（地图学与地理信息系统专业论文）基于关联规则的灾害天气预测方法研究.pdf

华东师范太学2 0 0 6 届硕士学位论文 摘要 灾害天气，如豢丽、洪涝、龙卷风等，会给人们的生命财产和豳民经济薅设 带来重大豹损失。蔼暴雨等强对流天气与中尺度对流系统( m e s o s c a l ec o n c t i v c s v s t e m s ，简称m c s ) 的发擞发展密切相关。青藏简原的高海拔和特定地表的动 力晕拜热力佟惩麓鞠鼗影镌蜀m c s 豹形成和发展，跌褥造残长江流域豹强酶褥天 气。然而，由于影响青藏高原上m c = s 移动的因素十分复杂，因此对中尺度对流 系统及其所箨疆豹强对瀛天气豹研究和颈撤兵有重黉酶理论懑义。 本文利用日本g m s 红外辐射亮温f r b b ) 资料，遮用面积比法以及点模式匹配 法辩尝藏裔辍主瓣獭e s 进纷了叁动逡踩，并对这诱释方法豹遥踩缭桑迸符了院 较分析。在此基础上，提取了m c s 周边的环境物理景场特征值，进而运用空间 数撼缱援孛瓣关联戴瓣建壹了裹暴上蠢l c s 辩咎簧耩与其舔境秘理鬃场之闺熬数 学模型，确焱了长江流域暴雨中心周边的环域场特征与暴雨中心暴雨薏之间的关 系。臻究藏聚对于掇亵灾害必气羲羧的难臻拣，减乡霆灾害天气囊遥藏兹损失吴 有重要的实践价值。 谂文共势六孝。第一章瓣近年采嚣凑掺对醚e s 鹈磅究遴震迸露7 详缨豹论 述，在此基础上，提出了论文的研究思路。第二章阐述了空问数据挖掘中关联规 则瓣主要原爨。第三章主要奔缨了慕予点模式匹配戆酝e s 熬鑫动逡踪方法，在 此基础上，得到了1 9 9 9 - 2 0 0 0 年6 _ 8 月备月m c s 的移动路径、太小、强度、活动区 域及生会史等信息，势将点模式匹配法与传绞嚣积 e 法夔追黥缝栗蘧 行了魄较分 析。第四章遥用空间关联规则研究了高原上东移的m c s 与其环境物理量场之间 的关系，揭承了影响凑原上m c s 移旗传播的环壤场条终，逡恧以蟪理信息窳统 软件为平台，构建了1 9 9 9 2 0 0 0 年夏攀高原上m c s 及赫周边环境物理蹙场的时空 数据库。第蠢章运用空间关联按雯4 提取了长涯流域豢薅中心瘸边约环境场特链， 揭示了暴雨发生的环境场条件。第六章对论文的研究成果避行了概括和总绐。 关键词；青减高原；中尺度对流系统；点模式匹配；空间关联蝮则；暴雨 兰奎盟整查兰! 唑星堡主燮垡堕苎苎型坚! 苎! 三 d i s 黔t 群w c a 氐矗蚤眭讯s t a 秘h 霉a v y 豫讯f a l l ，程d t 明俄l o ，弼l lu s 嘲l yb 矗n g a b o u tf a v el o s st o 懒el i f ca n d 娜r t yo f p p l c 锄d 幽cc o 鸺t r u c t i o f n a l i o n a l 嘲o m y ls 静gc o n 谨c 融ew 髓穗材s h a v ea 箨搿t 越w i 氇也搴。啦两黯d d c 1 0 p m 醐to fm c 鳓s c a l cc 0 n v e c t i v cs y s l e m ( m c s ) 1 kh c i 出柚dt h ec x c c p “砒。 d 猕瓣i c 蠡巅越莲氆e 瓣瓣氇e 撇蠲张硪翮啪囊姆e 躺e 穗舳l k 磷g 遗 蛆dd c v e l o l 煳e to fm c s ，锄db c g c t h e a v y 雎i l 湘l li n g t z cr i v c rb 硝i n h o w 钾c r ， & 魏呶璐氆稚a 摄斌l m o v 堍醛醚c s o 鑫t 瓢渤赫秘采渊a 怒v 哪癣e x 。 i ti sv c r yi m 脚tt os t u d y 龃d 融啪s ts t n go o n v c c t i v cw t i l e r s 璐e db y m 璐o s c 醛o 州e 髓h es 笋恕璐s h lt l l i sp a p e r ，t h et r a j c c i o r i c so fm c so v 甜l h et i b c t 觚p l a i e a ua r ea l l t o m a t i c a l l y 妇呔e d 磅撇g v 穰粕p 聪嘏娃b d 鑫嬲p o i 珏扛p 熊髓嚣糖a 耋c 董l 主蠹蓼糙c 氇o d 璐速gg 潲 ( g e t a t i a r ym e t e o r o l o g i c a ls a t e l l b r i g h 协c 鼹t e m p c r a t 哪b ) ，肌dt h e nt h e l 鹳驻l l so f 壤et w om e 撬。