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基于统计动力学—全路径合成的台风危险性分析方法的优化与验证

吴甜甜  
【摘要】:中国位于西北太平洋的西岸,是全球受热带气旋影响最为严重的国家之一。从1963年到2019年,热带气旋在我国造成的损失占自然灾害损失的50%甚至更多,严重威胁着人民的生命财产安全。因此可靠的台风危险性量化分析对政府部门制定防灾减灾规划、金融机构(如保险及再保险业)甚至个人家庭都很重要。由于台风历史记录非常有限,估计台风危险性的常见方法是根据历史观测热带气旋的统计数据模拟大量台风样本以扩充台风历史资料。全路径随机台风模型可以合成出大量台风从生成到消亡的路径和强度样本,可对大范围区域进行台风危险性分析,是评估台风危险性最有潜力的台风随机模型。本文在统计动力学全路径台风合成模型的基础上对模型进一步优化和验证,并针对西北太平洋的台风活动进行模拟。本文的主要研究内容如下:本文首先以西北太平洋热带气旋作为研究对象,建立了一种基于逻辑斯谛克(Logistic)回归的热带气旋生成模型。该模型通过考虑影响热带气旋生成的海汽环境因素,从而在给定的大气海洋环境参数条件下便可直接预测估算热带气旋的发生概率。通过与历史记录以及其他考虑物理机制的生成模型对比,基于Logistic回归的热带气旋生成模型模拟结果与历史分布较为一致,表明本文建立的热带气旋生成模型能够较好的模拟热带气旋的生成位置和数量。本文基于阻滞增长模型建立了热带气旋强度模型。在阻滞增长强度模型中的强度增长率中纳入海气环境因素的影响,并将热带气旋强度样本依据台风强度等级划分为五类,分别建立五种强度的阻滞增长强度模型。通过对比西北太平洋历史台风和登陆中国沿海各分段的台风强度平均值以及变异系数,发现本文发展的阻滞增长强度的平均强度和历史平均强度较为吻合,但是模拟的强度变异系数相较于历史要较低。这表明模拟的强度更加接近于平均,这可能与模型未考虑误差项有关。最后,本文将统计动力学全路径合成台风模型模拟的西北太平洋100,000年台风事件集,与中国气象局最佳路径数据(CMA,1949-2017年)以及美国联合预警中心最佳路径数据(JTWC,1949-2017年)进行对比,发现两种最佳路径数据集记录的台风强度存在很大差异,尤其在登陆中国台风的强度衰减记录。并针对模型提出三点改进的方案,包括在模拟台风移动速度时应考虑误差项的影响、台风登陆后的强度衰减模型加入台风登陆时最大风速半径这一参数,以及应分别在陆地和海上建立不同的台风最大风速半径回归模型。


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