基于Vickery模型的气候变暖台风路径模拟

陈清河; 袁赛杰; 李瑞华; 罗海生; 陈旭骏; 谭俊峰

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230914001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于Vickery模型的气候变暖台风路径模拟

论文 | 更新时间：2025-05-07

- 基于Vickery模型的气候变暖台风路径模拟
- Typhoon Track Simulation under Global Warming Scenarios Based on Vickery Model
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第2期页码：365-374
- 作者机构：
  
  1.广东省公路建设有限公司，广东广州 510623
  2.上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125
  3.同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室，上海 200092
  4.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074
- 作者简介：
  
  陈清河(1987―)，男，工程师。主要从事桥梁工程研究。E-mail: 158297598@qq.com
  谭俊峰(1998―)，男，硕士研究生。主要从事桥梁工程研究。E-mail: tanjunfeng@mails.cqjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2022YFC3004105);国家自然科学基金项目(52078383;52008314)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230914001
  中图分类号： P429
- 收稿：2023-09-14，
  
  修回：2024-01-03，
  
  纸质出版：2025-04-28
- 稿件说明：
移动端阅览
陈清河,袁赛杰,李瑞华等.基于Vickery模型的气候变暖台风路径模拟[J].防灾减灾工程学报,2025,45(02):365-374.

CHEN Qinghe,YUAN Saijie,LI Ruihua,et al.Typhoon Track Simulation under Global Warming Scenarios Based on Vickery Model[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(02):365-374.
陈清河,袁赛杰,李瑞华等.基于Vickery模型的气候变暖台风路径模拟[J].防灾减灾工程学报,2025,45(02):365-374. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230914001.

CHEN Qinghe,YUAN Saijie,LI Ruihua,et al.Typhoon Track Simulation under Global Warming Scenarios Based on Vickery Model[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(02):365-374. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230914001.

摘要

为探讨不同气候变暖模式下对未来台风路径的潜在影响，基于CCCma提供的在三种气候变暖假设下未来百年间海平面温度的预测值，完成了西北太平洋的全路径台风模拟。每年台风发生的次数按照历史观测值的PDF（时不变的负二项分布）随机模拟。台风模拟的路径、强度模型沿用Vickery模型，对于台风梯度风场的模型，在Georgious梯度风风场模型的基础上进行改进，基于神经网络模型（ANN）重新拟合了最大风速半径的关系式，模型输入有台风中心压差、纬度和海平面温度，可以将气候变化的影响也纳入到时变台风年极值风速PDF中。揭示了气候变化导致的海平面温度升高对台风登陆频率、台风移动速度、台风移动方向和台风中心压差的可能影响。结果表明，气候变暖对年极值风速PDF的影响具有地域性，大部分地区年极值风速PDF均值会变大，离散性也会更大，少部分地区的长期趋势未受气候变暖影响。采用Gumbel分布对年极值风速PDF进行拟合，Gumbel分布的位置参数和形状参数具有时变特性并通过正态分布量化线性拟合的误差，并称之为估计不确定性。

Abstract

To investigate the potential effect of different global warming scenarios on future typhoon track

this study utilized the predicted values of sea surface temperature (SST) over the next century under three global warming scenarios provided by CCCma to conduct full-track typhoon simulations in the Northwest Pacific. The annual frequency of typhoons was randomly simulated according to the probability density function (PDF) of historical observations

which followed a time-invariant negative binomial distribution. Typhoon tracks and intensities were simulated using the Vickery model. For the gradient wind field model of typhoons

improvements were made based on the Georgious gradient wind field model. An artificial neural network (ANN) was used to refit the relation for the radius of maximum wind speed

with typhoon central pressure deficit

latitude

and SST as inputs. This enabled the integration of climate change effects into the time-varying PDF of annual extreme wind speeds. It revealed the potential effects of SST increases caused by climate change on the frequency of typhoon landfalls

typhoon movement speed

typhoon movement direction

and typhoon central pressure deficit. The results showed that the effect of global warming on annual extreme wind speed PDF exhibited regional variability. In most regions

the mean and dispersion of the annual extreme wind speed PDF tend to increase

while in a few regions

the long-term trend remained unaffected by global warming. The Gumbel distribution was employed to fit the annual extreme wind speed PDF. Both the location and shape parameters of the Gumbel distribution exhibited time-varying characteristics. The errors in linear fitting were quantified using a normal distribution and were referred to as estimation uncertainty.

关键词

Keywords

references

方根深 . 基于地理加权回归三维台风模型的大跨度桥梁颤振易损性分析［D］. 上海：同济大学， 2020 .

Fang G S . Flutter fragility analysis of long-span bridges based on 3D typhoon model using geographically weighted regression ［D］. Shanghai ： Tongji University ， 2020 . （in Chinese）

Stocker T . Climate change 2013： the physical science basis： working group I contribution to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change ［M］. Cambridge ： Cambridge University Press ， 2014 .

Xu H ， Lin N ， Huang M ， et al . Design tropical cyclone wind speed when considering climate change ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2020 ， 146 （ 5 ）： 04020063 .

Zhao L ， Cui W ， Ge Y . Measurement， modeling and simulation of wind turbulence in typhoon outer region ［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ， 2019 ， 195 ： 104021 .

Cui W ， Ma T ， Zhao L ， et al . Data-based windstorm type identification algorithm and extreme wind speed prediction ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2021 ， 147 （ 5 ）： 04021053 .

Hong X ， Kareem A ， Li J . Validation of the fast intensity model for typhoon and its application to the estimation of typhoon wind hazard for the southeast coast of China ［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ， 2020 ， 206 ： 104379 .

