基于Copula函数的沿海城市雨潮复合灾害风险研究

沿海城市极易受到极端降水和风暴增水引发的复合洪涝灾害影响。定量分析极端降水和风暴增水之间的结构依赖,准确评估雨潮复合洪涝灾害风险,对沿海城市防洪除涝及应对措施的制定具有重要指导意义。本研究以上海市为例,利用研究区1979-2014(36a)年日累积降水与吴淞口风暴增水数据,通过K-S、AIC和BIC检验方法优化边缘分布函数,并采用Copula函数定量评估了不同联合重现期下降水和风暴增水组合的复合洪涝风险。研究表明：（1）上海市36a最大日降水量和吴淞口相应风暴增水均适合运用GEV分布进行拟合,Frank Copula函数对雨潮遭遇联合分布特征拟合效果最好;（2）上海市在5、10、20、50和100a雨潮联合重现期下,降水风暴增水遭遇的联合概率是同现概率的4.12、7.51、14.21、34.27、67.72倍;（3）100a联合重现期下的降水与风暴增水分别约为276 mm和3.5m,说明上海市沿海地区要预防百年一遇的强降水或风暴增水,须在考虑天文大潮的基础上,设计构筑至少3.5 m的防汛墙。此研究表明二元Copula函数能够较为准确地计算出不同联合重现期下的设计降水和风暴增水,为优化防...     

山东沿海台风暴潮数值模拟与统计分析

建立了精细化网格的渤黄海区域天文潮及台风风暴潮数学模型,对山东沿海天文潮进行了验算,得到K1,M2这两个主要分潮的振幅和迟角的均方根分别为2 cm,3 cm和5°,3°;采用Jelesnianski-II台风风场模式建立了台风风暴潮模型,并以典型台风为例,对影响山东海域的台风暴潮过程进行了数值计算,并与实测值进行了验证;基于建立的模型,模拟了1960年至2011年经过山东省沿海的33场台风暴潮过程;应用Poisson-Gumbel分布,计算了100年一遇台风暴潮增水极值。研究结果可为山东沿岸地区的防潮减灾规划设计和工程建设提供参考。     

海啸波高重现值的统计推算

地震海啸是一种破坏性极其严重但发生次数较少的地震次生海洋灾害。如何确定地震海啸波高重现值,对于海岸地区海啸的防灾减灾规划与工程设计具有重要意义。以美国Crescent海岸地区实测海啸过程中出现的最大波高序列为例,首先采用5种极值分布(Gumbel、Weibull、Pearson III型、对数正态和广义极值分布)对海啸波高进行拟合,选取拟合较好的分布型式;然后考虑海啸发生过程的泊松分布,采用4种泊松复合分布(Poisson-Weibull、Poisson-Pearson III型、Poisson-对数正态和Poisson-广义极值分布)计算了地震海啸波高重现值,实现了对海啸波高的长期统计分析。计算结果表明:考虑地震海啸发生次数的泊松分布,采用泊松复合极值分布,可以很好地估计海啸最大波高的重现值。     

杭州市极值暴雨的统计建模与频率计算研究

以杭州市1951—2012年的逐日降水资料为基础,通过极值统计理论中的广义极值分布和广义帕累托分布分别模拟城市暴雨的年最大值序列和超阈值序列,采用极大似然估计法估计模型参数,采用分位数图和Kolmogorov-Smirnov方法对拟合结果进行拟合优度检验,并借助轮廓似然函数估计方法估计模型关键参数及设计暴雨的置信区间。研究结果表明:虽然广义极值分布和广义帕累托分布的分布类型和样本序列存在一定差异,但两种分布关于杭州市暴雨极值的统计推断结果比较相近。在样本资料长度有限的条件下,应重视暴雨极值不确定性的分析研究。轮廓似然函数法可以反映重现期长短对设计暴雨置信区间的影响,有助于定量估计设计暴雨的置信区间。此方法和研究成果对于评估杭州市暴雨极值及其不确定性具有理论与实际意义,可为城市洪涝规划与工程设计提供技术支撑。     

