專利名稱：用于熱帶氣旋的位置相關(guān)的自動概率預(yù)報的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于位置相關(guān)的熱帶氣旋的自動概率預(yù)報的方法和系統(tǒng)，其中產(chǎn)生熱帶氣旋事件的數(shù)據(jù)記錄，并且確定與熱帶氣旋有關(guān)的特定氣象條件的位置相關(guān)的概率值。具體地，本發(fā)明涉及所有種類的熱帶氣旋，例如颶風(fēng)、臺風(fēng)和熱帶風(fēng)暴。
每年熱帶氣旋(也稱為如颶風(fēng)、臺風(fēng)和熱帶風(fēng)暴等)在世界各地造成嚴(yán)重的破壞。對這種氣象事件的發(fā)生做長期預(yù)測是困難的，如果說并非不可能的話。甚至對現(xiàn)存風(fēng)暴在數(shù)小時或數(shù)日內(nèi)的路徑或軌跡做預(yù)測也會很難。具體地，本文件中的給定實例針對颶風(fēng)，當(dāng)然，對臺風(fēng)和熱帶風(fēng)暴等也可用同樣方式。颶風(fēng)是被稱為“熱帶氣旋”的氣象現(xiàn)象中最嚴(yán)重的種類。颶風(fēng)，如同所有的熱帶氣旋，包括預(yù)先存在的氣象擾動、溫暖的熱帶海洋、濕氣、及在高處的相對輕的風(fēng)。如果合適的條件存在足夠長的時間，則它們可能組合產(chǎn)生由此現(xiàn)象聯(lián)想到的強烈的風(fēng)、難以置信的波浪、傾盆大雨、及洪水。這樣，形成熱帶氣旋及其發(fā)展成例如颶風(fēng)需要1)預(yù)先存在的氣象擾動；2)至少26℃海洋溫度直至大約45米的深度；以及3)貫穿大氣深度相對輕的風(fēng)(低的風(fēng)切變)。典型地，當(dāng)熱帶風(fēng)暴及颶風(fēng)的熱源及濕氣源被切斷時(如當(dāng)它們在陸地上移動時發(fā)生的)或當(dāng)它們遭遇到強的風(fēng)切變時，則其減弱。然而，如果減弱的颶風(fēng)移動進入到更有利的區(qū)域，則會可以重新加強。殘余的著陸颶風(fēng)仍然可以引起嚴(yán)重的破壞。每年，平均十個熱帶風(fēng)暴在大西洋、加勒比海及墨西哥海灣形成。其中有許多保留在海洋上。每年這些風(fēng)暴中有六個變成颶風(fēng)。在平均3年期間內(nèi)，大約五個颶風(fēng)侵襲例如美國海岸線，從德克薩斯州至緬因州各處奪去大約50至100人的生命。這當(dāng)中，兩個是典型的大颶風(fēng)(風(fēng)速大于110mph)。如上所提到，颶風(fēng)是一種類型的熱帶氣旋，是通常形成在熱帶的低氣壓系統(tǒng)的專業(yè)術(shù)語。氣旋伴隨有雷暴，并且在北半球，伴隨有接近地球表面的逆時針風(fēng)環(huán)流?？梢詫釒庑诸惓扇缦?i)熱帶低氣壓具有確定的表面環(huán)流及33kt或更低的最高持續(xù)風(fēng)速(持續(xù)風(fēng)被定義為在高于表面大約10米處測量的1分鐘平均風(fēng)速)的有組織的云與雷暴系統(tǒng)；(ii)熱帶風(fēng)暴具有規(guī)定的表面環(huán)流及34-63kt的最高持續(xù)風(fēng)速的有組織的強雷暴系統(tǒng)；(iii)颶風(fēng)具有清晰的表面環(huán)流及64kt或更高最高持續(xù)風(fēng)速的強雷暴的強烈熱帶天氣系統(tǒng)。利用Saffir-Simpson颶風(fēng)劃分體系根據(jù)颶風(fēng)的風(fēng)強度可將其分類。1級風(fēng)暴風(fēng)力最低，而5級颶風(fēng)風(fēng)力最強。這些是相對術(shù)語，因為有時較低級別的風(fēng)暴可以比較高級別的風(fēng)暴造成更大的破壞，這取決于它們侵襲的地點及所引發(fā)的具體危害。事實上，主要是由于洪水，熱帶風(fēng)暴還可能產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞及生命損失。通常，當(dāng)來自這些風(fēng)暴的風(fēng)力達到34kt時，都會給氣旋起一名字。應(yīng)該提到的是，風(fēng)暴的級別并不總是與它會造成的破壞直接相關(guān)。較低級別的風(fēng)暴(以及甚至熱帶風(fēng)暴)可能造成重大的破壞，這取決于它們與其它的什么氣象特征相互作用、它們在哪里侵襲以及它們移動得有多慢，。
