[發(fā)明專利]一種基于統(tǒng)計動力學(xué)的全路徑臺風(fēng)危險性分析方法

有效

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• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107330583B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段忠東;陳煜
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44248
• 代理人: 孫偉

本發(fā)明提供了一種基于統(tǒng)計動力學(xué)的全路徑臺風(fēng)危險性分析方法。首先，使用生成模型生成臺風(fēng)的年發(fā)生數(shù)和發(fā)生位置，利用一維核概率密度函數(shù)和三維核概率密度函數(shù)分別估算出臺風(fēng)的年發(fā)生數(shù)和臺風(fēng)在海洋上生成位置的概率密度，通過蒙特卡羅方法模擬出臺風(fēng)的年發(fā)生數(shù)和生成位置；其次，將模擬的臺風(fēng)年發(fā)生數(shù)和發(fā)生位置代入基于統(tǒng)計動力學(xué)的移動模型中模擬臺風(fēng)生成之后每6小時的位置，同時利用強度模型對臺風(fēng)每6小時的強度進行估算。本發(fā)明的有益效果是：基于核密度概率函數(shù)的生成模型模擬的臺風(fēng)生成位置并不局限于歷史生成位置，克服了經(jīng)驗全路徑模型直接使用歷史生成點造成臺風(fēng)生成點樣本過少的缺點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全路徑臺風(fēng)危險性分析方法，尤其涉及一種基于統(tǒng)計動力學(xué)的全路徑臺風(fēng)危險性分析方法。

背景技術(shù)

已有的臺風(fēng)危險性分析模型主要有單點概率模型和經(jīng)驗全路徑模型兩種。

1.單點概率模型，對研究點劃定圓形區(qū)域以確定影響研究點的臺風(fēng)樣本，通過泊松分布確定區(qū)域內(nèi)臺風(fēng)年發(fā)生數(shù)參數(shù)，并對區(qū)域內(nèi)的臺風(fēng)樣本的移動速度大小、移動方向、中心氣壓差、最大風(fēng)速半徑以及臺風(fēng)中心與研究點之間最小距離等特征進行概率統(tǒng)計，利用蒙特卡羅方法模擬出大量的臺風(fēng)樣本，與臺風(fēng)風(fēng)場模型結(jié)合估算出研究點50年一遇和100年一遇的臺風(fēng)風(fēng)速。

2.經(jīng)驗全路模型，將整個西北太平洋歷史臺風(fēng)作為樣本，通過泊松分布確定西北太平洋臺風(fēng)年生成數(shù)參數(shù)，直接利用歷史生成點作為模擬的初始點，對臺風(fēng)的全路徑移動速度大小、移動方向、強度進行回歸統(tǒng)計，利用蒙特卡羅方法合成出大量的臺風(fēng)完整路徑，篩選出經(jīng)過研究點一定范圍區(qū)域內(nèi)的臺風(fēng)樣本，并與臺風(fēng)風(fēng)場模型結(jié)合估算出研究點50年一遇和100年一遇的臺風(fēng)風(fēng)速。

已有技術(shù)問題及缺陷為：

1.單點概率模型僅適用于臺風(fēng)樣本豐富的小區(qū)域的臺風(fēng)危險性分析，對于大范圍區(qū)域(如沿海多個城市，鐵路，公路，電網(wǎng)系統(tǒng)等)的臺風(fēng)危險性分析，需要對區(qū)域進行分段統(tǒng)計會造成計算繁瑣，而且用于研究臺風(fēng)樣本不足的地區(qū)會有較大的偏差。這種模型不能應(yīng)用于研究未來氣候變化下的臺風(fēng)危險性分析。

2.經(jīng)驗全路模型模擬的初始生成點有限，且僅考慮歷史臺風(fēng)路徑信息，這種模型在臺風(fēng)樣本豐富的地區(qū)表現(xiàn)良好，但在歷史臺風(fēng)記錄稀缺的地區(qū)則表現(xiàn)遜色，不能應(yīng)用于研究未來氣候變化下的臺風(fēng)危險性分析。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種基于統(tǒng)計動力學(xué)的全路徑臺風(fēng)危險性分析方法，

首先，使用生成模型生成臺風(fēng)的年發(fā)生數(shù)和發(fā)生位置。利用一維核概率密度函數(shù)估算出臺風(fēng)的年發(fā)生數(shù)概率密度，如式(1)所示，

式中，x表示臺風(fēng)年發(fā)生數(shù)；x_i表示歷史上各年的臺風(fēng)個數(shù)；n表示歷史臺風(fēng)記錄的總年數(shù)；h表示最佳帶寬，采用一維有偏交叉驗證方法估計，如式(2)所示，使式(2)最小的h即為最佳帶寬。

式中，Δ_ij＝(x_i-x_j)/h，x_i和x_j表示歷史上不同年的臺風(fēng)個數(shù)。通過蒙特卡羅方法模擬出臺風(fēng)的年發(fā)生數(shù)。利用三維核概率密度函數(shù)估算出臺風(fēng)在海洋上生成位置的概率密度，如式(3)所示，