基于Copula函数的海南热带气旋风雨联合概率特征分析

热带气旋灾害的主要致灾因子为大风和降水,易引发风暴潮、海浪、洪涝等次生灾害,具有典型的多灾种灾害链特征。大风和降水是热带气旋灾害的两个具有代表性的致灾因子,如何表达多个致灾因子的综合强度是一个关键性问题。本研究以海南岛为研究区域,以1951-2014年共298场历史热带气旋过程最大3s极值风速风场以及总降水量时间序列数据为基础,首先利用极值理论分别拟合了海南风雨两个单致灾因子的强度概率边缘分布,其次采用Clayton、Frank、Gumbel Copula函数计算了风雨二维联合概率。并通过K-S检验及AIC、BIC检验等方法优选了拟合函数,然后分别计算了风雨单个致灾因子超过阈值(RPor)和两个致灾因子同时超过阈值(RPand)两种联合重现期,最后基于影响海南的9场历史典型热带气旋损失归一化数据检验重现期计算结果的可靠性。结果表明:对于年极值分布拟合最大3s极值风速用Weibull分布、总降水量用Gumbel分布效果较好;对于边缘概率分布的连接函数,Clayton Copula函数的效果较好;联合重现期RPand相比于联合重现期RPor与历史热带气旋归一化损失率具有更好的相关性。     

基于YanMeng台风风场的输电线路极值风速推算方法

极值风速作为输电线路抗风设计的重要参数,对结构的强度和年限标准意义重大。为克服采用观测资料直接推算极值风速的缺陷,给出了一种沿海地区输电线路极值风速推算的数值方法,即以台风风场物理方程为基础,利用历史台风进行反演,验证风场模型的适应性,随后结合台风年鉴,采用模拟圆和Monte Carlo抽样模拟进行研究点最大风速序列计算,并根据极值III型Weibull分布进行极值风速的推算。最后以海口市为例,对该极值风速推算方法进行详细阐述,推算了海口市近100a内重现期的极值风速,并与观测统计值进行对比,研究发现本文模拟效果较好,可以作为沿海地区输电线路抗风设计的理论参照。     

汕头市降雨量的概率分布模型

根据汕头市实测的年最大日降雨量资料,采用极值Ⅰ型、极值Ⅱ型、极值Ⅲ型和Ｗｅｉｂｕｌｌ分布等四种极值分布模型模拟,从而确定了年的最大日降雨量的概率模型．并根据年的各时段的最大降雨量仪器记录产生概率模型,建立各时段降雨量之间的相互关系,得到汕头市降雨量的概率分布模型,作为汕头市内涝分析的依据。     

基于泊松-对数正态复合极值模型的洪水灾害损失分析

在国际紧急灾害数据库的支持下,得到了中国在1980-2008年间发生的年洪水灾害发生次数、年单次洪水灾害经济损失极大值和年洪水灾害经济总损失3个统计指标;根据复合极值理论,利用泊松-对数正态复合极值模型对洪水灾害经济损失进行了分析。研究结果表明:(1)洪水灾害经济损失遵从对数正态分布;(2)单次极值经济损失与年经济总损失具有高度相关性;(3)复合极值方法可有效地用于洪水极值重现期的重建;(4)与传统的经验频率计算方法相比,该方法能克服因资料年限短、数据不足而造成的洪灾重现周期估算困难。     

