基本信息
- 项目名称：
- 基于信息熵确定集合数值预报初始场的探索和实现
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 为了得到数值预报最佳集合的初始场，并保证确定初始扰动场后所得到的气象要素的信息量仍然足够大，利用信息熵理论对问题进行了改进。在理论上分析了信息熵理论的可用性的基础上，利用最大熵原理定义了偏差概率概念对数据样本在信息熵理论的框架下进行处理，确定各扰动场的信息熵贡献。用信息熵贡献率大的扰动场作为扰动场进行集合预报。通过正压模式的试验,结果表明，信息熵贡献率为70%左右时预报效果...(查看更多)
- 详细介绍：
- 众所周知，天气预报技术对人们的生产生活都起到了极其重要的作用，小到老百姓的衣食住行大到北京奥运会的气象保障，随着人民生活水平的提高，天气预报也受到了越来越多人的关注。但是，由于大气系统的复杂性，天气预报是一个极具挑战性的课题。如2005年袭击美国的Katrina飓风，2008年中国南方的冰雪冻害等，天气预报都没有给出我们提供足够的准确信息，所以如何尽可能得预报出与真实天气情...(查看更多)
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的:在天气预报技术中引进一种全新的信息熵理论：在保证剔除某些初始扰动场后所得到的初始场仍然包含最大的信息量的前提下，利用信息熵确定初始场，是提高预报的准确性的新途径。 思路:基于信息熵浓缩信息的理论，利用最大熵原理定义偏差概率，建立衡量初始场信息熵的数学模型。再对数据样本按照信息熵理论确定各扰动场的信息熵贡献，用信息熵贡献率大的部分扰动场代替原有的较多扰动场进行集合预报。
科学性、先进性及独特之处
- 1、大胆引入信息科学中的最大熵原理，提高了对数值预报精度极为关键的初始场，为其预报准确性提供了一个有意义的新思路。 2、应用信息熵理论从复杂的数据空间提炼出数据所反映的实质，在数值预报中有着重要的应用价值。 3、在熵理论中重要的最大熵原理的基础上定义了偏差概率，从而简化了信息熵计算。 4、采用信息熵概念对数据进行度量。模型具有推广价值，可应用在实际预报业务过程中。
应用价值和现实意义
- 1．本作品提供的方法具有算法简便，运算速度快，节省计算机时的优点，符合预报的时效性要求，便于在气象预报业务中的应用和推广，对集合预报初始场的确定有重要意义，弥补了这方面的空白，对天气预报质量提高是一个有益的探索。 2．本模型通过对信息熵理论的应用，为解决时空数据处理的相关问题提供了新思路。
学术论文摘要
- 为了得到数值预报最佳集合的初始场，并保证确定初始扰动场后所得到的气象要素的信息量损失较小。在理论上分析了信息熵理论的可用性的基础上，本文提出了信息熵理论利用最大熵原理定义了偏差概率概念对数据样本在信息熵理论的处理，以确定各扰动场的信息熵贡献。用信息熵贡献率大的扰动场作为扰动场进行集合预报。 通过一个正压模式的运行试验,结果表明，信息熵贡献率为70%左右时预报效果优于控...(查看更多)
获奖情况
- 本作品获得第七届“挑战杯”甘肃省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖：本研究受国家自然基金40875050的资助。
鉴定结果
- 本论文思路新颖，巧妙地利用了信息论中的信息熵理论，将其成功得应用到了大气科学中的数值天气预报技术中，为解决数值天气预报中初始场不确定的难题提供了新的途径，为提高天气预报的准确性做出了有意义的尝试。
参考文献
- [1]Lorenz EN. Deterministic non-periodic flow.Atmos. Sci.,1963,20:130-141. [2] Ming Cai, Eugenia Kalnay and Zoltan Toth.Bred vectors of the zebiak-cane model and their potential application t...(查看更多)
同类课题研究水平概述
- 1. 国内外集合预报的发展现状 集合预报从理论提出到业务化的实现，经过了二十多年的数值研究和试验。1963年，Lorenz发现了大气中的混沌现象，天气预报的不确定性引起了众多学者的兴趣。1969年，Epstein为解决数值天气预报对初始条件误差的敏感问题，首先在理论上提出了动力随机预报方法。1974年Leith提出了可实际应用的"Monte Carlo forecasti...(查看更多)
