目录
MATLAB实现基于自回归模型（AR）进行中短期天气预测的详细项目实例 1
项目背景介绍 1
项目目标与意义 2
构建轻量化的中短期温度预测引擎 2
提升可解释性以服务运维与决策 2
构建从数据到评估的闭环流程 2
在资源受限环境下保障时效与稳定 2
作为数值模式后处理的基础模块 2
促进多要素耦合与场景扩展 3
打通研发—部署—运维—监控链路 3
为后续智能化升级预留接口 3
项目挑战及解决方案 3
观测缺失与异常值 3
非平稳性与季节周期 3
阶数选择与过拟合 3
异常气象事件与结构突变 4
实时性与系统可用性 4
评估一致性与业务对齐 4
项目模型架构 4
数据层：采集—校验—存储 4
特征层：稳定化与周期剥离 4
模型层：AR核心与可选扩展 4
诊断层：残差与自相关检验 5
预测层：单步与多步 5
评估层：离线回测与在线监测 5
工程层：配置、日志与容器化 5
集成层：与NWP与业务系统对接 5
项目模型描述及代码示例 5
数据加载与基础清洗（MATLAB） 5
标准化与训练集/验证集划分 6
AR阶数搜索（AIC/BIC） 6
使用最小二乘拟合AR参数 7
残差诊断与Ljung–Box检验（实现版） 7
单步与多步滚动预测 7
反标准化与误差评估 8
可视化对比（示意） 8
项目应用领域 8
城市运行与公共安全 8
能源调度与负荷管理 9
交通运输与航运保障 9
农牧渔业与设施农业 9
健康风险预警与公众服务 9
项目特点与创新 9
极简参数与强可解释性并重 9
面向生产的稳健诊断体系 9
与NWP/外生先验的灵活拼接 10
计算开销与延迟优势 10
工程化与监控闭环 10
兼容多要素与多区域 10
安全与隐私合规友好 10
可持续演进路线 10
项目应该注意事项 10
数据质量与采集一致性 10
平稳性处理与季节成分 11
阶数与窗口的工程边界 11
评估指标与业务KPI对齐 11
异常事件与再训练策略 11
项目模型算法流程图 11
项目数据生成具体代码实现 11
项目目录结构设计及各模块功能说明 13
项目目录结构设计 13
各模块功能说明 13
项目部署与应用 14
系统架构设计 14
部署平台与环境准备 14
模型加载与优化 14
实时数据流处理 14
可视化与用户界面 14
GPU/TPU加速与混部策略 15
系统监控与自动化管理 15
CI/CD与业务集成 15
项目未来改进方向 15
引入季节项与分位数输出 15
结合外生变量形成ARX/SARIMAX 15
异常事件自适应与在线学习 16
多站点迁移与联邦协作 16
与深度模型的级联与蒸馏 16
项目总结与结论 16
程序设计思路和具体代码实现 17
第一阶段：环境准备 17
清空环境变量 17
关闭报警信息 17
关闭开启的图窗 17
清空变量 17
清空命令行 17
检查环境所需的工具箱 17
检查环境是否支持所需的工具箱，若没有安装所需的工具箱则安装所需的工具箱。 18
配置GPU加速 18
第二阶段：数据准备 19
数据导入和导出功能 19
文本处理与数据窗口化 20
数据处理功能 20
数据处理功能（填补缺失值和异常值的检测和处理功能） 21
数据分析 21
数据分析（平滑异常数据、归一化和标准化等） 21
特征提取与序列创建 21
划分训练集和测试集 22
参数设置 22
第三阶段：算法设计和模型构建及参数调整 22
算法设计和模型构建 22
优化超参数 24
防止过拟合与超参数调整 24
第四阶段：模型训练与预测 25
设定训练选项 25
模型训练 25
用训练好的模型进行预测 26
保存预测结果与置信区间 26
第五阶段：模型性能评估 27
多指标评估（MSE、VaR、ES、R2、MAE、MAPE、MBE等） 27
设计绘制训练、验证和测试阶段的实际值与预测值对比图 27
设计绘制误差热图 28
设计绘制残差分布图 28
设计绘制预测性能指标柱状图 28
第六阶段：精美GUI界面 29
辅助函数 32
完整代码整合封装 33
中短期天气预测是能源调度、城市运行、安全防护与农业生产的关键输入之一，尤其在电力负荷预估、光伏与风电功率评估、道路养护与航班排班等场景中，温度、气压、湿度与风速在接下来数小时至数天的走向，直接决定成本与风险。复杂数值模式（NWP）能够给出高分辨率的物理场，但运行代价高、更新周期长、在局地突发性变化（局地对流、微尺度海风、地形效应）上还会出现时空偏差。基于自回归模型（AR）的统计方法以时间序列表达近邻时刻之间的线性依赖，通过有限数量的滞后项刻画气象要素的惯性与季节性残差，可在轻量化条件下迅速产出稳定、可解释的预报曲线，适合与业务系统深度耦合。
AR模型只依赖历史观测，能够以较低的数据门槛快速投入应用；与更复杂的时序网络相比，参数含义清晰、调参与部署链路短，维护成本低；与物理数值产品结合时，可作为偏差订正或后处理器，将数值场的系统误差、相位偏移映射到可控的统计校正上，从而提升区域与站点级别的精细化表现。
中短期尺度（1小时至72小时）的天气变量往往呈现明显的自相关结构，例如近几小时温度变化惯性、昼夜周 ...