如所提到的，Saffir-Simpson颶風(fēng)劃分體系(SS-等級)借助分類來定義颶風(fēng)強度。1類風(fēng)暴是最弱的颶風(fēng)(風(fēng)速64-82kt)；5類颶風(fēng)則最強(風(fēng)速大于135kt)。關(guān)于所導(dǎo)致的破壞，可以說風(fēng)速在64-82kt的典型的1類風(fēng)暴通常地對建筑結(jié)構(gòu)不會造成實質(zhì)性破壞。遭到破壞的主要是沒有錨定的活動房屋、灌木及樹木。還可能會出現(xiàn)一些沿海洪水及微小的碼頭破壞。風(fēng)速在83-95kt之間的2類風(fēng)暴通常地可以造成一些屋頂材料、門和窗戶的破壞。還可能會對植被、活動房屋等有相當(dāng)大的破壞或洪水破壞碼頭，在未受保護的停泊處小船可能會損壞它們的停泊處。風(fēng)速在96-113kt之間的3類風(fēng)暴通常會對小住所及公用事業(yè)建筑造成一些結(jié)構(gòu)破壞，以及對幕墻有少量損壞?；顒臃课荼粴?。同樣，海岸附近的洪水毀壞較小的結(jié)構(gòu)，而較大的結(jié)構(gòu)被浮動的殘骸所破壞。深入內(nèi)陸的地帶可能發(fā)生洪水。風(fēng)速在114-135kt之間的4類風(fēng)暴通常會導(dǎo)致更深度的幕墻損壞，伴有小住所上一些整個房頂結(jié)構(gòu)的損壞。還可能會對海灘區(qū)有大的侵蝕。深入內(nèi)陸的地帶可能發(fā)生洪水。最后風(fēng)速在135kt以上的5類風(fēng)暴通常可以導(dǎo)致許多住所和工業(yè)建筑的整個房頂?shù)膿p壞。還可能存在一些對整個建筑的損壞，伴有小公用事業(yè)建筑被吹垮或吹走。洪水造成對海岸線附近所有建筑的較低樓層的嚴(yán)重破壞。可能需要居住區(qū)的大規(guī)模撤離。
盡管如此，保險公司和其它實體需要研制評估與這種氣象事件相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險的方法，并且在對保險產(chǎn)品定價及預(yù)計隨時間的推移破壞的程度和頻率時，將那個知識計算在內(nèi)。在這方面上可得到形式為歷年出現(xiàn)的風(fēng)暴的歷史數(shù)據(jù)的信息。每年全球出現(xiàn)大約80個這樣的風(fēng)暴。有關(guān)許多這些風(fēng)暴的數(shù)據(jù)得到收集，包括風(fēng)暴路徑或“軌跡”的位置數(shù)據(jù)、風(fēng)速、大氣壓力及其它因素。這樣的風(fēng)暴在北大西洋(即，在赤道北部的大西洋部分)得到最佳的文件記錄，那里可得到100年以上活動的可靠數(shù)據(jù)。每年在北大西洋區(qū)域出現(xiàn)大約10個風(fēng)暴。出現(xiàn)在太平洋西北的氣旋的歷史數(shù)據(jù)也可得到，那里每年出現(xiàn)大約26個風(fēng)暴。僅可得到在最近的大約50年里這些太平洋風(fēng)暴的適當(dāng)數(shù)據(jù)。可得到的其它區(qū)域的風(fēng)暴的數(shù)據(jù)較少。
利用所有可得到的歷史數(shù)據(jù)，可得到有關(guān)幾百個風(fēng)暴的信息，以供研究人員和科學(xué)家來研究。這樣的信息有益于評估在所研究的區(qū)域中與風(fēng)暴破壞有關(guān)的風(fēng)險。然而，考慮風(fēng)暴行為不可預(yù)測的性質(zhì)，以及影響這些行為的因素的數(shù)量，從概率的角度看，可用的歷史風(fēng)暴的數(shù)據(jù)集是相對小的。假定此數(shù)據(jù)集將每年僅增長相對少量的風(fēng)暴，則就進行有關(guān)在特定位置出現(xiàn)風(fēng)暴的概率的統(tǒng)計分析存在困難。
可解決該問題的一種方式是通過產(chǎn)生仿真的或“替代的(alternative)”風(fēng)暴，并且使用來自這種“風(fēng)暴”的數(shù)據(jù)來擴大從歷史記錄可用的數(shù)據(jù)集。該方法導(dǎo)致可用成千或甚至上萬或數(shù)十萬個附加風(fēng)暴，從中建立足夠大的數(shù)據(jù)集，以執(zhí)行可靠的統(tǒng)計分析。本發(fā)明列舉了不同的實施例，其中涉及用于產(chǎn)生這種擴展的概率數(shù)據(jù)集的方法、系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品的使用。
因此應(yīng)該指出的是，除了根據(jù)本發(fā)明的方法以外，本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這種方法的系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品。