广东冬季寒害的时空分布规律

用广东省22个分布较均匀的代表站1957-2001年冬季(12月至次年2月)逐日平均气温和最低气温资料,研究了广东冬季寒害的时空分布规律,计算了广东冬季综合寒害指数.对广东22个代表站上述44年的综合寒害指数进行了自然正交分解,得到了2个有意义的特征向量场.由此发现广东冬季寒害的地域分布主要有2大类型:整体分布型和南北分布型.对广东冬季综合寒害指数和综合寒害指数第一特征向量时间系数、第二特征向量时间系数进行了小波变换.结果表明,广东冬季寒害整体分布型的主要振荡为准8年周期,南北分布型的主要振荡为准22年周期.综合而言,广东冬季寒害除具有准8年振荡的主要周期变化外,还有2～4年及22～24年的周期变化.根据小波变换图分析,预计未来2年广东冬季寒害以偏弱为主,尔后进入转换期.     

风速风向联合概率密度分布的一种经验函数模型

对风速与风向边缘分布采用统一的极值概型描述,提出了一种可适用于多峰极值以及总体样本的风速风向联合概率分布函数的经验解析表达式。模型包括7个参数,可由实测数据利用非线性最小二乘方法拟合得到。对模型参数拟合时的初值选取方法提出了建议,并对典型的风向双峰值情况,给出了峰向区间的划分方法;利用双峰总体、双峰极值以及单峰极值3种不同类型的实测数据,检验了模型的适用性。结果表明,该模型可以较好地描述不同类型总体样本或极值样本的风速风向联合概率密度特性,可供风向设计风速的确定、风速评估及场地风能评估等工程问题参考。     

沿海防潮堤坝对风暴潮危害的减灾效益研究

风暴潮是海洋灾害中对人类造成损失最为严重的类型之一,海岸带地区防潮堤坝的修建对抵御风暴潮起到重要的作用。在综述国内外风暴潮研究的基础上,提出了沿海防潮堤坝对风暴潮的减灾效益的定量研究方法。以黄河三角洲9711号特大台风风暴潮为例,利用G IS技术模拟了无防潮堤坝情况下海岸带地区的受灾面积以及经济损失,并与实际灾害损失进行对比,得出防潮堤坝减少的风暴潮灾害经济损失为25.7亿元的结果,证实了兴建防潮工程的必要性。利用费用-效益法对防潮堤坝工程进行了成本与减灾效益评估,分析了防潮堤坝修建的经济合理性。     

渤海湾风暴潮灾害及对策

较详细地分析了天津、河北沿海地区风暴潮时空分布规律、灾情、产生的原因, 指出近年来本区风暴潮发生频率和强度有明显增加的趋势, 而且造成的经济损失增长更快。在过去４０ ａ中, 每过１０ ａ 灾损约增加１０ 倍。并提出了防潮减灾对策     

Hurricane storm surge in Volusia County,Florida: evidence of a tipping point for infrastructure damage

Storm surge often is the most destructive consequence of hurricanes and tropical storms, causing significant economic damage and loss of life. Many coastal communities that are located in high‐risk areas vis‐à‐vis hurricanes and tropical storms are prepared for moderate (between six and eight feet) storm surges. Such preparation, though, is not commensurate with more severe, but less frequent, storm surges (greater than eight feet). These gaps in preparedness have serious implications for community resilience. This paper explores elements of the vulnerability and resilience of coastal communities during major storm surge events, drawing on Volusia County, Florida, United States, as a case study. It simulates the impacts of five hurricanes (Categories I–V) and their associated storm surges on local infrastructure systems, populations, and access to resources. The results suggest that Volusia County is subject to a ‘tipping point’ , where surge damage from Category IV storms is significantly greater than that from Category III and lower hurricanes.     

