基于LSTM循环神经网络的雷电潜势预测

作者：吴安坤; 吴仕军; 丁旻; 张弛; 张淑霞

来源：中国安全科学学报, 2023, 33(08): 117-124.

DOI：10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.08.1529

• 长短期记忆(LSTM)
• 循环神经网络
• 雷电潜势预测
• 大气物理量参数
• 关联度
• 准确率

为探索循环神经网络模型在非线性预测中的应用，进一步提高雷电潜势预测的准确率，构建长短期记忆(LSTM)循环神经网络模型，并以贵阳探空站为例，统计站点周边100 km、12 h范围内的闪电次数，获取23个与雷电活动关联度r>0.8的探空物理量参数，以此作为预测模型的样本特征；分析超参数选取对模型的影响，开展(0,24]h内的雷电潜势预测研究，并对比检验效果。研究结果表明：构建学习率为0.000 1、批量样本量为32、输入序列长度为10的LSTM网络模型，有利于提高模型泛化和快速收敛；通过输入前5天的大风指数、修正指数等23个探空物理量参数，发现(0,12]h的雷电潜势预测效果明显优于(12,24]h;采用该模型验证(0,12]h测试数据，得出被试工作特征曲线线下面积(AUC)接近于1,命中率(POD)为93.4%,虚警率(FAR)为17.4%,临界成功指数(CSI)为78.1%,验证了该模型的有效性。