具體地通過本發(fā)明獲取的目標(biāo)是對于熱帶氣旋的位置相關(guān)的自動預(yù)報，產(chǎn)生氣象事件的數(shù)據(jù)記錄，并且確定與熱帶氣旋有關(guān)的特定氣象條件的位置相關(guān)概率值；其中表示氣象事件歷史軌跡的數(shù)據(jù)記錄被分配到所述氣象事件出現(xiàn)的年份，并且被存儲在計算單元的存儲器模塊中，所述數(shù)據(jù)記錄包括表示沿著歷史軌跡的事件的地理位置和/或強度的多個點；借助第一MonteCarlo模塊對于每個歷史軌跡產(chǎn)生表示替代軌跡的多個新數(shù)據(jù)記錄，其中通過相關(guān)采樣過程從沿著歷史軌跡的所述點產(chǎn)生所述新數(shù)據(jù)記錄的點；借助于計算單元來建立在所關(guān)注地理區(qū)域上的網(wǎng)格，所述區(qū)域包括該多個歷史軌跡的至少一部分，并且基于與位于該網(wǎng)格中選擇單元內(nèi)沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的強度數(shù)據(jù)，產(chǎn)生所述選擇網(wǎng)格單元的強度氣候圖；對于每個所述替代軌跡，借助于第二MonteCarlo模塊產(chǎn)生一個或多個新的強度數(shù)據(jù)，其中，所述替代軌跡的新數(shù)據(jù)記錄的一個或多個新強度數(shù)據(jù)是借助MonteCarlo采樣過程，從與沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點相關(guān)的強度數(shù)據(jù)中產(chǎn)生的；借助于根據(jù)強度和/或發(fā)生年份對氣象事件分類的縮放比例表，產(chǎn)生歷史軌跡數(shù)據(jù)記錄的可定義的時間段的分布，所述歷史軌跡的所述分布根據(jù)它們被賦予的年份，在新的或累積的數(shù)據(jù)記錄內(nèi)，通過濾波模塊被再現(xiàn)；基于可定義的風(fēng)場分布圖產(chǎn)生每個數(shù)據(jù)記錄的風(fēng)場，并且由內(nèi)插模塊向所述網(wǎng)格中的每個點賦予一概率，從而給出在給定地理位置和時間的特定風(fēng)強度出現(xiàn)的概率。作為縮放比例表的基礎(chǔ)，例如可以使用Saffir-Simpson颶風(fēng)劃分體系。第一和第二MonteCarlo模塊及內(nèi)插模塊可由硬件和/或軟件來實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個實施例包括一種用于產(chǎn)生與氣象事件，如熱帶氣旋、或颶風(fēng)、或臺風(fēng)、或熱帶風(fēng)暴相關(guān)的概率性數(shù)據(jù)集的方法。所述方法的該實施例包括如下步驟，即輸入表示氣象事件的歷史軌跡的數(shù)據(jù)以及基于歷史軌跡產(chǎn)生表示多個替代的軌跡的數(shù)據(jù)。通過相關(guān)采樣過程，從沿著歷史軌跡的相應(yīng)點產(chǎn)生表示替代軌跡的數(shù)據(jù)點。在某些實施例中，相關(guān)的采樣過程是有向的隨機游走過程。
在一個實施例中，基于歷史軌跡產(chǎn)生表示替代軌跡的數(shù)據(jù)的步驟包括如下步驟產(chǎn)生針對歷史軌跡的歷史點(x，y)的一系列隨機元組(xr，yr)，沿著歷史軌跡計算隨機元組的隨機偏差(x’，y’)的和，以及將隨機偏差(x’，y’)的和相加到歷史軌跡的歷史點(x，y)，以產(chǎn)生沿著替代軌跡的替代點。
表示歷史軌跡的數(shù)據(jù)包括表示沿著歷史軌跡的地理位置的多個點。所產(chǎn)生的表示多個替代軌跡的數(shù)據(jù)包括多個表示沿著替代軌跡的地理位置的替代點。在一個實施例中，與特定軌跡有關(guān)的多個替代軌跡的至少一些具有如此起點，其不同于替代軌跡所基于的歷史軌跡的起點。表示歷史軌跡的數(shù)據(jù)可包括用來定義多個點中每點位置的經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù)。
在所述方法的某些實施例中，輸入表示歷史軌跡的數(shù)據(jù)包括輸入至少下述內(nèi)容之一的步驟表示歷史軌跡的多個點的經(jīng)度和緯度；至少一些沿著歷史軌跡的點的方位角；至少一些沿著歷史軌跡的點的速度；至少一些沿著歷史軌跡的點的方位角的變化率；以及至少一些沿著歷史軌跡的點的速度的變化率。作為選擇地，可根據(jù)以周期性時間間隔記錄的經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù)，計算出后者的值(方位角、速度、及方位角和速度的變化率)。
本方法的一些實施例進一步包括如下步驟，即選擇表示替代軌跡的數(shù)據(jù)的子集，用于概率性數(shù)據(jù)集。在這些及其它實施例中，產(chǎn)生表示替代軌跡的數(shù)據(jù)的步驟包括根據(jù)一個或多個物理定律限制替代點與相應(yīng)歷史點的差異。
