ISSN 1004-4965

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基于深度学习的机场风长时序预测

石雨卉 孙凯 徐颖 郭炜峻

石雨卉, 孙凯, 徐颖, 郭炜峻. 基于深度学习的机场风长时序预测[J]. 热带气象学报, 2026, 42(1): 122-131. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.010
引用本文: 石雨卉, 孙凯, 徐颖, 郭炜峻. 基于深度学习的机场风长时序预测[J]. 热带气象学报, 2026, 42(1): 122-131. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.010
SHI Yuhui, SUN Kai, XU Ying, GUO Weijun. Long-term Wind Prediction at Airports Based on Deep Learning[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2026, 42(1): 122-131. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.010
Citation: SHI Yuhui, SUN Kai, XU Ying, GUO Weijun. Long-term Wind Prediction at Airports Based on Deep Learning[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2026, 42(1): 122-131. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.010

基于深度学习的机场风长时序预测

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.010
详细信息
    通讯作者:

    石雨卉,女,福建省人,工程师,主要从事航空气象服务研究。E-mail:328321946@qq.com

  • 中图分类号: P456.7

Long-term Wind Prediction at Airports Based on Deep Learning

  • 摘要: 针对传统风场预测方法中存在的精度不足和时效性差等问题,引入了Informer模型,提高了对福建省厦门高崎国际机场长时间序列气象数据的预测准确度。相较于传统模型,Informer模型在处理风场时间序列数据中的概率稀疏自注意力机制和自注意力蒸馏技术,能够高效捕捉数据中的长期依赖关系和复杂特征。在60 min预测以及季节性变化中,Informer模型表现出了强大的稳健性和高效性。此外,还对比了不同风场变化对模型预测的影响,发现Informer模型在不同风场条件下均能更好地保持稳定预测性能,进一步验证了其广泛适用性和鲁棒性。通过提高预测精度和时效性,本研究不仅为航空气象服务提供了更精准的风速和风向预测,有助于保障航空器飞行安全、优化航班调度及提升能源利用效率,同时还为短期天气预报等领域带来了积极影响,提供了新的研究思路和解决方案,对于推动深度学习在气象预测中的应用具有重要意义。

     

  • 图  1  Informer结构示意图

    图  2  突变场中不同模型对风场预测随时间变化趋势图

    图  3  常规场中不同模型对风场预测值随时间变化的趋势图

    表  1  Informer模型参数设置

    超参数 超参数值 超参数 超参数值
    训练轮数 200 批处理大小 100
    编码器层数 2 解码器层数 1
    学习率 0.000 1 注意力头数 8
    注意力机制 prob 解码器堆叠 3,2,1
    激活函数 Gelu 丢弃率 0.05
    采样因子数 5 全连接层神经元个数 2048
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    表  2  三种模型对风场不同预测长度的评价指标对比

    风场 模型方法评价指标 ANN LSTM Informer
    MAE RMSE MAE RMSE MAE RMSE
    风速 10 min 0.208 4 0.221 8 0.076 8 0.091 2 0.020 9 0.022 4
    30 min 0.181 0 0.196 3 0.106 6 0.117 1 0.037 0 0.042 4
    60 min 0.173 1 0.182 6 0.152 9 0.179 7 0.053 1 0.096 1
    风向 10 min 25.7° 39.3° 1.2° 2.8° 0.8° 1.4°
    30 min 21.7° 31.4° 4.3° 10.5° 3.1° 5.3°
    60 min 19.3° 28.0° 13.6° 21.4° 9.4° 14.2°
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    表  3  三种模型对风场不同季节的评价指标对比

    风场 模型方法评价指标 ANN LSTM Informer
    MAE RMSE MAE RMSE MAE RMSE
    风速 春季 0.152 9 0.187 3 0.085 6 0.102 8 0.053 7 0.064 0
    夏季 0.173 5 0.194 8 0.098 2 0.115 3 0.061 9 0.072 4
    秋季 0.145 2 0.168 6 0.079 4 0.093 5 0.049 6 0.058 7
    冬季 0.165 7 0.192 4 0.103 5 0.121 6 0.067 1 0.079 8
    风向 春季 21.5° 31.8° 14.8° 22.6° 8.2° 11.1°
    夏季 23.2° 28.2° 19.2° 25.3° 13.5° 17.8°
    秋季 18.3° 21.1° 10.4° 18.5° 7.6° 9.5°
    冬季 20.1° 24.7° 13.5° 19.3° 10.8° 15.2°
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    表  4  三种模型在两种风场中的预测准确率(%)

    风场 模型 ANN LSTM Informer
    风速 常规场 48.7 79.2 97.4
    突变场 39.1 62.1 88.3
    风向 常规场 43.2 75.2 90.2
    突变场 30.2 53.4 75.7
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-11
  • 修回日期:  2025-10-18
  • 网络出版日期:  2026-03-14
  • 刊出日期:  2026-02-20

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