联合经验正交分解和ARIMA模型的中国地区电离层短期预报

发布时间：2021-01-06 12:32

　　针对电离层垂直总电子含量（vertical total electron content,VTEC）具有非平稳和季节性变化的特性,结合经验正交分解（empirical orthogonal function,EOF）能够对非平稳时间序列进行简化和剔除冗余信息的优势,探索联合EOF和自回归移动平均模型（autoregressive integrated moving average, ARIMA）作为FOE-ARIMA,对中国地区电离层VTEC进行短期预报,可以为VTEC的预测提供一种新型的、高精度、可靠的预测方法,以提升预测电离层延迟精度。采用国际GNSS服务（international GNSS service,IGS）中心提供的中国地区电离层格网数据（global ionospheric maps,GIM）,对不同季节前10 d GIM数据进行EOF分解,使用ARIMA模型对主分量进行预报,通过重构获取未来5 d的VTEC,并将EOF-ARIMA模型预报结果与ARIMA模型进行对比、分析。结果表明:EOF-ARIMA模型平均相对精度为83.3%,平均标准差为3.51 TECu,较A... 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(30)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

中国地区格网点分布

由于4个季节的季节VTEC平均值存在一定的差异,不宜直接使用标准差进行精度评估。因此,为更好地反映模型的预报精度,采用标准差系数(标准差系数=季节平均标准差/季节VTEC平均值)作为精度指标,标准差系数越高表明预报的精度越低。由表1可知,EOF-ARIMA模型4个季节的平均相对精度均高于80%,在冬季的标准差系数最高,为13.40%;ARIMA模型4个季节的平均相对精度高于70%,在春季的标准差系数最高,为15.77%,其在秋季的预报精度低于其他季节,说明在中国地区的VTEC短期预报中,EOF-ARIMA模型较ARIMA模型具有更高的预报精度和稳定性。由表2可知,在相同季节中,EOF-ARIMA模型的相对精度和标准差均保持在同一预测精度上,比ARIMA模型更稳定,进一步说明EOF-ARIMA模型在中国地区VTEC短期预报中具有更好的稳定性。总之,EOF-ARIMA模型在中国地区预报VTEC的平均相对精度为83.3%,平均标准差为3.51 TECu,在不同的季节中均能保持良好的稳定性,说明在ARIMA模型中引入EOF分解能改善ARIMA模型的VTEC短期预报精度。图3 25°N,115°E格网点VTEC

35°N,105°E格网点VTEC

【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳平静期地磁场与电离层时空变化相互作用分析[J]. 卢世坤,李义红,李夕海,刘代志.  地球物理学进展. 2019(02)
[2]基于ARIMA与Holt-Winters组合模型的电离层TEC预报[J]. 田祥雨,刘立龙,陈军,杨可可.  测绘科学技术学报. 2018(01)
[3]2017年西北太平洋和南海台风活动概述[J]. 王皘,钱传海,张玲.  海洋气象学报. 2018(02)
[4]基于Holt指数平滑模型的Klobuchar模型精化[J]. 刘立龙,陈军,黄良珂,吴丕团,秦旭元,蔡成辉.  武汉大学学报(信息科学版). 2018(04)
[5]基于EOF分解的中期平均气温距平客观预报方法[J]. 黄威,张恒德,鲍媛媛,康志明.  气象科学. 2017(04)
[6]华南地区电离层扰动与河源地震关系的研究[J]. 徐杰,邓柏昌,杨晶晶,黄江.  华南地震. 2017(01)
[7]基于Holt-Winters的电离层总电子含量预报[J]. 谢劭峰,陈军,黄良珂,吴丕团,秦旭元,刘立龙.  大地测量与地球动力学. 2017(01)
[8]总电子含量赤道异常变化特性分析[J]. 冯建迪,王正涛,时爽爽,张兵兵.  测绘科学. 2016(06)
[9]地震电离层探测技术及其应用研究进展[J]. 张学民,申旭辉,赵庶凡,刘静,欧阳新艳,娄文宇,泽仁志玛,何建辉,钱庚.  地震学报. 2016(03)
[10]基于灰色组合模型的电离层电子含量预报[J]. 毛文军,常文龙.  测绘科学. 2016(01)

硕士论文
[1]基于EOF与神经网络的隧道变形监测方法研究[D]. 吴玉苗.西南交通大学 2014



本文编号：2960575