在本方法的某些實施例中，輸入表示歷史氣象事件的軌跡的數(shù)據(jù)的步驟包括輸入表示事件強度的數(shù)據(jù)。表示強度的數(shù)據(jù)可包括與至少一些沿著歷史軌跡的多個點有關(guān)的大氣壓力數(shù)據(jù)。大氣壓力數(shù)據(jù)定義歷史軌跡的歷史壓力分布圖。大氣壓力數(shù)據(jù)可包括絕對壓力和絕對壓力關(guān)于時間的導(dǎo)數(shù)(或變化)。在某些實施例中，大氣壓力數(shù)據(jù)包括一個或多個壓力分布。在本方法的一些實施例中，輸入數(shù)據(jù)的步驟包括輸入表示多個歷史軌跡的數(shù)據(jù)，以及在包括至少一部分多個軌跡的所關(guān)注的地理區(qū)域上建立網(wǎng)格的步驟。這些實施例可進一步包括如下步驟，即基于與位于所選擇網(wǎng)格單元內(nèi)沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的大氣壓力數(shù)據(jù)，建立網(wǎng)格中所選擇單元的壓力氣候圖。所選擇單元的壓力氣候圖可以是壓力分布函數(shù)?？蓮呐c選擇單元有關(guān)的大氣數(shù)據(jù)及/或從與相鄰于所選擇單元的一個或多個單元(即，一個或多個相鄰單元)有關(guān)的大氣壓力數(shù)據(jù)，建立網(wǎng)格中所選擇單元的壓力氣候圖。在某些實施例中，從與所選擇單元有關(guān)的壓力數(shù)據(jù)和與一個或多個相鄰單元有關(guān)的壓力數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值，建立所選擇單元的壓力氣候圖。
在某些實施例中，網(wǎng)格中的每個單元均被賦予一陸地/海洋值。在這些實施例中，僅當(dāng)相鄰的及所選擇的單元具有相同的陸地/海洋值時，利用與相鄰單元有關(guān)的壓力數(shù)據(jù)來建立所選擇單元的壓力氣候圖。
本發(fā)明方法的某些實施例包括利用網(wǎng)格中選擇單元的壓力氣候圖，產(chǎn)生針對一個或多個歷史軌跡的一個或多個替代的壓力分布圖。此外，可為一個或多個替代軌跡產(chǎn)生一個或多個壓力分布圖。利用網(wǎng)格中所選擇單元的壓力氣候圖，還可為一個或多個替代軌跡產(chǎn)生一個或多個替代的壓力分布圖。在一些實施例中，至少部分地基于沿著相關(guān)氣象事件的歷史軌跡的歷史壓力分布圖，修改至少如下各項之一歷史軌跡的替代壓力分布圖、替代軌跡的壓力分布圖，以及替代軌跡的替代壓力分布圖。
在本發(fā)明的某些實施例中，輸入數(shù)據(jù)的步驟包括輸入表示多個歷史軌跡的數(shù)據(jù)和輸入與沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的大氣壓力的數(shù)據(jù)。大氣數(shù)據(jù)定義了歷史軌跡的歷史壓力分布圖。在這些實施例中，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的步驟包括為不只一個歷史軌跡產(chǎn)生多個替代軌跡。此外，這些實施例包括至少下述步驟之一a)為一個或多個歷史軌跡產(chǎn)生一個或多個替代壓力分布圖；b)為一個或多個替代軌跡產(chǎn)生一個或多個壓力分布圖；以及c)為一個或多個替代軌跡產(chǎn)生一個或多個替代壓力分布圖。本發(fā)明方法的這些或其它實施例可進一步包括如下步驟，即基于在所選擇時間段的氣候條件，從表示歷史軌跡、替代軌跡及壓力分布圖的數(shù)據(jù)中提取一數(shù)據(jù)子集。
考慮對示范了執(zhí)行在此所構(gòu)想方法的最佳模式的示例性實施例的下述詳細(xì)說明，附加的特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
此后將參考僅作為非限制性實例給出的所附附圖，說明本公開內(nèi)容，其中

圖1是示例本發(fā)明方法的一個實施例的整個操作的流程圖。
圖2是進一步示例圖1實施例中輸入歷史風(fēng)暴數(shù)據(jù)的步驟的流程圖。
圖3是進一步示例圖1實施例中建立氣候圖(climatology)的步驟的流程圖。
圖4是進一步示例圖1實施例中產(chǎn)生可選擇風(fēng)暴軌跡的步驟的流程圖。
圖5是進一步示例圖1實施例中產(chǎn)生可選擇壓力演變的步驟的流程圖。
圖6是進一步示例圖1實施例中選擇可選擇風(fēng)暴的子集以及計算風(fēng)場的步驟的流程圖。
圖7示例產(chǎn)生表示可選擇的風(fēng)暴軌跡的一部分的概率數(shù)據(jù)集的點的方法。
圖8a示例利用正態(tài)分布的隨機游走由圖7中所述方法所產(chǎn)生的多個可選擇的風(fēng)暴軌跡。
圖8b示例利用均勻分布的隨機游走由圖7中所述方法所產(chǎn)生的多個替代的風(fēng)暴軌跡。
圖8c示例利用定向隨機游走由圖7中所述方法所產(chǎn)生的多個替代的風(fēng)暴軌跡。
