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我国东南沿海城市和近海海域的台风极值风速预测

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 104-114页

作者：黄铭枫杜海王卿王立忠卞荣张华杰赵梦石郭一凡浙江大学结构工程研究所浙江杭州310058 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 浙江大学海洋学院浙江舟山316021 国网浙江省电力公司经济技术研究院浙江杭州310008 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司浙江嘉兴314000

台风灾害严重影响我国东南沿海地区,通过开展台风数值模拟和极值风速预测,可精细化评估我国东南沿海城市和近海海域的台风危险性。采用基于随机森林模型的全路径台风模拟方法,对西北太平洋台风开展数值模拟,利用历史台风观测数据验证了... 详细信息

台风灾害严重影响我国东南沿海地区,通过开展台风数值模拟和极值风速预测,可精细化评估我国东南沿海城市和近海海域的台风危险性。采用基于随机森林模型的全路径台风模拟方法,对西北太平洋台风开展数值模拟,利用历史台风观测数据验证了该方法的可靠性与适用性。结合三维空间参数化台风风场模型,估算9个我国东南沿海城市不同重现期下的台风极值风速,发现广义极值分布(Ⅲ型)能更好地描述台风极值风速统计特征。将各城市的台风设计风速估算结果与GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中的推荐值及已有研究进行了比较,验证了台风模拟结果的可靠性,并发现低纬度城市的台风设计风速尚未超过规范中的推荐值,而高纬度城市的台风设计风速则略高于规范中的推荐值。基于台风全路径模拟和极值风速估算结果完成了我国东南沿海地区台风设计风速的区划图绘制,直观地反映了我国台湾岛及台湾东部海域的台风危险性最大,浙江东部、福建南部至广东一带以及海南岛南部等地区也面临较大的台风风险。

关键词：台风全路径模型随机森林极值分布极值风速

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我国东南沿海台风极值风速预测与区划图构建

土木工程学报 2021年第7期54卷 43-53页

作者：方根深 Weichiang Pang 赵林曹曙阳葛耀君同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 克莱姆森大学美国南卡罗来纳州克莱姆森29634 同济大学桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室上海200092

中国沿海是全球受台风灾害最严重的区域之一,获取台风极值风速对指导沿海土木工程结构抗风设计、防灾减灾和风险评估至关重要,中国现有抗风设计体系未单独设定台风极值风荷载。文章提出基于地理加权回归的台风模拟方法,主要包括台风路... 详细信息

中国沿海是全球受台风灾害最严重的区域之一,获取台风极值风速对指导沿海土木工程结构抗风设计、防灾减灾和风险评估至关重要,中国现有抗风设计体系未单独设定台风极值风荷载。文章提出基于地理加权回归的台风模拟方法,主要包括台风路径、强度和风场参数递推模型,基于日本气象局1951~2015年历史台风最佳路径数据,开了西北太平洋地区台风局部路径和全路径随机模拟,结合台风边界层三维风场模型,预测不同工程场地的极值风速,率先完整创建我国沿海区域台风极值风速区划图并讨论台风风灾空间分布特点;面向不同建筑结构设计需求,形成台风风灾曲线和极值风速剖面数据库,为沿海建筑结构抗台风设计提供极值风荷载输入条件,推进我国结构抗风理论体系从传统良态风向台风的跨越。

关键词：台风极值风速结构抗风随机模拟风灾

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结合台风全路径模拟的混合气候极值风速估计

振动与冲击 2020年第23期39卷 84-89页

作者：李强毛江鸿黄铭枫浙大宁波理工学院土木建筑工程学院浙江宁波315100 浙江大学建筑工程学院杭州310058

为了合理确定混合风气候地区的结构抗风设计风速,提出一种结合台风全路径模拟技术的混合气候极值风速估计方法。基于CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,采用Vickery经验回归模型建立了适用于西北太平洋海域的台风全路径模型,并针对西北太... 详细信息

为了合理确定混合风气候地区的结构抗风设计风速,提出一种结合台风全路径模拟技术的混合气候极值风速估计方法。基于CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,采用Vickery经验回归模型建立了适用于西北太平洋海域的台风全路径模型,并针对西北太平洋局部区域进行了模型参数修正,生成了符合历史样本特征的100 000年台风路径及强度随机样本。应用Yan Meng模型进行风场模拟并通过极值统计分析确定了中国东南沿海10座城市的重现期台风极值风速。结合杭州地区的近地良态风实测数据,估计得到了杭州地区混合气候重现期极值风速。结果表明,混合气候地区的设计风速估计应考虑不同气候模式的影响。采用该方法,可给出偏于保守的混合气候极值风速估计值。

