351

七

0.9988

1.0077

1.1120

0.6033

0.9305

0.9710

八

0.9992

1.0079

1.0918

0.8545

0.9883

0.9957

九

0.9978

1.0148

1.1440

0.6099

0.9416

0.9839

十

1.0017

1.0131

1.1192

0.6238

0.9395

0.9771

十一

1.0014

1.0234

1.2566

0.6353

0.9792

1.0226

十二

0.9990

1.6610

0.5801

1.0659

1.1332

从表3—3可以看出,使用两种方法计算的综合污染指数略有不同,权重综合气象质量指数法计算结果略高于综合气象质量指数法,该市第一年的三月、五月、六月、七月、八月、九月、十月、十一月的权重气象质量指数均为优。

3.4权重综合指数法的检验

我们常用单个气候因素的真实值与标准值作差或商，来判断气候质量。

所以可以用气候的差或商值来检验模型的正确性。

将该市第二年每个月的平均气压、平均气温、平均相对湿度、平均风速、与北京市标准气象值做对比，画出折线图如图：

表3—5该市第二年月平均气压与标准气压对比折线图

表3—6该市第二年月平均气温与标准气温对比折线图

表3—7该市第二年月平均湿度与标准湿度对比折线图

风速表

随机选取第二年中数月（如二月份、七月份、十一月）的气象因素数值进行做差检验，差值较小者的为优，其次为良，最后为差。

做差得：

二月份

平均气压差值：

1018.2-1022=-3.8

平均气温差值：

-1.4+0.7=-0.7

平均湿度差值：

0.58-0.44=0.14

平均风力差值：

1.4-2.8=-1.4

七月份

993.6-999.7=-6.1

28.7-26.2=