圖9a示例多個替代的風(fēng)暴軌跡，其每個起始于相應(yīng)歷史軌跡的起點。
圖9b示例多個替代的風(fēng)暴軌跡，其每個起始于相對于相應(yīng)歷史軌跡的替代起點。
圖10示例疊置在地圖一部分上的多個歷史和替代的風(fēng)暴軌跡。
圖11(a，…，i)示例針對多個風(fēng)暴的每一個的多個替代的壓力演變。
圖1是示例本發(fā)明方法的一個實施例的整個操作的流程圖。該實施例中的第一步驟是輸入多個歷史風(fēng)暴的數(shù)據(jù)。該步驟由圖1中的方框12來表示。這種數(shù)據(jù)包括定義相應(yīng)歷史風(fēng)暴的軌跡的地理信息及用以指示風(fēng)暴強度的強度數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)的一個來源是National Hurricane Center(“NHC”(國家颶風(fēng)中心)，其是National Oceanic and AtmosphericAdministration(“NOAA”)(國家海洋和大氣管理局)的一部分?？梢詮腘HC網(wǎng)站www.nhc.noaa.gov看到并獲得颶風(fēng)和熱帶氣旋及風(fēng)暴的地理和強度數(shù)據(jù)。輸入該數(shù)據(jù)之后，會在所關(guān)注的區(qū)域建立氣候圖(climatology)。該操作由圖1中的方框14來表示。建立氣候圖之后，為所輸入的數(shù)據(jù)中的每個歷史軌跡產(chǎn)生替代的風(fēng)暴軌跡。此步驟由方框16來表示。
在產(chǎn)生替代的風(fēng)暴軌跡之后，為該歷史和替代軌跡產(chǎn)生多個替代的壓力演變。該步驟由圖1中的方框18來表示。替代的風(fēng)暴軌跡及歷史的和替代的軌跡的替代的壓力演變的產(chǎn)生創(chuàng)建了相應(yīng)大的風(fēng)暴集(既有歷史的又有替代的)?；跉夂?qū)W數(shù)據(jù)選擇出替代風(fēng)暴的子集。該步驟由方框20來表示。最終，計算出所關(guān)注的特定點的風(fēng)場。該步驟在圖1的流程圖中由方框22來表示。下面結(jié)合圖2-6的流程圖對每個步驟12-22進一步加以詳細(xì)討論。
圖2是進一步示例在圖1實施例中輸入歷史風(fēng)暴數(shù)據(jù)的步驟的流程圖。該步驟中的第一操作由被標(biāo)注有“讀取原始數(shù)據(jù)”的方框24來表示。如前面所指示的，有關(guān)歷史風(fēng)暴的數(shù)據(jù)的一個來源是國家颶風(fēng)中心。這些數(shù)據(jù)包括定義歷史軌跡的單個結(jié)點的地理(即緯度和經(jīng)度)數(shù)據(jù)。通常以六個小時的時間間隔報導(dǎo)風(fēng)暴的位置。在許多實例中，也以在結(jié)點中心附近所測量的壓力值形式來提供強度數(shù)據(jù)。在未提供中央壓力測量值的情況下，從也可從可在該站點得到的最高持續(xù)風(fēng)里計算出壓力。這些操作由判斷框26和處理框28來表示。
在讀取原始數(shù)據(jù)之后，并且若有必要，在執(zhí)行壓力計算后，進行附加計算以確定速度、方位角及Saffir-Simpson等級。這些計算在圖2的流程圖中由方框30來表示。這里，數(shù)據(jù)被檢查和驗證(方框32)。這些操作之后，原始數(shù)據(jù)可被內(nèi)插以提高分辨率。即，在原始數(shù)據(jù)中可得到的“六小時結(jié)點”之間可定義附加的地理點或結(jié)點。六小時結(jié)點被內(nèi)插以允許更佳的地理分辨率。在一個實施例中，將數(shù)據(jù)內(nèi)插成0.2度的間隔。這樣的內(nèi)插允許生成更平滑的替代的風(fēng)暴軌跡，并且增強了本發(fā)明方法的整個操作。該操作由圖2中的方框34來表示。
輸入歷史數(shù)據(jù)步驟中的最后操作涉及添加“陸地上(on-land)”標(biāo)志。當(dāng)風(fēng)暴從水面上的位置移動到陸地上的位置(或相反)時，觀察到顯著的壓力變化。因而，確定著陸和離陸點并且將其輸入所述數(shù)據(jù)中，以在過程的隨后步驟中加以使用。該操作由圖2實施例中的方框36來表示。
圖3是一流程圖，其進一步示例圖1的實施例中建立氣候圖的步驟。即使存在100年以上可靠的壓力數(shù)據(jù)記錄，還是優(yōu)選地對該歷史數(shù)據(jù)加以預(yù)先處理，以通過在此所說明的方法來獲取更一致的數(shù)據(jù)庫。建立壓力氣候圖步驟的第一操作是在所關(guān)注的地理區(qū)域上建立1°×1°的網(wǎng)格。該操作由圖3實施例中的步驟38來表示。原始數(shù)據(jù)既包括在指定位置的絕對壓力，也包括壓力的變化(即，壓力導(dǎo)數(shù))。將這些數(shù)據(jù)與單獨的網(wǎng)格位置相匹配(方框40)。網(wǎng)格中的一些位置將具有許多觀測壓力和壓力導(dǎo)數(shù)值。其它的位置具有較少的觀測值，還有其它位置可能沒有觀測值。
