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集對分析在城市空氣污染預報中的應用研究

分類:論文范文 發表時間:2020-09-15 09:29

  摘 要 在城市空氣污染預報模型 中,精心挑選的因子具有 較好 的預報性能,但是因子的優 良性能并非始終不變 ,而有時 個別因子的不 良表現往往可能導致預報的失敗。根據集對分析 (SPA)把不確定性和確定性作為一 個動態的同異反 系 統處理的思想 ,動態地分析和處理每次預報 中因子作用 的變化 ,即每次預 報前 ,先 對 網子 進行 態勢判別 和同異反分 析 ,然后使可能干擾預報的弱勢因子的作用受到有效抑制 ,使有助于預報 的強勢因子的作用得到充分發揮 ,從 而實現 了因子作用大小在各次預報中的動態變化 ,取得了較為滿意 的效果。在預報模型 中增加不確定性處理有助 于提 高預 報準確率。

  關鍵詞:集對 分析 ;不確定性 ;聯 系度 ;動態多元 回歸模 型;空氣污染預報

  引 言

  城市空氣質量與一定范圍內污染源 的分布和排 放有關,與大氣運動 對空氣 中污染物 的稀釋 、擴散 、 清除和聚集的強度有關 。前者可用當地環境監測站 的 實測空 氣質 量記 錄來 反 映 ,并 認 為 污 染 源 在 短 期 內有相對穩定性 ,而空氣 污染預報主要從天氣過程 與 污染物 的關 系 出 發 進行 研 究[卜 。大 氣 運 動 具 有 隨機性 ,天氣預報具有不確定性 ,城市空氣’污染預報 同樣 具有 不確定性 。本 文應 用不 確定 性 系統理 論 和 方法——集對分析 j(setpairanalysis:SPA)來處理 城市空氣污染預報 中的不確定性 問題,以提高預報 準 確率 。

集對分析在城市空氣污染預報中的應用研究

成人动漫软件   1 集對分析的基本思路

  天氣 系 統 具 有 確 定 性 和 不 確 定 性 的 雙 重 特 性 _4J,相應 的預報 模 型 也 應 有既 確 定 義 不 確 定 的 品 質 ,即同時具有處理確定性問題和不確定性 問題 的 能力 。在多 元回 歸預 報 模 型 中 ,進 入 模 型 的 因子 雖 然經過天氣學和數理統計方法的精選 ,具有所謂的 “優 良性 能”,但 是 這種 “優 良性 能 ”實 際上 是 對 于 整 個 樣本 或次數 眾 多 的 預報 過 程 而 言 ,是 一 個 整 體 概 念 ,對 于樣本 中 的某 一 個 例或 者 具 體 應 用 中 的某 次預報則并非完全如此。有時其中的一個或幾個 因子 “性能不佳”就導致了一次預報的失敗。也就是說 , 在使用多元回歸模型所進行 的多次天氣預報 中,模 型 中各 因子 的預 報性 能是在 不 斷變 化 的 。一些 因子 在這次預報中表 現出較強的預報性能 ,而在另一次 預 報 中則表 現 出較 弱 的預 報 性 能 ,甚 至 還 有 可 能 起 干擾預報的負作用。這給我們提 出了如下的問題 : 假設有一個多元 回歸模型 ,因變量是一維隨機變量 Y,自變量 為 維 變 量 x。在某 次 預報 中有 P(P< )個 自變量分量性能不佳,那么,能 否使這 P個 自 變 量分 量在這 次 預 報 中少 發 揮 作 用 或 不 發 揮 作 用 , 而由其余的( P)個性能優 良的 自變量分量來決 定模型的預報結論?換句 話說 ,要提高 多元 回歸模 型在多次天氣預報中的預報準確率 ,必須使模型 中 各 自變量分 量 的 作 用 大小 動 態 地 變 化 ,每 當 自變 量 分量的預報性能下降時,它的作用 就要受 到某種抑 制 ,而 讓其 它預 報 性 能 較 好 的 自變 量 分量 的作 用 得 到充 分發揮 。

成人动漫软件   2 空氣污染預報 中 自變量性 能的優 劣識別

  2.1 鄰近 估計 和 變異 系數

成人动漫软件   人們 能認 為 ,從 差別 甚 微 的 個 初 始 場 出發 通 過 預 報 模 式 的 積 分 ,得 到 的 r/個 預 報 結 果 應 該 “差別甚徽”,但是大量的預報實踐表明這 個預報結 果可 能發散 到較 大 區域 。這 是 由空 氣 污染 預 報 的 不 確定 性 所 造 成 的 。用 不 同 的 預 報 模 式 分 別 對 個初始場作預報 ,如果這種發散越小 ,就認為預報模 式 的質 量越 好 L5J。

