基于统计动力学-全路径合成的台风危险性分析方法研究

论文摘要

西北太平洋是全球热带气旋发生频率最高的地区。中国处于西北太平洋的西岸,是世界上受台风影响最为严重的国家之一。由于台风引起的强风、暴雨、风暴潮和洪涝等灾害会对台风途经的地区造成严重的损失,因此抗风设计、区域防灾规划、保险及再保险业都需要对台风灾害风险进行量化分析。然而台风发生的时间和空间都具有很大的不确定性,台风的路径、强度及其影响都不能被准确地预测。因此,台风的危险性和风险分析必须以概率理论为基础。此外,越来越多的研究表明台风活动会受到气候变化的影响,如何在台风危险性分析中考虑气候变化的影响也是当前应对全球气候变暖的重要课题。为了增强人类应对台风灾害的能力、科学地制定抗风减灾政策,本文结合大气动力学、气候变化以及灾害危险性研究的最新发展成果,系统地开展了台风危险性分析方法研究,发展了具有大气物理学基础的热带气旋合成模型,并进一步发展了全球气候变暖和厄尔尼诺-南方涛动影响下的台风危险性分析方法。以中国沿海和东亚地区为目标区域,进行了台风危险性评估。研究成果可望为台风影响区域的重大工程设施的抗灾设计、灾害风险的管理和预防提供理论基础和应用工具。本文的主要研究内容如下:（1）以影响东亚地区的西北太平洋热带气旋作为研究对象,发展了一种基于热带气旋与大气环境变量关系的统计动力学全路径合成热带气旋模型。该模型继承了传统的经验全路径合成热带气旋的思想,在热带气旋的生成、路径和强度模拟方面均有所改进,具备坚实的气象学基础。通过对比历史热带气旋样本及其统计特征,验证了该模型能够较好地模拟西北太平洋热带气旋活动。（2）将统计动力学全路径合成模型与全球气候模式相结合,进一步发展了考虑气候变化的台风危险性分析方法,并用以模拟RCP8.5气候变暖情景下的西北太平洋热带气旋活动。通过定量分析温室气体最不利排放情景下气候变暖对热带气旋生成、路径以及强度的影响,发现气候变暖会导致未来西北太平洋热带气旋发生数量增多、路径整体东移,造成西北太平洋中部海域的热带气旋通过率增大,而西南海域的通过率减少,较弱和中等强度台风频率会轻微下降,超强台风频率则会显著增加。（3）利用本文发展的方法对西北太平洋热带气旋活动进行了大规模模拟,用以分析中国沿海地区和东亚地区的台风危险性,得到了中国沿海10个主要城市的热带气旋通过率和不同重现期的极值风速,并绘制了不同重现期的台风极值风速图。考虑到全球气候变暖,本文定量评估了气候变暖对本世纪末30年（20712100年）东亚地区台风危险性的影响,发现东亚沿海地区50年和100年回归期风速将会增大,其中中国东部和北部沿海地区是受气候变暖影响最大的地区。（4）利用发展的统计动力学全路径合成模型分别模拟了厄尔尼诺-南方涛动三个阶段的西北太平洋热带气旋活动,发现从厄尔尼诺年、中性年到拉尼娜年,热带气旋的生成位置和路径会逐渐向西北移动。通过定量分析厄尔尼诺-南方涛动三个阶段下中国沿海地区的热带气旋通过率和极值风速的差异,发现拉尼娜年的热带气旋通过率和极值风速比厄尔尼诺年高。此外,厄尔尼诺-南方涛动的扰动会增加年际台风危险性结果的不确定性,而对多年代际的结果则影响较小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景
•   1.2 台风随机模型
•     1.2.1 分区圆模型
•     1.2.2 全路径合成模型
•   1.3 台风灾害危险性分析
•     1.3.1 台风导致的强风灾害危险性分析
•     1.3.2 台风导致的强降雨与风暴潮灾害危险性分析
•   1.4 气候变化与台风危险性
•     1.4.1 研究热带气旋活动变化的方法
•     1.4.2 自然气候变化对台风危险性的影响
•     1.4.3 全球变暖对台风危险性的影响
•   1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 西北太平洋热带气旋生成模拟
•   2.1 引言
•   2.2 数据和模拟方法
•     2.2.1 数据来源
•     2.2.2 模拟方法
•   2.3 热带气旋生成模拟
•     2.3.1 热带气旋年生成数模拟
•     2.3.2 热带气旋生成位置概率估算
•     2.3.3 热带气旋生成位置模拟
•   2.4 热带气旋模拟生成位置的检验
•   2.5 本章小结
• 第3章 西北太平洋热带气旋路径和强度模拟
•   3.1 引言
•   3.2 数据来源
•   3.3 热带气旋的路径模拟
•   3.4 热带气旋的强度模拟
•   3.5 全路径合成热带气旋的模拟与验证
•   3.6 本章小结
• 第4章 气候变暖下的热带气旋活动模拟
•   4.1 引言
•   4.2 数据和研究方法
•     4.2.1 数据来源
•     4.2.2 研究方法
•   4.3 气候变暖下西北太平洋热带气旋的活动变化
•     4.3.1 热带气旋生成数量和位置的变化
•     4.3.2 热带气旋路径的变化
•     4.3.3 热带气旋强度的变化
•   4.4 本章小结
• 第5章 西北太平洋台风风灾危险性分析
•   5.1 引言
•   5.2 风场模型
•   5.3 中国东南沿海地区台风风灾危险性
•     5.3.1 中国东南沿海主要城市的50和100 年回归风速
•     5.3.2 中国东南沿海地区的50和100 年回归风速图
•   5.4 气候变暖下西北太平洋台风风灾危险性的变化
•     5.4.1 东亚沿海地区台风极值风速的变化
•     5.4.2 中国东南沿海地区台风极值风速的变化
•   5.5 本章小结
• 第6章 厄尔尼诺-南方涛动对中国东南沿海台风风灾危险性的影响
•   6.1 引言
•   6.2 数据和研究方法
•     6.2.1 数据来源
•     6.2.2 研究方法
•   6.3 ENSO不同阶段下的台风危险性
•   6.4 ENSO对不同长度时间段台风危险性的影响
•   6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历

文章来源

类型: 博士论文

作者: 陈煜

导师: 段忠东

关键词: 西北太平洋,厄尔尼诺南方涛动,气候变暖,台风,台风危险性

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 极端条件下的大区域电网设施安全保障技术,国家重点研发计划项目.项目编号:2018YFC0809400,重大建筑与桥梁强,台风灾变的集成研究,国家自然科学基金重大研究计划集成项目.项目编号:91215302

分类号: P444;P429

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.000067

总页数: 146

文件大小: 9461K

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