浅析太平洋的热带气旋.doc

关于西北太平洋热带气旋的模型建立与研究 摘要 21世纪人类仍将面临频繁发生的自然灾害的威胁，热带气旋是世界上主要的自然灾害之一。本文针对热带气旋的多项属性，对各属性间的相关程度作了分析与研究，并进行了建模与分析设计。根据各项影响热带气旋的因子，运用多种分析方法，并结合SPSS和Matlab工具从不同角度进行了分析，再用最小二乘拟合模型进行了预测。 对于问题一，为了研究因子间的相关性，我们采用Copula方法与Kendall算法相结合，求得各因子间的相关系数，并对因子的可信度进行了检验。得出最大气压与最大风速呈明显负相关；最大气压、最大风速、暴风域最大半径、强风域最大半径、移动距离五个因素两两之间存在相关性的结论。 对于问题二，运用最小二乘拟合模型结合Matlab工具在所给数据中求得拟合函数，预测出2014年热带气旋数为32个。 对于问题三，运用主成分分析法在SPSS中调用命令后得出：移动距离是贡献率最大的因子，与2006年修订的热带气旋等级国家标准中将气旋进行分类的标准不同，所以我们认为应该将移动距离也作为分类标准的一个因素。 关键字：热带气旋分类 相关系数 最小二乘拟合 主成分分析法 一、问题重述 20世纪是人类历史上物质文明发展最快的世纪，科学技术取得了巨大的进展，数值天气预报的成功也重要展现了社会和科技的进步。但是，经济越发展自然灾害造成的损失就越大，21世纪人类仍将面临频繁发生的自然灾害的威胁，热带气旋是世界上主要的自然灾害之一。在我国, 气象灾害频数占整个自然灾害的70%以上，造成的经济损失占国内生产总值的3%-6%，这一比率比一般发达国家高,而台风灾害在气象灾害中占有相当一部分。 附录1给出了2000-2013年的西北太平洋热带气旋基础信息，附录2给出了2006年修订的热带气旋等级国家标准。 试利用附录1给出的2000-2013年的西北太平洋热带气旋基础信息分析如下问题： 1）西北太平洋热带气旋基础信息要素之间相关吗？若相关，关系如何？ 2）近年来西北太平洋热带气旋发生频率在升高吗？2014年西北太平洋上会发生多少个热带气旋？ 3）2006年修订的热带气旋等级国家标准还合适吗？若不合适，你认为应该怎样调整？ 问题分析 在此问题中，首先得对数据进行处理，剔除一些无关数据和影响小的因子，我们将热带气旋定义成了点模型，而气旋的相关属性则是点的属性，所以忽略了经纬度位置的影响。 在问题一中，为了研究因子间的相关性，我们采用Copula方法与Kendall算法相结合，求得各因子间的相关系数，并对因子的可信度进行了检验。 在问题二中，为预测2014年的气旋数，我们根据2000年至2013年间的气旋数对数据进行最小二乘拟合，求得拟合函数在进行预测。 在问题三中，我们运用主成分分析法探索出贡献率最大的因子，并与2006年修订的热带气旋等级国家标准进行比较，发现存在差异，但鉴于时间有限仅得出以移动距离对气旋进行划分。 模型的建立与求解 热带太平洋海-气相互作用对TC路径和强度的变化有着重要影响(Wuetal.2005),特别是ENSO循环的不同位相对于西北太平洋TC活动的年际和年代际变化有重要影响(Chan,2000)。然而,热带太平洋E1 Nifio和LaNifia事件发生的最强信号在冬季,而热带西太平洋最强信号一般领先于东太平洋3~5个月出现,而西北太平洋TC生成的最盛期在6?9月,这正是热带西太平洋海温异常(特别是次表层海温)最强信号发生的时期。为此,用西太平洋暖池次表层的热力来分析热带西太平洋季风槽位置和西北太平洋TC活动年际变化会更合理。 Wuetal.(2011)研究表明西北太平洋TC路径和强度有很大年际变化且与热带太平洋海-气通量有很密切关系。黄荣辉和陈光华(2007)以及Chen and Huang (2008)利用热带西太平洋次表层海温以及NCEP/NCAR再分析资料分析了西太平洋暖池次表层的热力与西北太平洋上空季风槽和TC活动年际变化的关系。分析结果表明:当西太平洋暖池次表层处于暖状态,则西北太平洋TC的生成位置和移动路径偏北、偏西。当西北太平洋西侧为MJO的西风位相所控制时,MJO通过讳向风的辐合作用,使得在辖合区传播的赤 道波动将发生波数增加、波长缩短的结构改变,从而触发较大尺度的MRG波动向天气尺度TD型扰动演变;并且,他们的研究还表明了在MJO的西风位相期间,讳向风的讳向福合与经向切变可以使得低频波动动能向高频波动的动能转换,使得高频波动得到加强,从而使得在此区域TC生成的数量明显偏多。相反,当西北太平洋西侧为MJO的东风位相时,TC生成的数量受到抑制。并且,陈光华和黄荣辉(2009)还对MJO活动的年际变化进行了研究,他们的研究表明:在西太平洋暖池处于暖状态时,西北太平洋西侧的MJO活动频繁,西