关键词：极值风速混合气候台风全路径模拟风场模型

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观测间隔对极值风速的影响研究

工程力学 2021年第8期38卷 24-32页

作者：肖钰川全涌顾明同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

由于早期观测设备都需要人工干预,气象部门提供的风气候历史观测数据一般都不是连续观测的,常常是每隔1 h或若干小时观测一次,这导致的数据遗漏可能会使极值风速的估算存在偏差。该文将美国11座城市气象站记录的风速连续观测数据,分别... 详细信息

由于早期观测设备都需要人工干预,气象部门提供的风气候历史观测数据一般都不是连续观测的,常常是每隔1 h或若干小时观测一次,这导致的数据遗漏可能会使极值风速的估算存在偏差。该文将美国11座城市气象站记录的风速连续观测数据,分别制作成"每隔1 h"、"每隔6 h"以及"无间隔连续"3种观测间隔的2 min平均风速值序列。结合改进的独立风暴法和与极值I型分布模型计算得到给定重现期的风速极值,并分析了3种观测间隔之间关系。研究结果表明:观测间隔为"1 h"和"6 h"的观测数据序列对应的日风速极值,与"连续观测"序列对应的日风速极值的差值均满足瑞利分布;利用风速差值的概率分布特性给出了修正方法。修正后的数据可给出准确性更高的极值风速估算结果。

关键词：观测间隔极值风速数据格式改进的独立风暴法差异修正

平均时距对良态风气候地区极值风速的影响研究

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工程力学 2020年第4期37卷 129-134,152页

作者：全涌肖钰川顾明同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

在风气候分析中,风速观测历史数据一般来源于各气象站的归档测量,但不同气象站采用的平均时距并不统一,这导致基于风速观测历史数据的极值风速预测过程存在平均时距的转换问题。该文对美国11座处于良态风气候地区城市气象站记录的风速... 详细信息

在风气候分析中,风速观测历史数据一般来源于各气象站的归档测量,但不同气象站采用的平均时距并不统一,这导致基于风速观测历史数据的极值风速预测过程存在平均时距的转换问题。该文对美国11座处于良态风气候地区城市气象站记录的风速连续观测数据,进行处理得到不同时距下平均风速序列,并将改进独立风暴法与极值I型分布模型相结合分析得到各重现期的风速极值,分析了平均时距对极值风速预测结果的影响。研究结果表明:在良态风气候地区,一定重现期的极值风速随平均时距的增大而减小,近似呈指数律衰减;平均时距对极值风速的影响规律基本不受极值风速重现期的影响;1 min平均时距下的极值风速比10 min平均时距极值风速大19%左右。基于这些结果,拟合给出了良态风气候地区不同平均时距极值风速的转换关系式。

关键词：观测时距极值风速数据格式改进的独立风暴法转换系数

基于Monte Carlo方法的极值风速估计误差分析及其应用

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建筑结构学报 2023年第3期44卷 175-184页

作者：胡小浓方根深赵林葛耀君同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室上海200092

采用有限实测风速样本估计重现期极值风速存在较大不确定性。为此,针对目前应用最为广泛的极大似然法估计广义极值分布,提出了基于Monte Carlo方法的极值风速估计误差分析算法,建立了依赖概型参数、样本容量和重现期的极值风速标准差广... 详细信息

采用有限实测风速样本估计重现期极值风速存在较大不确定性。为此,针对目前应用最为广泛的极大似然法估计广义极值分布,提出了基于Monte Carlo方法的极值风速估计误差分析算法,建立了依赖概型参数、样本容量和重现期的极值风速标准差广义数学表达式。结果表明:标准差随形状参数、尺度参数和重现期的增大而增大;随样本容量的增大而减小。结合我国4个气象站点(北京、喀什、福州、上海)实测风速数据,在进行数据地形修正、台风数据剔除的基础上,分析计算了各站点的重现期极值风速及其标准差,并与既有规范对比,当考虑抽样误差对极值风速预测的影响时,建议以一倍标准差作为量化标准更为合理。

关键词：极值风速误差分析 Monte Carlo方法极大似然广义极值分布

基于Copula函数的杭州地区多风向极值风速估计

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浙江大学学报（工学版） 2018年第5期52卷 828-835页

作者：黄铭枫李强涂志斌楼文娟浙江大学结构工程研究所浙江杭州310058 浙江水利水电学院建筑工程学院浙江杭州310058

为了合理确定建设场地的结构抗风设计风速,提出多风向极值风速估计方法.以杭州地区日极值风速风向为统计样本,采用核密度-广义帕累托混合模型来描述各风向下的极值风速边缘分布,提高了Up-crossings法估计极值风速的准确性.基于严格选择... 详细信息

为了合理确定建设场地的结构抗风设计风速,提出多风向极值风速估计方法.以杭州地区日极值风速风向为统计样本,采用核密度-广义帕累托混合模型来描述各风向下的极值风速边缘分布,提高了Up-crossings法估计极值风速的准确性.基于严格选择的Copula函数建立杭州地区风速风向联合分布模型.采用该联合分布模型计算得到了不同重现期下考虑风向相关性的多风向极值风速,并与不考虑风向相关性的极值风速估计值进行对比.结果表明,具有给定重现期的设计风速估计应考虑风向相关性的影响.在不考虑风向相关性的情况下,容易给出偏于风险的极值风速估计值.

