Journal of Arid Meteorology ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (5): 661-670.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2024-05-0661
• Special Column: Application of Artificial Intelligence in Drought Meteorology and Related Fields • Previous Articles Next Articles
WANG Yajun1,2(), LUO Juying1, CHENG Liehai3(
), LI Wei4
Received:
2024-08-03
Revised:
2024-09-15
Online:
2024-10-31
Published:
2024-11-17
通讯作者:
程烈海(1973—),男,硕士,高级工程师,主要从事风能太阳能等新能源气候预测。E-mail:作者简介:
王雅君(1996—),女,硕士,助理工程师,主要从事季节尺度干旱预测和区域气候变化研究。E-mail:1843984032@qq.com。
基金资助:
CLC Number:
WANG Yajun, LUO Juying, CHENG Liehai, LI Wei. Construction and validation of summer drought prediction model in Hubei Province based on machine learning algorithms[J]. Journal of Arid Meteorology, 2024, 42(5): 661-670.
王雅君, 罗菊英, 程烈海, 李伟. 基于机器学习的湖北省夏季干旱预测模型构建与检验[J]. 干旱气象, 2024, 42(5): 661-670.
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URL: http://www.ghqx.org.cn/EN/10.11755/j.issn.1006-7639-2024-05-0661
SPEI | 干旱等级 | 是否干旱 |
---|---|---|
-0.5<SPEI | 无旱 | 否 |
-1.0<SPEI≤-0.5 | 轻旱 | 是 |
-1.5<SPEI≤-1.0 | 中旱 | 是 |
-2.0<SPEI≤-1.5 | 重旱 | 是 |
SPEI≤-2.0 | 特旱 | 是 |
Tab.1 The drought classification standard based on SPEI
SPEI | 干旱等级 | 是否干旱 |
---|---|---|
-0.5<SPEI | 无旱 | 否 |
-1.0<SPEI≤-0.5 | 轻旱 | 是 |
-1.5<SPEI≤-1.0 | 中旱 | 是 |
-2.0<SPEI≤-1.5 | 重旱 | 是 |
SPEI≤-2.0 | 特旱 | 是 |
Fig.2 The spatial distribution (a, b, c) and their corresponding time coefficients (d, e, f) of the first (a, d), second (b, e), and third (c, f) modes by EOF decomposition of the summer SPEI in Hubei Province from 1960 to 2022
特征编号 | 影响因子 | 定义 | 相关 系数 |
---|---|---|---|
1 | 热带南大西洋海温指数 | 30°W—10°E、20°S—0°区域内海表温度距平的区域平均值 | 0.19 |
2 | 亲潮区海温指数 | 165°E—175°E、40°N—45°N区域内海表温度距平的区域平均值 | -0.15 |
3 | 西风漂流区海温指数 | 160°E—160°W、35°N—45°N区域内海表温度距平的区域平均值 | -0.09 |
4 | 西太平洋副高脊线位置指数 | 110°E—150°E、10°N—60°N区域内500 hPa高度场逐条经线上副热带高压中心位置所在纬度的平均值 | -0.37** |
5 | 北美副高脊线位置指数 | 110°W—60°W、10°N—60°N区域内500 hPa高度场逐条经线上副热带高压中心位置所在纬度的平均值 | -0.24* |
6 | 北大西洋副高北界位置指数 | 55°W—25°W、10°N—60°N区域内500 hPa高度场逐条经线上副热带高压北侧5 880 gpm等值线所在纬度的平均值 | 0.26** |
7 | 亚洲区极涡面积指数 | 北半球60°E—150°E区域内500 hPa高度场极涡南界特征等高线以北所包围的扇形面积 | -0.30** |
8 | 亚洲纬向环流指数 | 60°E—150°E、45°N—65°N区域内500 hPa高度场以30个经度为间隔划分为3个区,计算平均纬向指数 | 0.07 |
9 | 斯堪的纳维亚遥相关型指数 | 0°—360°、20°N—90°N区域内,标准化500 hPa高度场经验正交函数分析所得的第九模态的时间系数 | -0.32** |
10 | AMO | 80°W—0°、0°—60°N区域内平均的海表面温度距平 | 0.26** |
11 | NAO | 90°W—50°E、20°N—85°N大西洋地区海平面气压距平场的经验正交函数分解第一主成分 | -0.24* |
Tab.2 The definition of summer drought impact factors and their correlation coefficient with SPEI in Hubei Province from 1960 to 2022
特征编号 | 影响因子 | 定义 | 相关 系数 |
---|---|---|---|
1 | 热带南大西洋海温指数 | 30°W—10°E、20°S—0°区域内海表温度距平的区域平均值 | 0.19 |
2 | 亲潮区海温指数 | 165°E—175°E、40°N—45°N区域内海表温度距平的区域平均值 | -0.15 |
3 | 西风漂流区海温指数 | 160°E—160°W、35°N—45°N区域内海表温度距平的区域平均值 | -0.09 |
4 | 西太平洋副高脊线位置指数 | 110°E—150°E、10°N—60°N区域内500 hPa高度场逐条经线上副热带高压中心位置所在纬度的平均值 | -0.37** |
5 | 北美副高脊线位置指数 | 110°W—60°W、10°N—60°N区域内500 hPa高度场逐条经线上副热带高压中心位置所在纬度的平均值 | -0.24* |
6 | 北大西洋副高北界位置指数 | 55°W—25°W、10°N—60°N区域内500 hPa高度场逐条经线上副热带高压北侧5 880 gpm等值线所在纬度的平均值 | 0.26** |
7 | 亚洲区极涡面积指数 | 北半球60°E—150°E区域内500 hPa高度场极涡南界特征等高线以北所包围的扇形面积 | -0.30** |
8 | 亚洲纬向环流指数 | 60°E—150°E、45°N—65°N区域内500 hPa高度场以30个经度为间隔划分为3个区,计算平均纬向指数 | 0.07 |
9 | 斯堪的纳维亚遥相关型指数 | 0°—360°、20°N—90°N区域内,标准化500 hPa高度场经验正交函数分析所得的第九模态的时间系数 | -0.32** |
10 | AMO | 80°W—0°、0°—60°N区域内平均的海表面温度距平 | 0.26** |