緊跟該操作，添加基于海表面溫度(SST)氣候?qū)W的最小壓力。即，對于網(wǎng)格中的每個位置，輸入在那個特定位置曾觀測到的與最高SST有關(guān)的最低壓力。該值充當(dāng)與網(wǎng)格中每個位置有關(guān)的替代壓力值的“地面”，結(jié)合歷史和/或替代風(fēng)暴軌跡的替代壓力演變可對其加以選擇(如下面進一步加以詳細(xì)說明的)。該操作由圖3實施例中的方框42來表示。
添加了最小壓力之后，壓力氣候圖得到平滑。平滑過程的目標(biāo)包括下述之一或其中的幾個獲取對所關(guān)注區(qū)域的全面覆蓋；對從一個網(wǎng)格到其相鄰網(wǎng)格壓力和壓力導(dǎo)數(shù)分布的變化加以平滑；對壓力導(dǎo)數(shù)及絕對壓力的最小值、最大值和平均值的分布的變化加以平滑；以及在每個網(wǎng)格位置獲取相同的“觀測”數(shù)目。該平滑過程得到所關(guān)注區(qū)域的更連貫的一組與壓力相關(guān)的值，以用于下面進一步討論的采樣過程。在要說明的特定實施例中，待平滑的量并不是定標(biāo)器量(如在每個位置處的平均壓力量)，而是對于每個位置的與壓力相關(guān)的分布。因而，平滑過程相對更加復(fù)雜。
為了獲取上述目標(biāo)，本發(fā)明方法的一個實施例遵循以下所闡明的方法。可使用其它的方法，且有些方法與此方法極為相當(dāng)，或甚至比此方法更可取。該方法如下確定每個位置的有效觀測值數(shù)量。在該實施例中，每個位置可輸入多達260個觀測值。一些位置可能具有這么多(或更多)的觀測值，而其它位置可能具有較少的觀測值或一個也沒有。所有非有效數(shù)據(jù)被取代。有效觀測值與非有效觀察值之間的差別是基于這樣的事實，即低于800hPa的壓力值是不可能的，且因此是無效的。當(dāng)每個位置的全部有效觀測值被輸入后，本發(fā)明方法循環(huán)通過數(shù)據(jù)位置，在每個位置(被稱為“中心位置”)應(yīng)用下述程序1)獲取該中心位置和具有相同陸地/海洋值的所有相鄰位置(即，圍繞“中心單元”的所有網(wǎng)格單元)的全部有效觀測值。即，如果中心位置是海洋位置，則僅考慮也是海洋位置的相鄰位置。如果中心位置是陸地位置，則僅考慮也是陸地位置的相鄰位置。因此，在平滑過程中陸地和海洋觀測值并不加以混合。
2)構(gòu)建全部點的壓力分布文件。例如，通過對中心位置觀測值計數(shù)兩次，則將它們更大量地加權(quán)。取決于具有相同陸地/海洋值的相鄰位置的數(shù)目以及在每個位置的有效觀測值的數(shù)目，獲得任意數(shù)目的觀測值用于此特定壓力分布文件。
3)使用三次樣條函數(shù)，以將壓力分布函數(shù)內(nèi)插成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)目的觀測值(例如，每個位置100個觀測值)。
上述方法將產(chǎn)生一數(shù)據(jù)集，其在與原始單元分隔不超過1度的每個網(wǎng)格單元上具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)目(例如100)的壓力和壓力導(dǎo)數(shù)觀測值。通過重復(fù)操作(iteration)，人們可從理論上可以填充所關(guān)注區(qū)域中存在的全部空隙。
上述所說明的方法實現(xiàn)了之前所闡述的目標(biāo)。在所關(guān)注區(qū)域內(nèi)得不到歷史觀測值的位置被“填充”，并且穿過所關(guān)注區(qū)域的變化得到平滑。然而，出現(xiàn)在陸地/海洋過渡位置處陡的壓力梯度被維持。
壓力氣候圖平滑操作由圖3中的方框44來表示。應(yīng)該注意到在所說明的實施例中，通過上述方式，陸地氣候圖和海洋氣候圖兩者被建立和平滑。
圖4是一流程圖，其進一步示例了圖1實施例中產(chǎn)生替代風(fēng)暴軌跡的步驟。在該操作中的第一步驟是選擇在圖1所示例整個過程的第一步驟中所輸入的多個歷史軌跡(即經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù))中的一個。選擇操作在圖4流程圖中由方框46所表示。然后對于所選擇的歷史軌跡，產(chǎn)生替代軌跡。下面進一步詳細(xì)描述其中產(chǎn)生每個替代軌跡的具體方式。該操作由4流程圖中的方框48所表示。產(chǎn)生多(N)個替代的軌跡。在圖4實施例中，這是通過判斷框50和由此引起的循環(huán)的存在而加以示例。類似地，對于每個歷史軌跡，產(chǎn)生多個軌跡。該方面的操作由判斷框52及由此引起的循環(huán)的存在而加以示例。