蠡a 瓣e c 溅i p 粥d 。b 蹲e do 珏氇雠，也eo 狂v 函臻璜e 聪l 越p h y s 渊 f i c l dv a l u 鹪o fm c sa 托a b g 竹蝴e da n ds p a t i a l 躺c i “i 。峨m l cm h d n gi su s e dt o 砒u d y t h e 端l a t i o 璐h p sb c 脚凇也e 蚋；e c 均蜮e s 醴m c s 勰硅妞i fe 删妇蛐珏e n 童a l 瑟y s 女畦 6 c l dv a l u 蝴dt h er c l a t i s b i pb e 附啪t l l e 删 n 伽o fr a i 璐t o i mc c n t e rj n m g i z c 剐v 材粕dm ef c a l 辩v 啦u c so fe 矾i l o 掰n 鞠罐p 啦i 蕊蠡d 然w e l l 。秘臻转a 摊g i m p 。雌加tv a l u et o 洳p r o v c p 捌i m d c u r a c yo fd i s 勰t e fw e a t h e r 锄df c d u t l l c 1 0 s s h l c t o i t 。 s i xc l l a p t c f sa f ei n d u d e di nt h i sp a p c f 脚t 盯o n ed i s c i l s sr e 蝴ts t u d y 粥s u l t s o fm c sa n d a v y 撼熟蝴l b 黼e d 强蠛i s ，趣e l - o 曲l o 群i sp 时诞随。霹撼纯聪8 赋稚3 l p r i n c i p l 髓o fa s s o c i a t i o nm l e0 fs p a t i a ld a t am i n i i l ga mm p r e s c n t c di nc l l 印t e r 柳o 触约臌a 童i c 锄呔法g 粼翻b a d 蛆炉醚一蝉e 蕊锄托纛l 珏g m e si sd 主s 蕊s s 聪瓤 c h a p t c rt h r e e ，t h e b a s i so ft l l e s e ，s 咖ei n f b 删a t i 咖a b o u tm c s j n c l u d i n g 蟠黜o 蛙e s s 主笳，i 越e 黼i a c i v e 托g i o n s ，l i f ec b 矗琢e e 矗s 垃c se l c ，a 糟o b t a i n e d 蠹d m j u n et oa u g t i s ti n1 9 9 9a l l d2 0 0 0 b c s i d e s ，t h e s er 鼯u l t s v eb e e n p a r c dw n ht h a t o fa 搿a - o v e d a p p e dm e t h o d 赫t h i ss e c t i o n i nc h a p t c rf o u r ，t h cr c l a t i o n 曲i pb e 柳嚣e n t h cm o v i n go u to fl l l e 飘b e t a i l 戮a 自ua n dl ot ke a s o fm c s 鑫撼t h e 矗c n v i f o n m e n t p h y s i c a lf i e l dv a l u e si sa a l y z e db ys p a t i a la s s o c i a t i o nn l l e i tr e v e a l st h e n d 主t i o no f 华东师范大学2 6 届硕士学位论文a b s t r a ( 1 e n v 岫蚰e n t a lp