中国东部沿海省市风暴潮经济损失风险区划

风暴潮是我国沿海省市面临的重大自然灾害之一,给这些地区造成了难以估量的损失。选取1989-2008年沿海11省、市、自治区风暴潮的历史数据作为研究样本,运用因子得分基础上的聚类分析和熵值评价等方法,对这些地区风暴潮灾害经济损失的风险进行了评估,最终按风暴潮灾害的经济损失程度将沿海省市划分为3个区域:即上海为第1区,表示风暴潮经济损失风险最小;海南、福建、浙江、广东4省为第3区,风险最大;其他省、市、自治区为第2区,表示经济损失风险居中。3个区域的灾害区划,为我们从更深层次上认识风暴潮的发生及是造成的损失情况提供了新的视角。     

风暴潮灾情等级识别的模糊聚类分析方法研究

鉴于风暴潮灾情等级划分和识别过程中涉及的因素较多，且具有较大的模糊性等特征，描述了基于模糊等价关系的模糊聚类的概念，及其在灾情等级科学划分和识别中的应用步骤。利用1976—2002年期间对湛江地区造成灾害的多场台风风暴潮的灾情统计资料进行了实证分析，结果表明该方法是实用的、有效的。     

黄河三角洲风暴潮灾害及其对滨海湿地的影响

黄河三角洲是中国重要的滨海湿地分布区，也是中国风暴潮易发区。该区的风暴潮有温带气旋型与热带台风型两种，以温带风暴潮为主。近年来，重大风暴潮的发生有频率增加、危害加重的趋势。风暴潮对滨海湿地的影响是广泛而深远的，主要表现为淹没滨海低地、加速海岸蚀退、破坏地表结构、毁坏湿地植被、加剧海水入侵等，使滨海湿地不断损失退化，生态环境恶化。     

城市风暴潮灾害快速评估的模糊决策方法——以厦门市为例

综合考虑了反映风暴潮灾害的自然特征和社会属性的4个指标,将其作为评估指标,建立了基于模糊决策的风暴潮发生过程中城市灾害的快速评估模型,并以街道为最小评估单元,对厦门市进行了一次模拟风暴潮的灾害综合快速评估。由于模型考虑了少量具有代表性的因素,故能保证评估过程的快速性、评估结果的时效性,能为政府在有限的时间和资源下做出救灾减灾的优先工作策略提供决策依据。     

影响黄渤海域热带气旋的灾害分析

分析了1971—2000年北上影响辽东半岛及黄渤海域热带气旋的气候特征、路径分类及灾害特点，结果表明，台风是造成黄渤海域风浪灾害的主要天气系统之一；辽东半岛地区，最大暴雨是由台风引起的；不同路径的热带气旋造成的灾害不同；热带气旋活动具有群集性，在产生风暴潮、暴雨的同时，常引发洪涝灾害、泥石流、滑坡等次生灾害，加重了灾害程度。     

中国沿海风暴潮灾害的历史变化及未来趋向

中国是全球少数几个同时受台风风暴潮和温带风暴潮危害的国家之一,风暴潮灾一年四季,从面到北均可发生,本文基于中国沿海近５０年风暴潮灾时间变化和空间分布特点的分析,着重探讨了近５００年全国及长江、黄河、珠江三角洲的历史记录和近５０年实测风暴潮灾发生频次的变化及其与气候波动的关系,并对未来全球变化背景下,中国沿海风暴潮灾的变化趋向进行了讨论。结果表明：近５００年来,中国沿海的风暴潮灾的气温较高的偏暖时段     

河北省海洋灾害遥感动态监测系统简介

为及时获取海洋灾害发生及其影响的监测信息，并为当地政府和有关部门提供决策服务，根据渤海湾海洋灾害发生的特点，从风暴潮、赤潮、海冰、海域污染等海洋灾害的遥感监测技术方法研究入手，介绍了河北省海洋灾害遥感动态监测系统的功能。应用服务情况表明，该系统对渤海的风暴潮、赤潮、海冰、海域污染的遥感监测效果良好。重点对利用NOAA／AVHRR数据开展的1998—2006年春季渤海海域污染遥感监测情况进行了客观的分析，结果表明，渤海湾近海水域从1999年开始出现大范围污染，其中，2002年最为严重，2003年以后有所好转，但是近两年的污染状况又趋严重。