天气预报算法的种类多样化

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目前英国气象局的预测引起了巨大的“风暴”。他们预测这个冬天会是温和潮湿的,然而北爱尔兰出现了有记录以来最低的温度和坚实的积雪,这在12月份通常很少见。

我很想尝试一下,虽然我并不声称能打败他们,但我想知道目前人们使用哪些算法?他们基于哪些数据集进行预测?

可能的选择包括使用神经网络对输入进行建模,并将预测准确性作为适应度的复杂数学模型,或者甚至是“昨天的天气”预测。我听说它更可靠用于单日预测(尽管没有证据),但显然在此之后会下降。

最好能从气象中心的开发人员或能够使用超级计算机的人那里听到方法,这将非常有趣...


我读到的是喷气流模式发生了变化。当喷气流像现在这样移动时,就会出现这种天气模式。你需要知道喷气流的移动是否可预测,如果可以,那么你需要收集有关历史时期喷气流所在位置的天气数据。 - DOK
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“Same as yesterday” 的准确率超过50%,因此比许多/大多数简单模型更好。短期预测使用细胞模拟(本质上是计算流体动力学,但在更大的尺度上具有大型单元格 - 全球模型将具有10英里以上的单元格)。长期预测非常困难。20年前,人们认为这是不可能的,您会注意到气象局只在最近5年左右开始提供它们。 - winwaed
任何对这个问题感兴趣的人都应该查看Area51 地球科学提案 - naught101
@naught101 哦,很有趣!谢谢。 - Mark Mayo
3个回答

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简而言之,如果您打算构建和运行自己的预测模型,您将面临三个主要问题:
  1. 获取观测数据
  2. 开发数学模型
  3. 计算能力以运行模型

获取观测数据

据我所知,获取良好的气象观测数据需要花费大量资金。您需要获得来自全球各地的观测数据,并对整个星球的海洋和大气状态进行建模。或者,您需要从计算全球模型的人那里获得所谓的侧向边界条件。

开发数学模型

我不是也从未与英国气象局(Met Office)有过关联,但几年前我曾将他们的Unified Model版本移植和优化到我们中心的超级计算机上。以下是我对该模型的记忆。
英国气象局已经开发了他们的 Unified Model 20 多年了,我们正在谈论包含最先进的海洋/大气模型和数值算法的数百万行代码。请查看(过时的)用户指南this section,了解其模型使用的科学方法的一瞥。这是一个由大量聪明人进行长达半个世纪的充分资助、广泛研究的成果。如果有一个简单的解决方案,可以始终比复杂模型给出更好的结果,那么某个人可能已经实现了它。

总之,我认为如果你不是大气物理学的硕士/博士,并且手头有几年的空闲时间,那么从零开始建立模型来进行天气预报是非常困难的,即使你尽力而为也很难得到令人满意的结果。

计算能力

最早的预报模型是在20世纪中期运行的,当时的机器无法与今天的手机相媲美,因此你可以在个人电脑上计算出一些内容。但是,这种工作通常在非常强大的计算机上完成。事实上,Top500中的10个系统专门用于天气预报和气候研究。

有趣阅读

更新 可以免费获取WRF模型的源代码和一些气象数据。请注意,WRF、Unified Model、COAMPS和许多其他模型主要是用Fortran编写的。


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那些链接(尤其是最后一个)看起来很棒,我看到了一些沉重的阅读等待着我 :D - Mark Mayo

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首先,您可以从http://tgftp.nws.noaa.gov和其他天气数据导入原始数据。 让计算机理解数据的最好方法是将其放在地图上。 地图上的每个点都会相互作用。 每个点处的数据可以表示温度、压力、风向、云量、太阳在天空中的位置、能见度以及过去100小时的降水。 您可以进行预测,然后将它们与实际预测以及气象服务的预测进行比较。 然后更新该数据点的气候模型。 这样,它就可以成为一个自学习的神经网络。 就计算能力而言,可以使用Titan或Big Mac!

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看起来可以构建简单的预测模型。我的手表配备了气压计和温度计(由于手表被手暖和,所以温度计根本无法使用)。仅凭这些测量数据,它已经多次警告我即将到来的雨天,尽管互联网站点上的天气预报显示是晴天。(左上角的云图) enter image description here

快速搜索引导我们找到了Sager算法,该算法仅使用非常简单的输入数据。然而,虽然实现声称是开源的,但我未能找到算法的代码和科学论文。


维基百科提到了气压天气预测 - Vorac
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Sager是1937年至1974年纽约每日新闻的气象员。https://nydailynews.newspapers.com/search/#query=%22Raymond+Sager%22&offset=10 - JoeGasper

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原文链接