在替代軌跡的產(chǎn)生之后，圖1中所示例的方法實施例產(chǎn)生每個歷史軌跡和替代軌跡的替代的壓力演變(“APE”)。圖5是進一步示例在圖1實施例中產(chǎn)生APE的步驟的流程圖。在此步驟中的第一操作是選擇歷史軌跡。該操作由圖5中的方框54來表示。在該步驟中的下一個操作中產(chǎn)生選擇歷史軌跡的APE。該操作由圖5中的方框56來表示。產(chǎn)生多(M)個APE。該特征由判斷框58和由此引起的循環(huán)示意性地加以表示。
除了產(chǎn)生每個歷史軌跡的APE以外，還希望產(chǎn)生與每個歷史軌跡有關(guān)的每個替代軌跡的APE。因而，在產(chǎn)生第一歷史軌跡的APE之后，該實施例的方法將從該選擇的歷史軌跡所產(chǎn)生的每個替代軌跡與該歷史軌跡的原始壓力演變相聯(lián)系。該操作由圖5中的方框60來表示。然后為該替代軌跡產(chǎn)生APE(方框62)。產(chǎn)生APE的方法與聯(lián)系結(jié)合方框56所提及的操作使用的方法相同。下面進一步對適用于該操作的具體采樣過程加以討論。為每個替代軌跡產(chǎn)生多(M)個APE。此特征由圖5中的判斷框64及由此引起的循環(huán)來示例。然后類似地為與每個歷史軌跡有關(guān)的多(N)個替代軌跡中的每一個產(chǎn)生APE。此特征由圖5中的判斷框66和由此引起的循環(huán)來表示。最終，以這種方式繼續(xù)操作直至產(chǎn)生所有歷史軌跡和所有有關(guān)的替代軌跡的APE。此特征由圖5實施例中的判斷框68和由此引起的循環(huán)來示例。
圖6是一流程圖，其進一步示例基于圖1實施例中的氣候圖來選擇替代風(fēng)暴子集的步驟。該步驟中的第一操作是選擇替代軌跡以建立多個“克隆(clone)”年份。具體地，每個歷史年份包括多個歷史風(fēng)暴。根據(jù)上述討論，為給定年份中的每個歷史軌跡建立多(N)個替代軌跡。然而，由于替代軌跡是通過隨機過程(盡管該過程使用相關(guān)采樣技術(shù))產(chǎn)生的，給定年份的一些替代軌跡比其它替代軌跡更可能出現(xiàn)。選擇過程是基于其中出現(xiàn)有關(guān)歷史風(fēng)暴軌跡的實際年份的氣候圖知識。換句話說，基于所建立的氣候圖知識，取消選定可被判斷為在現(xiàn)實中相對地不太可能出現(xiàn)的替代軌跡。由此，從整個可用來建立“克隆”年份的替代軌跡進行選擇以包括某些替代軌跡并排除其它替代軌跡。該操作由圖6中的方框70所示例。
對所選擇風(fēng)暴的數(shù)據(jù)進行的“調(diào)整”涉及之前所討論的“陸地上”標(biāo)志。由于當(dāng)風(fēng)暴從水面上移動到陸地上時壓力快速增加，所以與替代軌跡有關(guān)的壓力數(shù)據(jù)被調(diào)節(jié)以反映該現(xiàn)象。該操作由圖6流程圖中的方框72來表示。
在由圖1流程圖中所示例的整體方法中的第一步驟涉及對沿著每個風(fēng)暴路徑的特定點的風(fēng)場進行計算。這種計算包括應(yīng)用Holland的公式，計算方向性粗糙度系數(shù)，并且計算溫帶氣旋邊性(extra-tropicaltransition)。這些操作由圖6流程圖中的方框74、76、78和80來表示。
如之前提到的，通過相關(guān)采樣技術(shù)來產(chǎn)生替代的風(fēng)暴軌跡。圖7示例產(chǎn)生表示替代風(fēng)暴軌跡的概率數(shù)據(jù)集的點的方法。參考圖7，線段100表示歷史風(fēng)暴軌跡的一部分。出于討論的目的，疊加了x-y坐標(biāo)系統(tǒng)，從而線100可以由如下三點來表示x＝0 1 2y＝0 1 1由線102所表示的替代軌跡的對應(yīng)點通過如下步驟產(chǎn)生，即建立歷史軌跡的每個點的序列隨機多元組(xr，yr)，然后計算沿著軌跡的這些數(shù)目的累加和(x’，y’)(即對沿著軌跡的隨機偏差求和)，且隨后將這些累積的隨機偏差(x’，y’)加到歷史軌跡(x，y)中。最后得到的點定義了替代的軌跡。在圖7實例中，隨機元組是xr＝1 0-1yr＝0 0 1沿著替代軌跡的累加和是x’＝1 1+0＝11+(-1)＝0y’＝0 0+0＝00+1＝1最終，獲得在所產(chǎn)生軌跡(線102)上的點如下x+x’＝0+1＝11+1＝22+0＝2y+y’＝0+0＝01+0＝11+1＝2存在產(chǎn)生隨機數(shù)字的不同辦法，既可通過從正態(tài)或均勻分布的獨立采樣，也可以通過相關(guān)采樣技術(shù)(如有向的隨機游走)。利用后者，后一點可僅與前一點偏離一定的度數(shù)。正如下面將進一步加以詳細(xì)示例的那樣，相關(guān)采樣技術(shù)(具體地，有向的隨機游走)產(chǎn)生更逼真的替代風(fēng)暴軌跡。
