基于SARIMA时间序列模型的台风频次预测
Typhoon Frequency Prediction Based on SARIMA Time Series Model
摘要: 台风是一种破坏力极大的灾害性天气,因此预测和预报台风,历来是气象工作的一项重要任务。对台风进行精准预测,并制定相应的预防和应急措施,是减轻台风造成灾难的重要手段。本文基于季节性差分自回归滑动平均模型(Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average, SARIMA)研究台风频次的预测方法。该模型通过考虑时间序列的季节性和趋势性变化研究台风频次,旨在对未来台风频次提供准确预测方法。通过预处理台风发生频次相关数据,对时间序列进行平稳性检验以及白噪声测试,采用AIC遍历对模型定阶,计算模型的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)并绘制模型的残差分布和自相关图,分析比较后认为该模型的拟合效果较好。最后对2024年1月至2024年12月的台风频次进行预测,为提高自然灾害应对和相关政策制定提供了有力支持。
Abstract: Typhoon is a highly destructive and catastrophic weather, so predicting and forecasting typhoons has always been an important task in meteorological work. Accurately predicting typhoons and de-veloping corresponding prevention and emergency measures is an important means of mitigating disasters caused by typhoons. This article is based on the Seasonal Autoregressive Integrated Mov-ing Average (SARIMA) model to study the prediction method of typhoon frequency. This model studies typhoon frequency by considering the seasonal and trend changes of time series, aiming to provide accurate prediction methods for future typhoon frequencies. By preprocessing the fre-quency related data of typhoons, conducting stationarity tests and white noise tests on the time se-ries, using AIC traversal to determine the order of the model, calculating the root mean square er-ror (RMSE) and mean absolute error (MAE) of the model, and drawing the residual distribution and autocorrelation diagram of the model, it is believed that the fitting effect of the model is good after analysis and comparison. Finally, the prediction of typhoon frequency from January 2024 to De-cember 2024 provides strong support for improving natural disaster response and related policy formulation.
文章引用:王依, 黄培煌. 基于SARIMA时间序列模型的台风频次预测[J]. 计算机科学与应用, 2023, 13(12): 2464-2473. https://doi.org/10.12677/CSA.2023.1312246

参考文献

[1] 张利. 基于时间序列ARIMA模型的分析预测算法研究及系统实现[D]: [硕士学位论文]. 镇江: 江苏大学, 2008.
[2] 陈秋怡, 崔妮, 汤景泰. 基于时间序列模型的传播预测方法研究[J]. 中国传媒大学学报(自然科学版), 2022, 29(3): 57-65.
[3] 刘珊, 陈幸荣, 蔡怡. 基于ARIMA模型的台风频次预测[J]. 海洋预报, 2016, 33(1): 53-58.
[4] 孙义, 周陇陇. 基于Python的金融时间序列ARIMA模型教学[J]. 现代信息科技, 2021, 5(10): 192-195.
[5] Xu, S.J., Chan, H., et al. (2019) Forecasting the Demand of the Aviation Industry Using Hybrid Time Series SARIMA-SVR Approach. Transportation Research Part E-Logistics and Transportation Review, 122, 169-180. [Google Scholar] [CrossRef
[6] 潘兴强, 马瑞, 杨天池, 等. 应用Python编程语言构建宁波市水痘发病率预测的季节性ARIMA模型[J]. 中国疫苗和免疫, 2022, 28(1): 83-87+104.
[7] 肖良. 基于季节性ARIMA模型的居民消费水平预测[J]. 统计与决策, 2016(8): 83-86.
[8] 安致远, 何恩球. 基于SARIMA时间序列模型的区域快递需求预测——以江苏省为例[J]. 物流科技, 2022, 45(20): 63-66+70.
[9] 管亚平. 基于SARIMA模型的城市热岛季节性时序预测研究[J]. 科学技术创新, 2024(7): 111-114.
[10] 李志超, 刘升. 基于ARIMA模型、灰色模型和回归模型的预测比较[J]. 统计与决策, 2019, 35(23): 38-41.
[11] Ren, F.T., Zhang, C.L., et al. (2022) A Hybrid Method for Power Demand Prediction of Electric Vehicles Based on SARIMA and Deep Learn-ing with Integration of Periodic Features. Energy, 250, Article ID: 123738.
[12] 邓方进, 王绪本, 李德伟. ARIMA模型在LMT数据处理中的应用[J]. 物探化探计算技术, 2017, 39(5): 612-619.
[13] 周浩, 李虹, 张岳琴, 等. SARIMA模型在山西省手足口病发病预测中的应用[J]. 中国预防医学杂志, 2024, 24(2): 117-121.
[14] 段然, 庞建华, 张良钧. 基于SARIMA模型的铁路站点客流量预测研究[J]. 数学的实践与认识, 2019, 49(9): 1-10.
[15] 陈璇, 郑崇伟, 左常鹏, 等. 台风活跃季月活动频次指数的构建及其应用[J]. 厦门大学学报(自然科学版), 2020, 59(3): 394-400.
[16] 汪路, 卢莹, 赵海坤. 台风灾害时空特征分析与评估模型构建[J]. 灾害学, 2023, 38(4): 187-194.
[17] 郑浩然, 潘雨青, 李世伟, 等. 基于季节性ARIMA模型的小区供水预测[J]. 计算机应用与软件, 2018, 35(1): 118-122+294.
[18] Moeeni, H.B., et al. (2017) Integrated SARIMA with Neuro-Fuzzy Systems and Neural Networks for Monthly Inflow Prediction. Water Resources Management, 31, 2141-2156. [Google Scholar] [CrossRef
[19] 王承杰, 孟彦菊. 基于季节性ARIMA模型的民航客运量预测[J]. 统计与管理, 2022(5): 88-93.
[20] 李颖若, 韩婷婷, 汪君霞, 等. ARIMA时间序列分析模型在臭氧浓度中长期预报中的应用[J]. 环境科学, 2021, 42(7): 3118-3126.
[21] 陈丽敏, 刘成伟, 梁新民, 等. 基于Python语言的ARIMA模型在江西省食源性疾病发病率预测中的应用[J]. 中国食品卫生杂志, 2024, 35(3): 458-463.
[22] Diop, M.-D., Kamdem, J.S., et al. (2024) Multiscale Agricultural Commodities Forecasting Using Wavelet-SARIMA Process. Journal of Quantitative Economics, 21, 1-40. [Google Scholar] [CrossRef
[23] 杨振昊, 张俊波, 杨晨星, 等. 基于SARIMA模型的我国水产品消费价格指数预测[J]. 海洋湖沼通报, 2021, 43(2): 131-138.
[24] 陈刚, 郭晓梅. 基于时间序列模型的非平衡数据的过采样算法[J]. 信息与控制, 2021, 50(5): 522-530.
[25] 翁渊瀚, 李南. 基于时间序列模型的文本数据压缩存储算法[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2024, 53(7): 2109-2114.
[26] 孙嘉琪, 王晓晔, 杨鹏, 等. 基于时间序列模型和情感分析的情感趋势预测[J]. 计算机工程与设计, 2021, 42(10): 2938-2945.
[27] Shad, M.S., Singh, Y.D., et al. (2022) Forecasting of Monthly Relative Humidity in Delhi, India, Us-ing SARIMA and ANN Models. Modeling Earth Systems and Environment, 8, 4843-4851. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]