成人动漫软件   2.2 同異 反分 析

成人动漫软件   為了表述簡便起見 ,暫時把 多元 回歸模型 中的 某一 因子記 為 Z (i=1,2,… , ),記 中 的最大 值 為 Z … 把第 i個 例 的 Z 與 Z 組成 集 對 。對 集 對 進行對比分析可知 ,當用 Z 去預測R 時,可以給出 的預測是一個概率分布,它的均值 可作 為實 際使用 中的預測值 。在某 問題下對某集對作分析 ,它們共 有 =q+_廠十P個特 性 ,其 中有 q個 特性 為 兩個 集 合所共有 ,有 P個特性為兩個集合對立 ,在其余 的 .廠 個特 性上 則表 現為 既不對 立 又不 同一 。如果 預測 的 不確 定性較 小 ,則 同 一度 “=旦 = ,對 立 度 c= 丌 m ax : , 差異 度 6: :0。如果 預 測 的不 m ax 確定 性較 大 ,則 同一 度 n=旦 =0,對 立 度 c=衛 =0, 差異 度 b=上 = =1。具 體 方 法 詳 見 參 考 文 獻 m ax [8]。

成人动漫软件   3 自變量分量處 于弱勢 時的分解

成人动漫软件   在預 報模 型 的 自變 量 中 ,自變 量 分 量 之 間相 互 聯系、相互制約 ,有機地組成一個整體。在預報時如 果發現一個分量處于弱勢 ,說明它在模型中的重要 性 已下降 ,甚至 可能 干擾模 型作 出正 確 預報 結 論 ,因 而希望讓 這些分 量在 這次 預報 中減 少作 用 甚 至失 去 作用。要達到此 目的,顯然不能簡單地剔除這個 自 變 量分量 。本章 從 SPA 的 原理 出發 ,用聯 系度 公式 導出解決這一問題的具體方法。

成人动漫软件   4 動態多元 回歸模 型應用效果 比較

成人动漫软件   通 過 卜面 一 系列 的分 析 處 理 ,現 在 可 以用 多 元 線性 同歸模 型 和最 小 二 乘 法 ,對 表 3的聯 系度 資 料 作為 自變量 ,建立新 的預報模型。本文稱新 的回歸 模型為基于 SPA的動態多元回歸模型 ,簡稱為動態 回歸模型 ,相應的工作稱為動態多元回歸分析。 前 面的 例 子 中有 6個 預 報 因子 ,分 別 為 x ~ x 。通過 一 系 列 的處 理 ,可 得 到 它 們 相 應 的映 射 , 映射 主要 應用 式 (10)以及 因 子 的 態 勢判 斷 式 (7)來進行 的。式 (10)是針對 多 元 回歸 模 型 的特 點從 集對 分析 的聯 系度 表 達式 推導 而來 。如 果注 意一 下 前 面 的推導過程 ,不難發現當因子處于強勢時 ,因子 的映 射只不 過是線 性 變換 ;而 當 因子 處 于劣 勢 時 ,該 因子 在模型中的作用 已消失 ,它 的作用 已由其它因子取 代,自然這是非線性變換。如果所有 因子都是線性 變換 ,映射并 不 能 使 模 型 的質 量 有 所 變 化 。映 射前 后 因子與 預報 量 的 相 關 系數 見 表 4,可 見 大 部 分 因 子 的相 關 系 數 有 了 提 高 。 復 相 關 系 數 和 殘 差 平 方 和 ,新模型為 0.609和 50260.1,傳統 多元 回歸模型 為 0.514和 58765.1,新 模 型 的 復 相 關 系數 有 了 提 高 ,預報 誤差 則 比原模 型減 少 了 14.47% ,可 見 新模 型預 報 能力有 了明顯提 高 。

  5 結 語

  多 元 回歸模 型是 在城 市空氣 污染 預報 中應 用廣 泛的一種預測模型,回歸分析對 因子 的篩選有許多 行之 有效 的方法 ¨ ,而 如何 合理 地使 用 因子 則 未 引 起人們的足夠重視 。實際上 ,合理地選擇 回歸因子 和合理地使用 因子 同樣重要。從這個意義上說 ,本 文 給出 了一 種科 學地 使用 因子 的新 思路 。而在 各種 各樣 的預測 問題 中 ,城 市 空 氣 污 染 預報 是 一 種 典 型 的復雜 的預測 問題 ,它 既含有 確定性 ,又 含有不 確定 性 。根據 SPA 把 不 確定 性 和 確 定 性 作 為一 個 動 態 的同異 反確定 不 確 定 系 統處 理 的思 想 ,動態 地 分 析 和處理 每次 預報 中因子作 用 的變化 ,效 果較 為滿 意 , 說 明為 預報 模 型增加 不確 定性 處理 的 能力有 助 于提 高城市 空氣 污染 預報 準確 率 。

成人动漫软件   參 考 文 獻

成人动漫软件   [1] 孫 明華 ,徐大海 ,朱蓉 ,等 ,城市空氣臭氧污染業務 預報方案研 究 氣象 ,2002,28(4):38.

成人动漫软件   [2] 徐 大海,朱蓉 .大氣平流擴散的箱格預報模 型與污染潛勢指數 預 報.應用氣象學報 ,2000,l1(1):1.12

  [3] 趙 克 勤.集 對分 析及 其 初 步廊 用 +杭 州 :浙 江科 技 出版社 , 2000.

  作者諸曉 明 王 國強

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