年月

当前位置: 首页>新闻资讯>bckbet下载注册科技>国际前沿

科学家利用视觉图像机器学习模式改进冰雹预报

来源:NCAR官网?? 发布时间:2019年08月23日09:30
分享到:

  根据美国国家大气研究中心(NCAR)一项新的研究,利用分析视觉图像的机器学习模式和人工智能技术可以改进雷暴及冰雹预报。

  当前,冰雹预报挑战重重。而科学家对卷积神经网络深度学习模式进行训练,可以识别影响冰雹形成和冰雹大小的暴风雨特征,从而改进冰雹预报。该研究具有很好的应用前景,日前已刊登在美国bckbet下载注册学会《每月天气评论》上。

  该研究项目负责人、NCAR科学家大卫·约翰·加涅表示:“暴风雨的结构会对冰雹的形成产生影响。比如,超级单体比起飑线更易产生冰雹。但目前大多数冰雹预测只能通过观察暴风雨的部分特性来实现,无法识别其更大范围的形态和结构。”

  该研究由美国国家科学基金会(NSF)提供资金支持。NSF项目管理官尼克·安德森表示:“冰雹,尤其是体积大的冰雹对农业和财产会产生重大影响。利用深度学习工具可以深入了解形成大冰雹的条件,从而改进模式预报。这将是一个具有创造性的学科融合的典范。”

  暴风雨是否产生冰雹取决于诸多bckbet下载注册元素——靠近陆地表面的大气要保持足够大的湿度,高处的大气要保持干燥;云内冰冻水平要相对近地面低一些;强大的上升气流也是必要条件;暴风雨中不同高度风向和风速的变化也会有影响。

  不过即使满足所有以上条件,冰雹的大小仍会存在较大差异,这主要取决于其穿越暴风雨的路径,以及其中的环境。这时暴风雨的结构就起到重要作用了。加涅表示:“暴风雨的结构极为重要。过去我们更多的关注暴风雨的单点或者垂直剖面,但水平结构也是极其重要的。”

  当前模式在描述整个暴风雨物理性质时存在运算方面的难度。机器学习提供了一个可能的解决方案,因为它绕过了模式对暴风雨所有复杂物理性质的需要。相反,机器学习神经网络能够输入大量数据,并可以自己学习对精确预报冰雹时具有关键作用的暴风雨特征。

  在该研究中,加涅应用了一种专门用来分析视觉图像的机器学习模式。他使用模拟暴风雨的图像来训练模式,输入气温、气压、风速、风向等信息后,可得出这些条件作用下的冰雹模拟,基于NCAR的天气研究和预报模式(WRF)分析模拟结果的准确性。在此之后,机器学习模式会弄清楚暴风雨的哪些特征与冰雹产生及雹体大小相关。

  在对模式神经网络判断的暴风雨最为重要的特征进行观察分析后,加涅表示,在近地面气压低于平均水平和暴风雨顶部气压高于平均水平的情况下,暴风雨通常更可能产生强冰雹;形状近圆的暴风雨更可能产生冰雹。

  此外,该研究还利用不同的机器学习模式进行随机预测,用来改进冰雹预报。随机预报模式并没有分析图像,而是提出一系列问题,像一个流程图一样,用来确定冰雹概率。这些问题可能包括露点、气温和风是否超过或低于阈值等。

  这项研究由加涅与俄克拉荷马大学的研究人员一起开展,他们将对基于机器学习模式的冰雹预测与雷达观测数据进行对比验证,若通过测试,该模式有望投入业务运行。加涅表示:“这一新方法有望帮助预报员更好地预测可能产生严重破环的天气现象。我们也很乐于用真实发生的暴风雨观测继续测试和改善该模式。”

  (来源:NCAR官网 编译:刘淑乔 责任编辑:崔国辉)

  

  

  

分享到:

??精彩热图