h y s i c a lf i c l dt h a th a v e 砌u 锄c co nm c s sm o v i n g 锄dt r a j c c l o f i e s a n d ，s p a t i a l - t i n l cd a t a b 弱eo fm c s 蛐dt l l c i rc n v i m n m e m a lp h y s i 1n c l dv a l u c si n s u m m c r l 9 9 9 、2 0 0 0i ss c tu pt h 删g l lg i s ( g c o 鲫i p l l i ci l i f o m a t i o ns y s t e m ) 觚袱 i n c h 印t e rf v c ，弘s o c i a t i 曲m l e i s a p p l j c dt o a b s t m c tt h cf e a t u r cv a l u c so f 锄v i 啪m e n t a lp h y s i c a lf i c l da m 岫dt h er a i 缸t o l mc c m e r st o g c tt h cc h a r a c i c ro f e i i v i f m e n t a l 丘e l dv a l u 豁a 丘b d i n gm i n s t 0 皿h lc h a p t c r 出，t h cr e a r c hr 髂u l t sa 托 n d u d e d 1 畸w o r d s ：t i b e t 姐p l a t c 卸；m e s c a l cc v e c t i v es y s t c m ；p o i m - p a t t c mm a t c h i g ； s p 砒i a la s s o c i a t i 蚰r u l c ；h e a v ym i n f 越l i i 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工律及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注嘲引用的内容外，本论文 不翘畚英德令人已经发表戎撰写过薛研究成果对本文曲研究觳潞重 要贾装酶个人和集体，姆i 在文中律了臻礁说决著表示谢意。 作者签名： 雏i 盘 日期：2 重翌6 ：殳 学位论文授权使用声明 本人党企了熊华东师范大学有关像馨、使用学位论文的规定，学 校精权保留学位论文并1 句国家盘警部门或其指定机构送交论文的电 子j i 葭和纸质版有权将学位论文用子稚赢利簧祷曲少量复镧并允许论 文避入学校整书馆被查阗。害掇掩学位论文嚣蠹客镶入骞美羲薰簿进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文掺者签名：砖涛 导瘴签名：蔓。铸潍 华东师范大学2 0 0 6 届硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 国肉外研究现状及磷究意义 丈量静糯灏和研究结采表明，豢雨、冰雹、雷黎大风等强对流天气是由各种 热力和动力条件相互作用形成的中尺度对流系统0 眦s o s c a i ec 0 n v c ，c i i v es y s t e m s 简称m c s ) 纛接影璃豹结采。池羽徽禳蕹甄井云豳t 冷云滚的形状、大小和持 续时间，首次给出了中尺度对流复合体( m o s 髑髓l ec o n v e c l i v ec o m p l e x ，简称 m 鹃定义；生螽受在6 ，j 、对虢上，水平尺度大予5 0 0 0 0 k 舻静遥予溷形静藏大 云团( 1 9 8 0 ) 。由于人们对大气运动的认识和研究对象的理解并不完全一致，因此， 对串尺度对漉系统必发静刘分遣不器耱嗣。铡如，毯秘l 癸1 ) 螫把串昃度魏黎定 义为：对常规高空搽测网( 间隔几百公里) 来说太小，以致完全捕捉不到；对单站 霉达麓测叉太大，聪蚕戆完余褒测褥捌熬嚣魏大气瑗象。鑫麓缱将巾足度撼述毪 地定义为事件尺度和空间尺度比常规探测站网小，但又比积云单体犬得多的一种 足凌，霹它攒鹃拳警尺疫终梵建公羹羁蔻季公萋，对露天浚约兔1 1 2 夺辩。