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作者：周润朴东南大学

学位级别：硕士

我国受台风影响频率较高,位于西北太平洋海域的珠江口沿海地区经常遭受台风的侵袭,由于全球气候变化的影响,台风活动加剧,珠江口地区受风暴潮的影响可能会进一步提高。在此背景下,基于台风的预测建立珠江口地区的风暴潮预测模型,对于风... 详细信息

我国受台风影响频率较高,位于西北太平洋海域的珠江口沿海地区经常遭受台风的侵袭,由于全球气候变化的影响,台风活动加剧,珠江口地区受风暴潮的影响可能会进一步提高。在此背景下,基于台风的预测建立珠江口地区的风暴潮预测模型,对于风暴潮的实时预警,提高沿海防灾减灾能力是十分有意义的。台风预测具有不确定性,将这种不确定性纳入风暴潮的模拟就能得到珠江口区域风暴潮的概率预报模型,相比于单一确定性的模型结果,概率预报模型可以提供更多研究区域增水信息。本文从经过珠江口附近区域台风的历史信息出发,采用BP(Back Propagation)人工神经网络对数据样本进行训练学习,构建了一个具有24小时预报时效的台风预测模型,研究了BP神经网络对珠江口区域台风预测的适用性,拓宽了用BP神经网络进行台风预测的应用范围。建立ADCIRC+SWAN水动力耦合模型,实现研究区域风暴潮模拟。建立台风概率集合,将气象预报中的不确定性引入水动力模型的模拟计算,构建了珠江口研究区域从台风预测到风暴潮概率预报的完整预报系统。论文主要内容与结论如下:(1)建立珠江口区域的ADCIRC模型对天文潮情况进行模拟,采用实测站点数据进行验证。结合参数化风场公式的计算,采用ADCIRC+SWAN耦合模型对0814号台风黑格比实现了台风期间风暴潮情况的准确模拟。(2)基于搜集的台风历史观测数据,构建具有24小时预报时效的台风预测模型,对台风中心经度纬度和中心气压进行预测,实现了BP人工神经网络在珠江口区域台风预测的应用,拓宽了BP人工神经网络在台风预测中的应用范围,验证了BP神经网络在珠江口区域进行台风预测的可行性。(3)以预测模型输出的台风预测结果为基础,利用概率圆的理论构建了八条台风扰动路径,构成一个台风概率集合。将台风各条路径的发生概率引入风暴潮的模拟,实现基于台风路径预测的风暴潮概率预报,构建了珠江口区域的风暴潮概率预报系统。(4)构建了研究区域的增水分布,增水偏差分布等风暴潮预报信息,依据预测结果阐明台风路径预测的不确定性对珠江口区域风暴潮增水的影响。进一步分析珠江口研究区域风暴潮概率预报相比于单一确定性预报的优势,为其沿海地区的风暴增水实时预警提供参考。

关键词：珠江口 ADCIRC模型 BP人工神经网络台风预测风暴潮

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DEMETER耦合气候模式对西北太平洋台风活动及其影响因子的预测效能

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科学通报 2011年第32期56卷 2725-2731页

作者：孙建奇陈活泼中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心北京100029 中国科学院研究生院北京100049

利用耦合气候模式实现一步法预测是气候预测的重要发展方向之一.该研究基于欧洲多模式短期气候集合预测计划(DEMETER)6个耦合气候模式1974～2001年回报试验结果,首先探讨了耦合气候模式对夏季(6～10月)西北太平洋台风发生密切相关的6个... 详细信息

利用耦合气候模式实现一步法预测是气候预测的重要发展方向之一.该研究基于欧洲多模式短期气候集合预测计划(DEMETER)6个耦合气候模式1974～2001年回报试验结果,首先探讨了耦合气候模式对夏季(6～10月)西北太平洋台风发生密切相关的6个主要气候因子的预测性能,在此基础上,利用这6个气候因子与台风发生频次的统计关系,研究了耦合气候模式对西北太平洋台风频次变化的预测技巧.结果显示,DEMETER 6个耦合气候模式可以较好地预测影响台风频次的主要气候因子及台风频次本身的变化特征.进一步的对比研究发现,这种统计降尺度与耦合模式相结合的预测方法明显好于耦合气候模式的直接预测效能.此外,多模式集合平均表现出最优的预测性能.可见,采用多模式集合与统计降尺度相结合的预测方法可以大大提升耦合气候模式的预测技巧,它将成为未来台风预测的重要方向.

