[发明专利]一种基于统计动力学的全路径台风危险性分析方法

说明书

本发明提供了一种基于统计动力学的全路径台风危险性分析方法。首先，使用生成模型生成台风的年发生数和发生位置，利用一维核概率密度函数和三维核概率密度函数分别估算出台风的年发生数和台风在海洋上生成位置的概率密度，通过蒙特卡罗方法模拟出台风的年发生数和生成位置；其次，将模拟的台风年发生数和发生位置代入基于统计动力学的移动模型中模拟台风生成之后每6小时的位置，同时利用强度模型对台风每6小时的强度进行估算。本发明的有益效果是：基于核密度概率函数的生成模型模拟的台风生成位置并不局限于历史生成位置，克服了经验全路径模型直接使用历史生成点造成台风生成点样本过少的缺点。

技术领域

本发明涉及全路径台风危险性分析方法，尤其涉及一种基于统计动力学的全路径台风危险性分析方法。

背景技术

已有的台风危险性分析模型主要有单点概率模型和经验全路径模型两种。

1.单点概率模型，对研究点划定圆形区域以确定影响研究点的台风样本，通过泊松分布确定区域内台风年发生数参数，并对区域内的台风样本的移动速度大小、移动方向、中心气压差、最大风速半径以及台风中心与研究点之间最小距离等特征进行概率统计，利用蒙特卡罗方法模拟出大量的台风样本，与台风风场模型结合估算出研究点50年一遇和100年一遇的台风风速。

2.经验全路模型，将整个西北太平洋历史台风作为样本，通过泊松分布确定西北太平洋台风年生成数参数，直接利用历史生成点作为模拟的初始点，对台风的全路径移动速度大小、移动方向、强度进行回归统计，利用蒙特卡罗方法合成出大量的台风完整路径，筛选出经过研究点一定范围区域内的台风样本，并与台风风场模型结合估算出研究点50年一遇和100年一遇的台风风速。

已有技术问题及缺陷为：

1.单点概率模型仅适用于台风样本丰富的小区域的台风危险性分析，对于大范围区域(如沿海多个城市，铁路，公路，电网系统等)的台风危险性分析，需要对区域进行分段统计会造成计算繁琐，而且用于研究台风样本不足的地区会有较大的偏差。这种模型不能应用于研究未来气候变化下的台风危险性分析。

2.经验全路模型模拟的初始生成点有限，且仅考虑历史台风路径信息，这种模型在台风样本丰富的地区表现良好，但在历史台风记录稀缺的地区则表现逊色，不能应用于研究未来气候变化下的台风危险性分析。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于统计动力学的全路径台风危险性分析方法，

首先，使用生成模型生成台风的年发生数和发生位置。利用一维核概率密度函数估算出台风的年发生数概率密度，如式(1)所示，

式中，x表示台风年发生数；x_i表示历史上各年的台风个数；n表示历史台风记录的总年数；h表示最佳带宽，采用一维有偏交叉验证方法估计，如式(2)所示，使式(2)最小的h即为最佳带宽。

式中，Δ_ij＝(x_i-x_j)/h，x_i和x_j表示历史上不同年的台风个数。通过蒙特卡罗方法模拟出台风的年发生数。利用三维核概率密度函数估算出台风在海洋上生成位置的概率密度，如式(3)所示，