双层嵌套多目标概率模式及其在台风灾害区划研究中的应用
台风(飓风)灾害是影响人类生命安全和社会经济稳定发展的重要因素。近年来，随着全球气候变暖、海平面上升，台风(飓风)灾害的频次与强度都有增加的趋势。特别是一些超强台风(飓风)频频发生，严重威胁到人类的生存与发展。我国地处西北太平洋沿岸，幅员辽阔、海岸线漫长，所有沿海省份及部分内陆地区都会遭受到台风及其诱发的各类灾害。
目前我国有关台风灾害的区划、预测方法以及防灾设防标准体系存在以下几个问题：缺少科学、合理的台风灾害区划和预警体系；现有的沿海设防标准不足以应对日益严重的台风灾害；近半数沿海防护工程不能达到设防标准，沿海工业、民用建筑防灾能力较低。因此，如何采取有效的措施以应对气象灾害引起的种种问题是中国未来所面临的重大挑战，制定科学、合理的台风灾害区划及相应的防灾设防标准势在必行。
国内外有关台风灾害区划的研究尚没有特别成熟的理论体系。气象领域侧重于台风机制的数值模拟研究，工程实用性较低；工程领域往往墨守成规，按照有关规范中基于年极值取样法的概率统计模式对台风强度进行推测；风险分析领域则注重使用回归模型、聚类分析等工具对台风灾害风险度进行划分，不深究台风内在机制以及台风特征因素复杂概率特征。
本文在前人研究的基础上，进一步深入探讨了多维复合极值分布的理论求解法和随机模拟求解法。并以多维复合极值分布理论为核心，提出全新的双层嵌套多目标概率模式(Double layer nested multi-objective probability model)。该模式第一层(内层)是台风特征因素的联合概率分析模型，用于台风频次、中心气压差、中心移动速度、台风移动方向角、台风影响历时、台风中心与影响区域最小距离和最大风速半径几种特征因素的联合概率预测；第二层(外层)是台风诱发的各类致灾因素分析模型，用于对台风诱发的狂风、巨浪、暴潮、降雨以及相应的滑坡、泥石流等次生灾害进行概率预测。内层目标为基础目标，是外层目标的诱发因素；外层目标是内层台风致灾的外在体现，二者是有机的整体。
双层嵌套多目标概率模式是建立科学的台风灾害区划及灾害预测、预警体系的有效工具。本文以美国沿岸飓风灾害预测以及我国上海、广州等地区的台风设防体系研究为例，系统阐述了应用新模式建立台风灾害区划和防灾、减灾综合体系的方法；并特别提出了基于贝叶斯理论，结合多维复合极值分布和逻辑回归模型的台风降雨诱发地质灾害的预测、预警系统。
研究表明，多维复合极值分布体现出年极值取样到过程取样法的进步以及单因素概率分析到多元联合概率分析的进步，不仅适用于台风、飓风等诱发的多种致灾因素联合概率预测，而且也可拓宽应用于其它隶属于非高斯过程，具有不同相关性的多种随机变量的联合极值分析；双层嵌套多目标概率模式能够客观、科学的体现出台风致灾的整体机制，有利于对台风及其诱发的各类灾害作出合理的区划、预测及预警，对防灾减灾具有重要的实用价值，将带来巨大的经济和社会效益。
双层嵌套多目标概率;台风灾害区划;台风预警体系;多维复合极值分布
中国海洋大学
博士
港口、海岸及近海工程
刘德辅
2008
中文
P444;X43
113
2008-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）