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台风特征因子特性分析及其对海浪的影响

刘天娇  
【摘要】:台风蕴含能量巨大,可造成巨大海洋灾害.对台风特征因子以及台风发生过程所引起的巨大海浪和极大波高进行研究与预测,在海洋海岸工程中是非常有价值的.由于台风对海浪波高的影响是台风各特征因子相互作用,共同影响的结果,其影响机理也不同.所以着眼于台风特征因子对海浪的不同影响机理研究以及如何选择有效的波浪影响因子是建立数学模型的根本.对于影响海浪波高的台风的各特征因子的特性分析以及这些特征因子对海浪波高是如何影响的,虽然一直备受关注,但国内外有关这方面的研究成果较少,且不系统完整. 本文根据以上问题,所做具体成果如下: (1)针对台风形成发展规律,利用新的数学分析方法对台风发生中各个特征因子进行相关性分析.分析台风各个特征因子之间存在的关系,以便更加科学的分析台风引发海洋灾害的机制.针对传统的设计波高不考虑台风因素影响或只考虑台风频次影响的推算模型提出改进,全面考虑到台风各个特征因子对极值波高的影响,更加复合实际,更加科学合理. (2)采用秩相关系数分析法对台风特征因子对台风影响的海洋因素的相关关系,从而可以得出台风特征因子对海洋因素影响的不同程度,以便于选择重要的影响因子进行数学建模.由于和谐的度量——秩相关系数是一种更灵活稳健的相关性分析工具,其广泛应用于非参数统计领域,尤其用于研究随机变量间的相关关系,避免了传统线性相关性分析的诸多弊端. (3)通过秩相关分析,选择出三个对海浪影响最大的台风特征因子,而且三个特征因子之间相对独立,能更全面反映台风对海浪的综合影响.这三个变量分别为台风频次,台风底层中心附近最大风速和台风中心到观测点的最短距离.由于台风发生频次本身就是离散型随机变量,因此将所收集到的台风另外两个特征因子的数据资料进行离散化处理.根据中国气象局发布了新的热带气旋划分等级标准,将台风底层中心附近最大风速作为标准,划分等级,计算黄海海域二十七年所发生台风在不同等级的次数,这样处理后就变为一个离散型随机变量;借鉴方中圣等对台风中心到测点距离的划分标准,将台风的中心到测点距离划分为7类,计算27年来黄海海域发生台风进入每一类的次数,将此变量离散化.这样,就确定了影响海浪波高的三个离散变量,通过这三个变量就能较全面的反映台风对海浪的综合影响. (4)台风的三个离散变量选定后,在此基础上推导出三维离散‐最大熵复合极值模型,设台风登陆频次,底层中心附近最大风速,中心到测点的最短距离这三维离散向量服从三维Possion分布,并选取连续型随机变量波高的分布为最大熵分布.如此以来,新模型既可以反应台风多个特征量对波高的影响,又最大程度上保持其不确定性,更加符合实际规律. (5)利用实测数据,检验新模型.分别推算出其20年一遇,50年一遇,100年一遇及200年一遇的设计波高值.将所得结果,与以往模型所得结果进行对比,并与实际数据资料比较.分析新方法的优势.


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