Hong X ， Li J . A beta-advection typhoon track model and its application for typhoon hazard assessment ［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ， 2021 ， 208 ： 104439 .

Vickery P J ， Skerlj P F ， Twisdale L A . Simulation of hurricane risk in the US using empirical track model ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2000 ， 126 （ 10 ）： 1222 - 1237 .

Vickery P J ， Skerlj P F ， Steckley A ， et al . Hurricane wind field model for use in hurricane simulations ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2000 ， 126 （ 10 ）： 1203 - 1221 .

Fang G ， Pang W ， Zhao L ， et al . Toward a refined estimation of typhoon wind hazards： parametric modeling and upstream terrain effects ［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ， 2021 ， 209 ： 104460 .

Fang G ， Pang W ， Zhao L ， et al . Extreme typhoon wind speed mapping for coastal region of China： geographically weighted regression‑based circular subregion algorithm ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2021 ， 147 （ 10 ）： 04021146 .

Wu F ， Huang G ， Zhou X . Enhanced circular subregion method in typhoon hazard analysis ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2021 ， 147 （ 6 ）： 06021003 .

Li J ， Hong X . Typhoon hazard analysis based on the probability density evolution theory ［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ， 2021 ， 219 ： 104796 .

Shen Z ， Wei K . Stochastic model of tropical cyclones along China coast including the effects of spatial heterogeneity and ocean feedback ［J］. Reliability Engineering & System Safety ， 2021 ， 216 ： 108000 .

Cui W ， Caracoglia L . Exploring hurricane wind speed along US Atlantic coast in warming climate and effects on predictions of structural damage and intervention costs ［J］. Engineering Structures ， 2016 ， 122 ： 209 - 225 .

Lee J Y ， Ellingwood B R . A decision model for intergenerational life-cycle risk assessment of civil infrastructure exposed to hurricanes under climate change ［J］. Reliability Engineering & System Safety ， 2017 ， 159 ： 100 - 107 .

Snaiki R ， Wu T . Revisiting hurricane track model for wind risk assessment ［J］. Structural Safety ， 2020 ， 87 ： 102003 .

Chen Y ， Duan Z ， Yang J ， et al . Typhoons of western North Pacific basin under warming climate and implications for future wind hazard of East Asia ［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ， 2021 ， 208 ： 104415 .

Van Vuuren D P ， Edmonds J ， Kainuma M ， et al . The representative concentration pathways： an overview ［J］. Climatic Change ， 2011 ， 109 （ 1 ）： 5 - 31 .

Mcfarlane N . Canadian centre for climate modelling and analysis ［J］. Numerical Modeling of the Global Atmosphere in the Climate System ， 2000 ， 550 ： 221 .

Emanuel K A . The dependence of hurricane intensity on climate ［J］. Nature ， 1987 ， 326 （ 6112 ）： 483 - 485 .

Mudd L ， Wang Y ， Letchford C ， et al . Assessing climate change impact on the US East Coast hurricane hazard： temperature， frequency， and track ［J］. Natural Hazards Review ， 2014 ， 15 （ 3 ）： 04014001 .

Mudd L ， Wang Y ， Letchford C ， et al . Hurricane wind hazard assessment for a rapidly warming climate scenario ［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ， 2014 ， 133 ： 242 - 249 .

Webster P J ， Holland G J ， Curry J A ， et al . Changes in tropical cyclone number， duration， and intensity in a warming environment ［J］. Science ， 2005 ， 309 （ 5742 ）： 1844 - 1846 .

Lee T C ， Knutson T R ， Kamahori H ， et al . Impacts of climate change on tropical cyclones in the western North Pacific basin. Part I： Past observations ［J］. Tropical Cyclone Research and Review ， 2012 ， 1 （ 2 ）： 213 - 235 .

Lee T C ， Y Leung C Y ， Kok M H ， et al . The long term variations of tropical cyclone activity in the South China Sea and the vicinity of Hong Kong ［J］. Tropical Cyclone Research and Review ， 2012 ， 1 （ 3 ）： 277 - 292 .

Knapp K R ， Kruk M C ， Levinson D H ， et al . The international best track archive for climate stewardship （IBTrACS） unifying tropical cyclone data ［J］. Bulletin of the American Meteorological Society ， 2010 ， 91 （ 3 ）： 363 - 376 .

Zhang X ， Zhong S ， Wu Z ， et al . Seasonal prediction of the typhoon genesis frequency over the Western North Pacific with a Poisson regression model ［J］. Climate Dynamics ， 2018 ， 51 （ 11 ）： 4585 - 4600 .

Massey Jr F J . The Kolmogorov-Smirnov test for goodness of fit ［J］. Journal of the American statistical Association ， 1951 ， 46 （ 253 ）： 68 - 78 .

Darling R . Estimating probabilities of hurricane wind speeds using a large-scale empirical model ［J］. Journal of Climate ， 1991 ， 4 （ 10 ）： 1035 - 1046 .

Cui W ， Zhao L ， Cao S ， et al . Bayesian optimization of typhoon full-track simulation on the Northwestern Pacific segmented by QuadTree decomposition ［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ， 2021 ， 208 ： 104428 .

Georgiou P N . Design wind speeds in tropical cyclone-prone regions ［D］. Ontario ： The University of Western Ontario ， 1986 .

Vickery P J ， Wadhera D . Statistical models of Holland pressure profile parameter and radius to maximum winds of hurricanes from flight-level pressure and H* Wind data ［J］. Journal of Applied Meteorology and Climatology ， 2008 ， 47 （ 10 ）： 2497 - 2517 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据