关键词：台风预测耦合气候模式统计降尺度集合预测 DEMETER

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协同GAN与自注意力时空LSTM的台风云图预测研究

协同GAN与自注意力时空LSTM的台风云图预测研究

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作者：邵东威南京信息工程大学

学位级别：硕士

我国是一个台风灾害多发的国家,台风过境多伴有狂风和暴雨,其引发的灾害对人民群众的日常出行和生命财产安全构成了巨大的威胁。因此,如何科学有效地做好台风预警服务对我国构建气象灾害防御体系具有重大意义。目前,台风预测业务中常用... 详细信息

我国是一个台风灾害多发的国家,台风过境多伴有狂风和暴雨,其引发的灾害对人民群众的日常出行和生命财产安全构成了巨大的威胁。因此,如何科学有效地做好台风预警服务对我国构建气象灾害防御体系具有重大意义。目前,台风预测业务中常用的方法包括数值预报、统计预报和统计动力预报三种。这三种方法均需要依赖于大量的先验知识和人为参数设定,容易引起预测准确性低、时效性短和泛化性差等问题。近几年,随着气象卫星的广泛布局和遥感技术的迅速发展,全球卫星云图大数据呈爆发式增长。越来越多的学者尝试将深度学习技术应用于卫星云图的处理和分析,开辟了气象可视化预报研究的新领域。受此启发,本文开展了基于深度学习的台风云图预测研究,重点解决现有传统方法和基于深度学习的方法存在的不足,以期进一步提升台风云图预测的精准化、精细化和智能化水平。本文的主要工作及创新点概括如下:(1)针对传统方法预测时效短、误差大、泛化性差等问题,提出了一种基于自注意力时空LSTM的台风云图预测模型。该模型在ConvLSTM的基础上,在其单元内部引入了空间记忆细胞和注意力机制,使得模型能够同时提取时间信息和空间特征,进一步增强了短期趋势和长期依赖的统一建模;在其外部框架增加了残差连接,促进了不同粗细粒度空间特征的融合和共享。实验证明,该模型能够较为准确地预测出台风的形态变化和运动轨迹,在各项评价指标中均优于现有模型。(2)针对基于深度学习的方法预测图像真实性差、清晰度不足等问题,提出了一种协同GAN与自注意力时空LSTM的台风云图预测网络。该模型借鉴了GAN网络的博弈思想,引入时空3D判别模块与云图预测模块进行对抗式训练,不断地优化和矫正预测云图的成像质量。此外,通过构建时空注意力模块和修改损失函数等方式来进一步增强预测网络的整体性能。实验证明,该网络能够在保证长期预测精度的同时,保持预测云图的整体视觉感,生成的云图既准确又逼真,较好地满足实际的台风预测业务需求。综上所述,本文所提方法是深度学习在气象卫星云图领域的又一创新应用,为构建精准化、精细化和智能化台风预测系统提供了新的思路和方案。同时,该网络具备较强的泛化性,能够较好地应用于雷达回波外推、强对流天气预警等其他气象预报任务中,具有较好的落地应用价值和产业化前景。

关键词：台风预测时空序列预测长短时记忆网络注意力机制生成式对抗网络

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基于春季气候信号的“台风是否经过江苏”预测研究

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气象科学 2020年第1期40卷 130-135页

作者：史达伟李超周灏朱云凤中国气象局交通气象重点开放实验室南京210008 连云港市气象局江苏连云港222006 江苏省气象台南京210008 沛县气象局江苏徐州221600