11 | NAO | 90°W—50°E、20°N—85°N大西洋地区海平面气压距平场的经验正交函数分解第一主成分 | -0.24* |
年份 | 分类回归树算法预测 | 随机森林算法预测 | 实况 |
---|---|---|---|
1962 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1963 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1966 | 无旱 | 无旱 | 干旱 |
1977 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1979 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1980 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1981 | 无旱 | 无旱 | 干旱 |
1983 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1986 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1987 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1991 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1995 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1997 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1999 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2001 | 干旱 | 无旱 | 干旱 |
2013 | 干旱 | 干旱 | 干旱 |
Tab.3 Comparison of the actual values and predict drought based on classification and regression tree algorithm and random forest algorithm in the test set
年份 | 分类回归树算法预测 | 随机森林算法预测 | 实况 |
---|---|---|---|
1962 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1963 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1966 | 无旱 | 无旱 | 干旱 |
1977 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1979 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1980 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1981 | 无旱 | 无旱 | 干旱 |
1983 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1986 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1987 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1991 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1995 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1997 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
1999 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2001 | 干旱 | 无旱 | 干旱 |
2013 | 干旱 | 干旱 | 干旱 |
年份 | 分类回归树算法预测 | 随机森林算法预测 | 业务发布预测 | 实况 |
---|---|---|---|---|
2011 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2012 | 干旱 | 干旱 | 干旱 | 干旱 |
2013 | 干旱 | 干旱 | 干旱 | 干旱 |
2014 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2015 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2016 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2017 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2018 | 干旱 | 干旱 | 干旱 | 干旱 |
2019 | 干旱 | 无旱 | 无旱 | 干旱 |
2020 | 无旱 | 无旱 | 干旱 | 无旱 |
2021 | 无旱 | 无旱 | 干旱 | 无旱 |
2022 | 干旱 | 干旱 | 无旱 | 干旱 |
Tab.4 Comparison between the actual drought and the two machine learning algorithms prediction and operational prediction from 2011 to 2022
年份 | 分类回归树算法预测 | 随机森林算法预测 | 业务发布预测 | 实况 |
---|---|---|---|---|
2011 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2012 | 干旱 | 干旱 | 干旱 | 干旱 |
2013 | 干旱 | 干旱 | 干旱 | 干旱 |
2014 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2015 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2016 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2017 | 无旱 | 无旱 | 无旱 | 无旱 |
2018 | 干旱 | 干旱 | 干旱 | 干旱 |
2019 | 干旱 | 无旱 | 无旱 | 干旱 |
2020 | 无旱 | 无旱 | 干旱 | 无旱 |
2021 | 无旱 | 无旱 | 干旱 | 无旱 |
2022 | 干旱 | 干旱 | 无旱 | 干旱 |
Fig.6 Importance scores of features in the prediction model based on classification and regression tree (a) and random forest (b) (The number of features corresponds to the influencing factors in table 2)
[1] | 丁一汇, 司东, 柳艳菊, 等, 2018. 论东亚夏季风的特征、驱动力与年代际变化[J]. 大气科学, 42(3): 533-558. |
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