然 而，无论从观测或理论分析的角度。中尺度所包含的范围很广，特别在理论止对 大气运动进程中足发划分孵瓣数量赛羧又零撩定豹糖援下，莰获动力学意义熬中 尺度概念和定义去讨论各种中尺度现象，均柯一定困难。实际工作中，常常依据 动力分撰瑟褥烈懿必度范禹，缝会实嚣鬟要，兵髂磁定区分必度熬赛羧。在敬美 和日本气象界，一般以水平空间尺度为划分标准，定义中尺魔( m e ) 为水平尺度 2 2 0 0 0 妇( 隧汉城，2 0 。；在g a l c 划分数热繁天气瑗象的窳平尺度中，孛必度 为e 尺度( 1 0 - 1 0 0 l ) ( 陆汉城，2 0 0 0 ) ；o d 抽s l 【i ( 1 9 7 5 ) 则认为在“大尺度”和“小尺 度”之间有宽广的天气现象领域，嚣按对闯尺度秘空阕尺度遴一步缨分，将孛足 度分为a 中尺度( 2 0 0 一2 0 0 c l k m ) 、b 中尺度( 2 阻2 0 0 k m ) 和7 中尺度( 2 2 0 l 蝴) 三种情况。 阑外众多学者对m c c 进程了长凝研究。铡如，v e l l 鹤秘礴l s 穗f 1 9 8 乃 ；圭及 m m e r 等( 1 9 9 1 ) 对南北美洲和话太平洋及非洲地区的m c c 进行了普奄，虽然他 们普蠢的范朗几乎覆靛了全球，但由予m c c 只占m c s 中缀小的一邸分，其结 果尚不足代表m c s 的全貌；a u g u s t i n e 和h o w a r d ( 1 9 9 1 ) 利用数字化卫星云阁资 料对1 9 8 s - 1 9 8 7 年美i 弱地区的m c c 进行了较为详缨的普查，特别对j 匕美越区 m c c 於活动状况迸彳予了详细的、深入的研究。 近年来，我国研究者对m c c 也进行了大量普查和研究。当前，我国常用戆 中尺凌分类与o r l a n s k i ( 1 9 7 5 ) 的分类法基本一致。例如，马禹游( 1 9 9 7 ) 将数量较少 的m c c 扩大到更为潜通的中幛尺度( m a c s ) 和中b 尺度( m b c s ) 的中尺度对流系 华东师范大学2 6 届硕士学位论文 第一章绪论 统a 订c s ) ，在此基础上，对我国及邻近地区较具代袭性的m c s 的地理分布和生 命史进行了磷究，攒出我国黄潺及长江中下游地区怒中噜必度对浚系统毂多发 区，研究成果弥补了国内外已有工作的不足。由于中尺度对流系统嫩命史较短， 仅鸯数令小辩或十几个小时，医炮，具有较勰时闻分辨率的越球网步巫星红终云 图就成为监测和研究m c s 的基本手段之一。在我国，关于m a c s 已开展了太量 观测和研究疋作，龙其是对m c c 的研究更为普遍。但是，零期的研究只有蠢图 的照片，故不能对m a c s 的特征进行定量的分析，因此把研究的黧点放在产生 m a c s 的环境场条 牛上。例如，方象义1 9 8 6 ) 对1 9 8 骷1 9 8 3 零我国梅薅期中8 个 中尺度云翻进行了含成研究，指出静止锋西端、季风云系j e 端和高原东移的短波 槽相交处有利于云豳的产生。李玉兰餐( 1 9 8 9 ) 利用1 9 8 3 1 9 8 6 年的卫星云图对我 国西南和华藕地区的m e c 邂行了普盔，并选出了数个m c c 与美国地区的m c c 进行了比较，研究绒果表明，我国m c c 的数量较少，生成地区较为集中，鼠生 命竟较短。舅一方稀，1 9 8 9 年班采，数字糯宽红井云图数僚资料的池现使对卫 星云图进行嫩标变换、局部放大和冷云盖黑体温度b ) 反演等定量处理成为了 霹豁( 璃褪锤，1 9 9 8 ) 。镄螽，项续藤穰篷砉攀酞l 辨5 ) 扶1 9 8 秘1 9 9 3 年云图串滚取 了1 0 个m c c 作为个例来进行分析，指出m c c 通常发生在离温、高湿的低空急 流懿髓方，魏舞，磷究还发糯我国撇c c 翡镶羹率院托美逮随麓夸，褥生命受毙 北美地区的略长。石定朴等( 1 9 9 6 ) 对1 9 9 2 年8 月初我国m a c s 的1 呐进行了研 究，笈瑗撤c s 冷云蓬嚣强髑b 等僚线静巯密瓣鞭攒池c s 豹发震霄指示意义。 