ISSN 1004-4965

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六种机器学习模型在双偏振天气雷达冰雹识别中的性能分析与评估

陈虹菁 李睿 唐顺仙 何建新 史朝

陈虹菁, 李睿, 唐顺仙, 何建新, 史朝. 六种机器学习模型在双偏振天气雷达冰雹识别中的性能分析与评估[J]. 热带气象学报. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.058
引用本文: 陈虹菁, 李睿, 唐顺仙, 何建新, 史朝. 六种机器学习模型在双偏振天气雷达冰雹识别中的性能分析与评估[J]. 热带气象学报. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.058
Chen Hongjing, Li Rui, Tang Shunxian, He Jianxin, Shi Zhao. Comparative Performance Analysis of Six Machine Learning Models for Hail Identification Using Dual-Polarization Weather Radar[J]. Journal of Tropical Meteorology. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.058
Citation: Chen Hongjing, Li Rui, Tang Shunxian, He Jianxin, Shi Zhao. Comparative Performance Analysis of Six Machine Learning Models for Hail Identification Using Dual-Polarization Weather Radar[J]. Journal of Tropical Meteorology. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.058

六种机器学习模型在双偏振天气雷达冰雹识别中的性能分析与评估

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.058
基金项目: 

国家自然科学基金青年基金(42405139);四川省自然科学基金青年基金(2024NSFSC0769);中国气象局智能气象观测技术重点开放实验室项目(ZNGC2024QN15);暴雨开放基金(BYKJ2025Z11)共同资助

详细信息
    通讯作者:

    李睿,女,四川省人,副教授,主要从事气象雷达应用研究。E-mail:lirui87@cuit.edu.cn

Comparative Performance Analysis of Six Machine Learning Models for Hail Identification Using Dual-Polarization Weather Radar

  • 摘要: 基于SVM、DT、NB、RF、XGBoost和MLP六种典型机器学习模型,利用成都地区2022—2024年X波段双偏振雷达观测资料及地面降雹记录,提取了11项与冰雹相关的特征参量构建数据集,并开展了冰雹识别建模与评估工作。根据准确率(ACC)、虚警率(FAR)、命中率(POD)、F1分数、临界成功指数(CSI)、ROC 曲线及曲线下面积(AUC)、公平威胁评分(ETS)、海德克技巧评分(HSS)和频率偏差因子(Bias)等指标,结合五折交叉验证系统评估了各模型在冰雹识别任务中的判别能力、适应性和稳定性,并通过典型个例检验模型实际识别效果及虚警风险。同时,对识别特征的重要性进行了对比,结果表明双偏振参量在不同模型中均具有显著贡献。论文主要结论如下:(1)XGBoost模型综合性能最优,在ACC、POD、FAR、F1、CSI、AUC、ETS和HSS等核心指标上均表现领先,且跨折次波动较小,其在个例测试中实现了对冰雹与非冰雹样本的完全正确识别,展现出稳定可靠的冰雹识别能力;(2)MLP模型次之,其各项核心指标均处于较高水平,整体性能平衡且泛化能力良好;(3)SVM 模型表现略逊于 MLP,识别策略相对保守,但其在虚警控制上具有一定优势;(4)RF与 DT模型虽具备较强的冰雹检出能力,但偏高的FAR反映出模型泛化能力有限,个例测试中以虚警偏高为主要表现;(5)NB模型综合能力最弱,判别精度不足,难以满足实际业务需求。在此基础上,基于各模型优势提出了一套可按业务需求灵活配置的多模型协同集成策略,以为不同应用场景的冰雹识别与预警提供可靠技术路径。

     

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  • 网络出版日期:  2026-07-09

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