[发明专利]一种台风强度长期变化趋势分析方法

说明书

本发明涉及一种台风强度长期变化趋势分析方法，首先确定历史台风数据集，在此基础上建立台风深度和半径的高斯模型，进而利用台风路径信息计算每次台风事件对应的深度和半径，提取台风中心风速最大时的深度和半径信息；在此基础上利用分位数回归方法分析台风中心最大风速、深度和半径的长期变化趋势，分别利用台风中心最大风速、深度与半径之比衡量台风事件的整体强度，进而得到台风整体强度的长期变化趋势。本发明可实现全球不同海域台风强度的长期变化趋势分析，为全球气候变化下台风强度的演化规律研究和预测提供良好的技术支撑。

技术领域

本发明涉及台风强度长期变化趋势分析方法，属于台风气候领域。

背景技术

台风是中心风速在17.2米/秒以上的热带气旋，是一种极端的自然气象事件，并能够形成强降雨、大风和其它破坏性天气。根据统计我国海域每年平均台风次数近20次，其所形成的经济损失和社会危害非常大，因此对台风全生命周期的研究和掌控是相关领域长期以来致力攻克的科学和技术难题。台风强度通常是衡量其携带能量和破坏力的一个重要参数，一般可以通过台风的最大中心风速来简单描述。随着现代气象科技的进步，特别是卫星观测资料的不断丰富，研究人员对台风的形成和演化的认识不断深入，为台风气候学的深入研究提供了有效的数据支撑。一些研究人员研究了近30年的最大中心风速和海平面温度之间的关联性，并指出随着全球变暖的趋势，台风强度在不断增强，这为台风的科学研究、有效探测和预测预警提出了更高的要求。通常情况下，台风强度主要由台风潜在最大风速和根据台风潜在最大风速计算的潜在能量耗散强度来描述，在此基础上进一步构建台风强度的长期变化模型。目前，研究人员尚未明确揭示台风强度与台风形成过程的几何结构如台风半径等的明确关联机制，对相关问题的理解尚存在缺失。因此，构建全面的台风强度表征与认知体系，找到其关键参数成为相关领域研究的难点和热点，是相关领域致力攻克的瓶颈问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种台风强度长期变化趋势分析方法，该方法建立了台风深度和半径的高斯模型，利用历史台风事件的数据库信息计算和提取每次台风事件对应的深度和半径信息，通过分位数回归方法分析了台风中心最大风速、深度和半径的长期变化趋势，采样深度与半径之比衡量台风事件的整体强度，得到台风整体强度的长期变化趋势。本发明所需的历史台风事件数据库信息可以通过国际相关研究机构的公开数据资料构建，能够提供有效的台风强度长期变化趋势的评估，为相关的研究和应用提供可靠的技术基础。

本发明的技术方案如下：一种台风强度长期变化趋势分析方法，具体实现步骤为：

步骤(1)、确定历史台风事件的数据集，其中历史台风事件数据集的时间选取范围从有稳定卫星观测资料的时间开始，台风事件数据集的空间选取范围包括西北太平洋、印度洋、大西洋和澳大利亚周边海域及登陆涉及海岸线和内陆。

步骤(2)、建立台风深度和半径相关联的高斯模型，采用下述参数来描述。

z_G(r)＝z_env-Dexp(-r²/2R²)

其中z_env选取环境下的潜在高度平均值，D为台风深度，R为台风半径，r为观测点到台风中心的距离。且台风深度与半径之间满足关系式：其中为拉普拉斯算子，p为台风中心处的压强值。

步骤(3)、对台风事件数据集的路径信息进行时空插值以满足分析所需，其中台风事件数据集中的台风路径由地理经度和纬度描述，每个路径信息的采样频率应不超过6小时。采用样条插值方法可以得到1小时采样频率的台风路径信息，具体插值方法如下：

其中z(lat_i,lon_i)表示第i个已知经纬度对应的潜在高度，i＝1,…,n为已知数据集中的地势高度，λ_i为权重，通过求解以下方程组获得：