孙健等( 2 0 0 4 ) 利用卫晨和多鬻勒雷达的高时窝分辨率观测资料，对1 9 9 8 年6 月 孓9 鞫香港豢孺_ 蘧莛孛熬孛哭度霹滚系统避释分辑，疑察戮兹霾无法麓涮豹嚣预 下面更详细的中尺度系统的分布，得到中尺度云团内部的独立流场结构。 毒藏褰溅上挞c s 楚活动卡分鞭繁，建蠢手离嚣上鬻簌甏嚣楚_ 卜分麟少，霾 此很难对高原上的m c s 进行跟踪分析。自上世纪7 0 年代米以来，我国先厝逃 窍过氏次裹漾试验，每次试验都：瞪热足令零撩或溅站，整远零戆潢踅瓣孛足发对 流系统研究的需要。为此，江吉喜等人( 2 0 0 2 ) 利用1 9 9 8 年夏季日本地球静此气 象卫星记录瓣逐蛙级岁 辐射蹇漫资料对毫鬏上对滚蠢穗m c s 懿淫劝进嚣磅 究，结果表明青藏离原上对流云活动十分频繁，且具有东、两两个对流云活动高 频率中心嚣，疆部中心强于寒帮中心。另努，磅究毽表臻只蠢少数燃c s 戆够寒 移或传播出高原并引起长江中下游地区暴雨，而这些m c s 熏要活动在高原东南 部。单寅等( 2 0 0 3 ) 运爆1 9 9 8 * 2 0 年疑季我辫融l c 巍美国n o a a 。1 4 极辕簟星 经过青藏高原上空时的高分辨率红外探测资料，分析了高原上m c s 韧生阶段的 频数、强度、形状、形成和发展地区分恋等多秘特征，褥到了一些毒意义鲍缝沧。 陈静蒋( 2 0 0 3 ) 利用高分辨率数值模式对青藏高原及邻近地区中尺度运动和暴雨 华东师范大学2 0 嘶届硕士举位论文 第一章鳍论 过程进行了模拟，并用模式输出资料揭示出暴雨发生发展过程及其环流演糍特 正，对专藏蹇原及邻近遮区瓣c s 的发展演变及结构特征铸毒了一黪初步? 磐。 另一方面，随潇气象卫曩、雷达等大气探测技术和计算机技术的广泛戚用， 数缓天气预报的水警不断握糍，一些学者根擐历史炎辩总结邀的颈搬模型，瓣强 降水天气的预报进行了深入研究。例如，d u d l l i a ( 1 9 8 7 ，1 9 9 3 ) 利用m m 5 产晶成 功横撤了大溉洋的气旋秘冷锋，d 日y l e 等( 1 9 9 3 ) 采用5 k m 的水平分辨率磅究了锋 生现象。李峰等( 1 9 9 6 ) 利用中尺度模式m m 4 研究了中尺度模式的豢雨模拟对于 不慰水汽输邀方案的敏感性，结果袭骧，中尺度模式的暴雨模拟对水汽输送方案 十分敏感，诋定高精度的p f a 国e r 格式和模拟缩栗与实际情况较为符含。刘勇( 1 9 9 6 ) 选取1 9 6 1 1 9 8 8 年靠1 1 月造成陕西暴丽天气的5 8 6 个个例，用专家预报暴褥经 验岛多元相似法相绍台，把每个个倒总结成维暴街指标，黼时又住为选取褶似 的历史样本，在有限区域内对陕西暴雨天气避行短期预报，1 9 8 9 年7 - 8 月佧预报 9 次，其准确率迭7 8 。警诵锋等( 1 9 鲻溺褥入工椰经两络酌菲线褴决策特性， 采用前向多层的误麓反向佟输网络( 酆b p 网络) ，研制了一个登陆北上热带代旋 暴雨增辐造成寇方特大暴甏鹃预报蠢法髓自动剿嗣有冤暴雨增幅及其出现 地区的人工神经元分类预报网络。李延香等( 1 9 9 7 ) 以h 】【触咚数值预报产品为基 穑，辍貔蘧薰诊颧为主要依旗，综合傻雳红辨至燕云圈、常糯气象资辩羁国内外 数值预报产晶等众多信息，采用人机结合的方式对华北地区区域性暴雨综合预报 技零送行了矫究。磷究表臻，运翔土述方法颈报薅，箕空菝率较大，函琵预撮误 差较大。曹晓岗等( 1 9 9 7 ) 对瓶西区域暴雨( 5 0 ，珊的站数不少于1 0 姑) 进行了天 气鸷暴熬客躐定量像摸鍪臻究帮勃瑷诊蘸模穗静磅究，采用数值铯云强对暴獾落 区进行短时跟踪预报研究，制定了一套区域聚雨的自动化预报方案，取得了较好 熬效果。鑫小爨等( 1 9 9 露将憨欧有黢区域搂式翔r 秘溅盛麓子孛嚣蟪速，疆检 验该模式在窳最预报夏季长江流域暴雨方面的能力。3 次长源流域暴雨个例的预 摄试验表爨：秘麓夺孵黪累谤霉羹霰缀是毙较戒臻懿，缝够缀遗长淡流域大郄分 日降水5 0 m m 以上的暴雨区；2 禾4 8 小时累计雨量预报的质量备个例脊较大差异， 总体上毙o 瓣小时预掇震羹骞摆当下降，焚其是在5 0 嚣秘黻主暴露覆廷鹣颈掇 方面能力较藏。蒋尚城等( 1 9 9 8 ) 应用天气学和动力学方法诊断研究大尺度环境场 对暴露过程巾次天气尺疫系缀发生发震斡影响及极瓒，共用氍2 u 2 垒球灌援式 及m m 4 中尺度模式，试验长江流域和黄河流域暴雨过程中犬尺度环流系统对次 天气尺度系统发生鲍澎喻，扶不同足嶷辐互傺瘸出发慰长江枣下游秽焚涎中苓游 的暴雨提出了预报着眼点。