关键词：极值风速风向相关性 Up-crossings法联合概率分布 Copula函数

极值风速与空气密度的统计特征研究——以山东省为例

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极值风速与空气密度的统计特征研究——以山东省为例

作者：吴春冰北京林业大学

学位级别：硕士

本研究基于经典极值理论和Copula理论,以山东省123个气象站2004-2017年风速、基于气温气压的空气密度数据为研究对象,通过Mann-Kendall和最小二乘法对风速进行趋势分析。在MATLAB中分别构建月最大风速和空气密度的经验概率和Weibull、B... 详细信息

本研究基于经典极值理论和Copula理论,以山东省123个气象站2004-2017年风速、基于气温气压的空气密度数据为研究对象,通过Mann-Kendall和最小二乘法对风速进行趋势分析。在MATLAB中分别构建月最大风速和空气密度的经验概率和Weibull、Burr等理论分布的数学模型,并通过极大似然估计法(MLE)估计参数,决定系数R等检验方法得到最优概率分布模型;其次,在季节尺度和空间尺度下探讨了空气密度的变化特征;最后计算了月最大风速与同时段空气密度的秩相关系数,并建立了Clayton Copula联合分布概率模型,计算联合分布下的联合重现期和条件重现期,并对比了不同空气密度下基本风压的计算值。研究结果表明,山东省123气象站月最大风速整体呈下降趋势,Gumbel分布模型能够更好地拟合山东省各气象站月最大风速序列;全季空气密度的经验频数分布呈现双峰型。区分冷暖季后,空气密度与4种理论分布函数的拟合精度大部分都得到了显著提升,只有暖季空气密度与Weibull分布的拟合精度呈现下降。全季、冷季、暖季空气密度的最优概率分布模型分别为GEV、Weibull和Burr分布。同一季节下,空气密度会随海拔的增加呈减小趋势,沿海地区的空气密度比同纬度的内陆地区大。有28个气象站的月风速和同时刻的空气密度有弱相关性及以上,其他气象站可以认为极值风速与同时刻的空气密度之间相互独立。GMM分布可以更好地对月最大风速同时段的空气密度拟合,其拟合精度显著高于其他分布。月最大风速同时段的空气密度的经验散点多次超过了1.25kg/m,有的甚至超过了1.35 kg/m,通过联合分布得到条件重现的空气密度值可以很好地涵盖这些实际观测值。在极值风速与空气密度存在相关性的低海拔地区,在极值风速与空气密度存在相关性的低海拔地区,采用条件重现期下空气密度计算的风压值w比规范中方法得到的空气密度计算下的风压值w大10%左右,将w作为结构风荷载的设计值会使结构更安全。

关键词：极值风速空气密度 Copula函数联合分布基本风压

Monte-Carlo模拟与经验路径模型预测台风极值风速的对比

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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海洋学报 2020年第7期42卷 64-77页

作者：郭云霞侯一筠齐鹏中国科学院海洋研究所山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋与气候动力学实验室山东青岛266237 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071

台风是我国东南沿海区域每年发生的严重自然灾害之一。本文分别采用传统的Monte-Carlo模拟方法以及较为先进的经验路径模拟方法预测中国东南沿海区域台风的极值风速(10 m高度处10 min平均值),并对两种方法的预测结果进行了对比。本文将... 详细信息

台风是我国东南沿海区域每年发生的严重自然灾害之一。本文分别采用传统的Monte-Carlo模拟方法以及较为先进的经验路径模拟方法预测中国东南沿海区域台风的极值风速(10 m高度处10 min平均值),并对两种方法的预测结果进行了对比。本文将东南海岸线向内陆扩展约200 km的区域划分为0.25°×0.25°的网格,以每个网格点作为研究点。首先采用Monte-Carlo模拟方法产生每个研究点1000年间的虚拟台风事件。然后采用经验路径模型方法构建了西北太平洋1000年的热带气旋事件集,采用模拟圆方法从中提取对各个研究站点有影响的台风事件。接着采用Yan Meng风场模型计算每个研究点台风的最大风速,构成极值风速序列。最后采用极值分布模型预测每个研究点不同重现期的极值风速,并对两种不同方法预测的结果进行了对比。研究发现在研究区域的内陆侧经验路径方法预测的风速略高于Monte-Carlo模拟方法预测的结果,而在海岸沿线一带经验路径方法预测的结果略低,这主要是由两种方法构造的虚拟台风的中心压强存在差异以及模型本身的不确定性造成的。本文的研究结果可以为防灾减灾系统提供有益的参考。

关键词：台风 Monte-Carlo模拟经验路径模型风场模型极值风速