利用中国气象局提供的1951—2018年台风最佳路径数据集,筛选经过江苏的热带气旋个例,发现历史上所有经过江苏的热带气旋都发生在夏秋季节。基于春季130种气候信号指数,利用C4.5决策树算法建立“台风是否经过江苏”的预测模型。结果表明... 详细信息

利用中国气象局提供的1951—2018年台风最佳路径数据集,筛选经过江苏的热带气旋个例,发现历史上所有经过江苏的热带气旋都发生在夏秋季节。基于春季130种气候信号指数,利用C4.5决策树算法建立“台风是否经过江苏”的预测模型。结果表明:基于C4.5算法的决策树能够较为直观且准确地对每年“台风是否经过江苏”进行预测。利用1951—2000年(51 a)的数据样本进行训练,学习准确率达到82%,利用2001—2018年(18 a)的数据样本对模型进行泛化能力测试,测试准确率达到83.3%,最后利用2019年第9号热带气旋“利奇马”经过江苏的事实进行个例检验,符合决策树规则C。可以证明C4.5算法对“台风是否经过江苏”的预测具有较高的准确率和通用性。

关键词：台风预测 C4.5决策树算法气候信号

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一种适合于台风频次预测的统计降尺度方法

一种适合于台风频次预测的统计降尺度方法

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第28届中国气象学会年会

作者：孙建奇陈活泼中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心中国科学院研究生院

利用耦合气候模式实现一步法预测是气候预测的重要发展方向之一。本文基于欧洲多模式短期气候集合预测计划（DEMETER）六个耦合气候模式1974-2001年回报试验结果,首先探讨了耦合气候模式对夏季（6-10月）西北太平洋台风发生密切相关的... 详细信息

利用耦合气候模式实现一步法预测是气候预测的重要发展方向之一。本文基于欧洲多模式短期气候集合预测计划（DEMETER）六个耦合气候模式1974-2001年回报试验结果,首先探讨了耦合气候模式对夏季（6-10月）西北太平洋台风发生密切相关的六个主要气候因子的预测性能,在此基础上,利用这六个气候因子与台风发生频次的统计关系,研究了耦合气候模式对西北太平洋台风频次变化的预测技巧。结果显示,DEMETER六个耦合气候模式可以较好的预测这六个影响台风频次的主要气候因子及台风频次本身的变化特征。进一步的对比研究发现,这种统计降尺度与耦合模式相结合的预测方法明显好于耦合气候模式的直接预测效能。此外,多模式集合平均表现出最优的预测性能。可见,采用多模式集合的统计降尺度与耦合模式相结合的预测方法可以大大提升耦合气候模式的预测技巧,它将成为未来台风预测的重要方向。

关键词：台风预测耦合气候模式统计降尺度集合预测 DEMETER

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结构风工程中的台风数值模拟研究进展

结构风工程中的台风数值模拟研究进展

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第十一届全国结构风工程学术会议

作者：葛耀君赵林项海帆同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室

在沿海台风多发地区,高耸及长大建筑结构对于极值风速作用非常敏感,因此在结构的设计、施工与使用期间有必要合理估算结构设计使用期限内可能遭遇的台风极值风速。台风极值风速的估算不仅涉及台风风场的数值模拟,也包括风速样本的采集... 详细信息

在沿海台风多发地区,高耸及长大建筑结构对于极值风速作用非常敏感,因此在结构的设计、施工与使用期间有必要合理估算结构设计使用期限内可能遭遇的台风极值风速。台风极值风速的估算不仅涉及台风风场的数值模拟,也包括风速样本的采集与统计分析过程。本文从工程应用的角度介绍了台风风场结构的各类数学模型,并对它们在不同使用目的背景下的适用性作了评述与比较。最后,基于越界峰值法探讨了工程场地一定重现期内台风极值风速预测的可行性。

关键词：台风预测数值模型极值风速风场越界峰值法

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