耿敏等( 2 0 0 1 ) 使用天气动力学和统计学相结合的方 法，以地面影响系统为依据、7 0 0 l l p a 疆南急波为条传黠1 9 8 3 。1 9 9 9 年& 8 月髯冬 地区柏次暴雨进行了分型，划分为气旋、台尉和冷锋三类，以气旋类暴雨为例， 华东师范大学2 0 0 6 届硕士学位论文 第一章绪论 根据预报经验，选取相应的预报因予，建立0 1 权徽回归方稷，用以预报青岛地 区6 培月寒袋2 4 小瓣蛇暴麟，气旋类方程准虢率炎7 8 。o 。物弯强( 2 0 0 棼对2 1 年8 月5 1 0 日长江下游地联连续暴雨过程成因进行分析，通过采用各种参数化 方豢遴行数傻模式计葵，对晦承量预擐结果的对比分析认为；区域数德颈擐中参 数化方案的选择非常重要，决定了降水定量预报的准确性，翳外水汽方案的选取 也会影噙数傻颚掇的结果。餍幕华等( 2 0 0 藤结了欧溅中心、华盛顿、墨本及中 央气象台天气在线潮站德国数值预报模式的高空、熄厩形势预报产晶和降水预报 产晶在湖南省2 0 0 2 零几次典型暴藤预报中的应用情况，结聚表明：数值联缀产 品谯2 0 0 2 年湖南眷中短期黎雨预报中发挥了重要作用。李宏波等( 2 0 0 5 ) 结含大 尺度环流的糍通滤波、卫星云图和鬻达回波诊断，滚过地藤天气图分析等方法， 对2 3 年6 月1 7 日云南中鄢的楚雄市至南华县一带发生的特大暴雨过程进行了 中尺度分柝，结果畿咀，这次过程怒热带中尺度气旋向东南移动及发展造成的； 魏瑟强冷空气侵入巾尺度低压导致对流发蓑，是热带中尺度气旋加强的原因；大 尺度环流下，孟加拉湾、南海和北部湾形成的两条水气输送带通过热带低压为强 黯瀛羽发震髑维持掇供了黥源保鬻；地面串尺度低悉串心和与之配麓豹切变线托 侧对特大暴雨落区有较好的指示。 诧井，箍着缝理信惠系统g l s ) 、全璩定位系统( e 潆s ) 及遥感技术承s ) 酌迅速 发展，不同类型的与气象有关的空间数据正在快速增长，这然数据被储存在空间 数嚣库中，基貔含畜犬量寄糟翡信意：氍螽谖。为了祆这些海纛数据中提取密寄价 值的信息，谶而对这魑信息谶行分析研究。在气象科学领域，已有一姥学者诞尝 试逶月荟秘空蠢数据挖掘技本来瓣决气象学中豹难点溺题。鲡嚣a y m 熊d 窝 j 锄c “1 9 9 9 ) 对1 9 8 5 1 9 9 8 年间1 2 0 个热带气旋的特性运用改进的人工神经网络 技本瓣其述簿势类彝预溅，臻莱表骧，运躅该法来羲溯未来热带气蓑静发震戆势， 其糟度达到8 6 。瑙t a m 咖等人( 2 0 0 1 ) 则对3 4 0 0 0 个与台风有关的卫璧图像进行数 据挖掘，褥裂7 影嚼台照移漤瓣燕爨，劳将冀分类，滏羲雳浆颧溅未来套风发震 的趋势。胡泷林等( 2 0 0 3 ) 探讨了基于人工神缀网络模测的暴雨预报方法，并通过 2 0 0 0 冬戆添麓试验表嗳该客溪颈擐方法可明摄改进数蓬羲掇模式豹黎霭区颈缀。 杨爝灿等( 2 0 0 4 ) 利用1 9 9 8 - 2 0 0 1 年的t 1 0 6 数值预报产黼，应用回归诊断方法分析 了暴露回归颈掇模型毒在鲍攀会理憾润题，芬铮对姥翊题提爨了暴露簸归诊凝矮 报模溅，对予离散型因变量的预报随隧具有蒋遍适用性。 尽管人们对m c s 和暴蔼瓣预报溅遴行7 缀多磅究，徨扶嚣蔻懿憾提寒麓， 已有的研究方法还存在局限性，特别是对m c s 移动路径的自动追踪，其准确率 较低t 因此，建立m c s 的环境物理鬃场特，镬与其移动方囱之阕斡关系，深入了 解m e s 移动传播的机理，改蒋对其遗踪的精度，对于提高灾害天气预报的准确 4 华东师范大学2 6 届硕士学位论文 第一章绪论 性具有重要的理论意义和实际应用价值。 1 2 问题的提啦 中尺度强对流天气往往会造成严重的自然灾害，从而给图民经济建设和人们 的生命财产柑来重大损失。我国是一个多暴雨的国家，每年由暴雨造成的洪水面 积这几十万警方千米，其中极强的或持续性太暴雨造成的自然灾害鬟为严重。据 统计，在1 9 5 1 1 9 8 2 霉的3 0 年中，我国共发生了1 6 0 1 次洪涝灾害，平均每冬5 3 次。最严重的洪水受灾绝区是江淮流域、黄河流域和华南迪醒。例如，1 9 7 5 年8 月5 7 日的河南省特大暴雨，三天酹量达1 6 q 5 m m ，在淮河上游造成空前洪水灾 害，近l 个荟受淹，几万人丧生，经济攒失数亿褥；两1 9 9 1 年5 - 7 月江淮地 区梅雨期出现持续特大暴雨骺成的滋涝，以江苏、安徽、湖北三省最为严重，直 接经济强失逸6 亿元。魏辫，i 9 9 8 年梅掰粥暴雨在长鼗巾下游穗嚣造戒了历 史上罕见的洪水灾害，其中汉口7 月2 1 2 2 围2 4 小时降水墩就达到4 6 0 m m ；江 器6 月1 2 2 7 西全省5 0 个瑟市累诤晦求超过羽0 蝴，这绘入民静警命雾| 产造成 了重大损失。( 陆汉城，2 0 0 0 ) 骞藏赛疆占我嚣领主豹瓣分之? ，平秘海拔毫凌鹌o o 憾戳主，是整界上海 拔最高、面积最大、地形最为复杂的高原。融有研究表明，脊藏高原的动力作用 对大气矮浚鹣季苓变佳寄善霪著彰嫡，露酵，宅捧为一令热澈，怼系薤拜流、季 风、长江梅雨以及海气相互作用也具有极为霪要的热力作用( 陶诗言，1 9 9 舛。卫 星炎睾霉豹分攒表疆，逶残1 9 9 s 年受攀长江浚域持续瞧大暴瓣豹菜垫溪凌系统， 可追踪到高原上空，阑内外众多学者都关注着高原物理过程对我国及金球气候和 天气变化豹澎响。 塌一方觚，空间数据挖掘是近年来迅速发展起来的多学科交叉技术，包括机 器学习、人王蟹能、数据库技本等，其羁数憝扶海蠢数据孛鬟取爨爨食熬、豢躅 的信息和知识，目前穗在卫黧云图分类、灾害天气预报等方筒得到了广泛的威用 ( j 。h 勰2 1 ) 。 由于影响青藏高原上m c s 移动传播的因素十分复杂，因此，运用空间数据 挖掘技术来建立高爨上m c s 髑边环境物理量场僮与m c s 移动鼹羟之阀麴定鬃模 型，探讨东移出高原的m c s 岛长江流域暴雨过程之间的关系，对于揭示引起高 原上中尺度对流系统移动、传播的成隈及所伴随的强黪水天气过程就照 辱十分必 要。 华东j | i l j 范大学2 6 届硕士学位论文 第一章绪论 1 3 研究内容 论文的研究内释包括： f 1 ) 裂怒经强辐射亮滠瓷糕，分剐莱餍纛援览法翻熹模式匹配法对 1 9 9 9 ，2 0 0 0 年6 8 月脊藏高嫩上的m c ：s 进行自动追踪。 2 ) 运耀空阅数撰挖掘孛的关联瘦璺l l 来建立毒蛾蹇嚣上黼c s 寒移转掺每其 周边环境物理量场老间的关系，羯承影响高原上m c s 东移的环境场条件。 ( 3 ) 剥粥嚣家卫羼气象中心提供瓣1 9 9 吼2 0 0 0 年昏8 月t 1 0 6 数篮预摄产燕及 相应时段长江中下游流域各测站的弱降水量数据，建立暴雨中心暴雨量与其周边 环境物理量场之阗驰数学模型，得到影响暴愿产生匏嚣境貔理量场特征。 1 4 研究方法 本文利用1 9 9 9 - 2 0 0 0 年6 - 8 月日本地球静止气象卫星( g m s 拣测反演出的红 井辐射亮滠秘弱) 资料，分潮运用面积院法粕点模式诞配法辩夏季脊藏高原t 的 中尺度对流系统进行自动追踪，并对追踪结果进行比较分析。在此基础上，结合 国家盈星气象中心串瑟数值疆撮韭务系统客观分析场资料馥l 蛳，包括位势糍度 【h 】、温度f q 、相对湿度f h t 黼1 、水汽遥量敝度【d i v 】、假相潮位温【他1 、水平涡 度【、硐、索警散度【掰v 2 】、k 指数【鞫帮魏稀气压融筹耪毽薰值，遗弼空间关联 规则建立东移出高原的m c s 与其周边环境物理量场之间的关系。进而根据相应 霹鬏长江流域9 昏1 2 3 。e ，2 5 - 钓6 酌各灏鳐瓣穗降零纛数据，键彀暴辩审心暴两蠢 与其周边环境物理擞场之间的关联规则，得到影响暴雨产缎的环境物理量场条 箨。 1 5 论文的特急及创新之懿 本文豹憋色与剑鞭之处在予： ( 1 ) 运用点模式麒配方法对青藏高原上的中尺度对流系统进行了自动追踪。 2 ) 建立了毒藏态原上孛尺度对流系绞东移传攘与其环境物理爨场之瓣豹 关系。 ( 3 ) 运用空间关联援则褥到了长漫中下游流域器藤中心暴露量舄其周逑强 境物理量场之间的关系。 6 华东师范大学如届硕上学位论文 第二章关联规则的基本原理 第二章关联规则的基本原理 随着地理信息系统( 0 l s ) 、全球定位系统( g p s ) 及遥感技术皿s ) 的迅速发展， 不同类型的与空间相关的数据正在快速增长，这些数据被储存在空间数据库中， 且隐含有丈量有用的信息和知识。数据挖掘，就是从海量数据中提取或“挖掘” 出有用信息和知识的一种新兴技术，目前已在许多方面得到了广泛的应用。例如， a l “b c r s o n 等( 2 1 ) 将数据挖掘应用在客户管理关系( c r m ) 中，建立了一种改善 企业与客户之问关系的新型管理机制。邢平平等( 2 0 0 1 慢出基于本体的数据挖掘 方法，对农业数据库进行了有效挖掘。马华辞国d 0 3 ) 探讨了粗糙集、决策树和关 联规则方法在保险业中的应用。姚敏等佗0 0 4 ) 将多准则模糊神经网络和分类回归 树相结合，建立了一种新的用于电信行业的的异动客户识别系统。张焱等( 2 0 0 4 提出的反洗钱数据挖掘系统。李邦云等f 2 0 0 4 ) 等提出了基于数据挖掘中的相似搜 索技术和加权回归技术的电价预测方法。乔向杰等伫0 0 4 ) 构建了一个基于数据挖 掘技术的智能教学系统模型等。 关联规则的挖掘是数据挖掘中的一个重要方面。它通过寻找在同一事件中出 现的不同项之问的相关性来实现，其优点是计算模式简单、结果易于理解，因而 得到了广泛的应用。例如，a s a v a s c r c 等( 1 9 9 5 ) 从人口普查的大量数据中找出调 查区域、选民、地方政府所在区域等对象之间的相互关系。j k i e j n b e r g 等( 1 9 9 8 ) 利用关联规则在银行和电信业等机构对顾客行为进行调查、分析和预测。j 。 h a n ( 2 0 0 1 ) 探讨了关联规则如何通过“购物篮分析”帮助零售商有选择地经销和安 排货架。 2 1 空间关联规则的描述及有关概念 任何与空间特征有关的数据，无论是地图数据、遥感数据、或是医学图像数 据，都具有几何和拓扑属性。数据的几何属性是指对象的空间位置、距离、方位 等；而拓扑属性则是描述两个物体之间的相对位置关系，如相邻、包含等。而这 些空间数据通常由复杂的、多维的空间指标结构连接起来，因此，为了挖掘出隐 含在这些数据中的模式、模型，需要进行空间推理、几何计算及空间知识表示方 法等研究。 空间数据库中的数据其有空间属性及非空间属性两种不同的属性值，空间关 联规则的挖掘就是寻找这些属性之间的相互关系，包括空间属性与空间属性之 联规则的挖掘就是寻找这些属性之间的相互关系，包括空间属性与空间属性之 华东师范大学2 0 0 6 届硕士学位论文 第二章关联规则的基本原理 间、空间属性与非空间属性之间以及非空间属性与非空间属性之间的关系。在一 个大型空间数据库中，不同类型的数据之间总是存在着不同类型的关联，其中有 些关联是经常发生的，而有些是很少发生的。人们感兴趣的往往是发生频率较高 的关联事件。若用字母a 、b 表示数据所包含的信息，它们既包含了空间信息， 如空间位置、距离、方位等，也包含了其它一些非空间信息，则关联规则可以表 示为a b 。在关联规则的描述中，常常用到最小支持度和最小可信度两个概念。 空间实体s 中模式a 的最小支持度定义为该实体中满足模式a 的最小概率，而 最小可信度是指空间实体s 中模式a 发生时模式b 发生的概率。在空间关联规 则的挖掘过程中可以根据实际要求自行通过定义阈值来实现。 空间关联规则的挖掘是空间数据挖掘的一个重要组成部分。由于空间数据库 中各属性之间的关系十分复杂，因此，从海量数据中提取出各属性之间的关联关 系就显得十分重要。例如，m a l e r b a 等人( 1 9 9 5 ) 以人口普查数据为例探讨了基于 统计分析的空间数据关联规则挖掘问题，结果表明，利用关联规则进行空间数据 挖掘能有效地克服常规统计方法存在的缺点。何婧等( 2 0 0 3 ) 结合气象数据的特点 和已有传统关联规则挖掘算法的优点，针对云南气象数据提出了一种基于项目序 列集的空间关联规则挖掘算法。 目前，空间关联规则的挖掘通常是在假设用户具有一定知识的基础上进行 的，也就是说，用户需要知道从空间数据库中挖掘哪种关联规则，一般用户并不 具有相应的层次概念，所以很多关联规则的挖掘并不适合普通用户。因此，从已 有的研究状况来看，如何快速、有效地同时挖掘出不同层次( 概念层次、空间层 次) 上的空间关联规则还有待于进一步深入研究。 除此之外，当空间数据库中包含时间信息时，为了使