圖8a-8c示例通過上述所說明的技術(shù)，采用獨立和相關(guān)采樣所產(chǎn)生的替代風(fēng)暴軌跡。圖8a示例當(dāng)由從正態(tài)分布進行獨立采樣而產(chǎn)生隨機數(shù)時所獲取的結(jié)果。在圖8a中，粗線104表示歷史軌跡。其余的線表示替代軌跡。替代軌跡示例本質(zhì)上不大可能出現(xiàn)的反復(fù)無常的風(fēng)暴移動。
圖8b示出歷史軌跡104和由獨立采樣技術(shù)所產(chǎn)生的多個替代軌跡，其中隨機數(shù)是從均勻分布產(chǎn)生的。在該實例中的替代軌跡比圖8a中所示例的那些替代軌跡更加平滑。然而，圖8b中的替代軌跡仍然顯示出在沿著軌跡的眾多點處不切實際的“移動”。
圖8c示出歷史軌跡104和通過相關(guān)采樣技術(shù)而產(chǎn)生的多個替代軌跡。在圖8c中，沿著替代軌跡的每個點可僅與前一點偏離一定度數(shù)。如結(jié)果所示例，此“有向的隨機游走”產(chǎn)生的替代的軌跡比圖8a和8b中所示例的那些更為現(xiàn)實。
圖9a示例當(dāng)根據(jù)相對較大數(shù)量的歷史軌跡中的每一個來產(chǎn)生多個替代軌跡時而產(chǎn)生的結(jié)果。在圖9a的示例中，每個歷史軌跡，以及其相應(yīng)有關(guān)的替代軌跡，開始于共同點(見，例如軌跡開始于圖9a右下部分)。圖9b示例類似數(shù)量的軌跡，但是其結(jié)合有本發(fā)明方面的改進。改進涉及為與特定歷史軌跡有關(guān)的多個替代軌跡中的每一個選擇替代的起點。由分別在圖9a和9b右下部分中的區(qū)域顯然可見該變化的效果。該變化在一定程度上減緩了替代的和歷史軌跡的非自然“集聚”，這在圖9a的示例中是顯然的。
圖10示例當(dāng)將相對大量的歷史軌跡和與每個歷史軌跡有關(guān)的多個替代軌跡疊加在加勒比海和北大西洋的地圖上時所獲取的結(jié)果。
現(xiàn)在將說明產(chǎn)生替代壓力演變(APE)的采樣過程。正如上面結(jié)合圖3所討論的，建立壓力氣候圖并且對其加以平滑。這些步驟之后，選擇歷史風(fēng)暴以用于采樣。在每個位置處，首先注意歷史壓力。然后，根據(jù)從經(jīng)平滑的壓力氣候圖中可得到的那個位置的壓力分布，選擇替代壓力值。然后使所選擇的壓力與歷史軌跡的那個地理點相聯(lián)系，以產(chǎn)生那個點的替代壓力演變。重復(fù)此過程以建立每個點的多(M)個替代壓力值，且由此建立歷史軌跡的多個替代壓力演變。
產(chǎn)生所選擇軌跡的替代壓力演變的一種方式可被稱為“最小值”方法。在此方法中，識別所選擇軌跡中絕對壓力最小值的位置(緯度和經(jīng)度)。然后根據(jù)在那個位置處的壓力分布函數(shù)選擇新的壓力值。所述選擇可基于隨機選擇。一旦選擇了新的最小值，則相應(yīng)地沿著所選擇軌跡的所有其它壓力值被調(diào)節(jié)，只留下第一個和最后一個值不變。這導(dǎo)致反映所選擇軌跡的形狀的替代壓力演變，但是其中壓力的絕對值將在每個位置處(沿著軌跡的正好第一和正好最后位置除外)發(fā)生變化。著陸和離開陸地的位置還可被加以識別，以確保在那些位置處的替代壓力演變中設(shè)置適當(dāng)?shù)闹怠?br> 另一種可產(chǎn)生替代壓力演變的方法可以被描述為“百分比”方法。該方法基于隨著時間的壓力差(dp/dt)，以及來自歷史軌跡的信息。計算替代軌跡的壓力演變的步驟如下a)沿替代軌跡在時刻t＝0時，將壓力值p(0)設(shè)置成等于在時刻t＝0時歷史風(fēng)暴的壓力值。
b)在時刻t＝1時，通過首先確定沿著歷史軌跡在時刻t＝0和t＝1之間的壓力變化的百分比，則對沿著替代軌跡的壓力值加以確定。該值位于歷史軌跡的壓力分布曲線上位置x＝1處。將該百分比改變一定量，并且對應(yīng)于所變化的百分比的壓力變化值位于替代軌跡的位置x＝1處的壓力分布中。則在替代軌跡中時刻t＝1時的壓力值等于在時刻t＝0時的壓力再加上位于替代軌跡壓力分布中的值。
c)對于時刻t＝2，參考在時刻t＝1時所確定的值，重復(fù)上述步驟。
優(yōu)選地根據(jù)均勻分布改變百分比。變化量優(yōu)選地大約為+/-15％。通過從最后的時間步驟開始且反過來進行直到t＝0時刻的所述相同過程之后，則可建立第二替代的壓力演變。通過取第一和第二壓力演變的加權(quán)平均，即給在軌跡開始附近的第一壓力演變更多的權(quán)及給在軌跡終點附近的第二壓力演變更多的權(quán)，則可確定第三替代壓力演變。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到可類似地確定其它變化，以產(chǎn)生附加的壓力演變。
針對在初始步驟中所輸入的每個歷史軌跡，以及針對從每個歷史軌跡中所產(chǎn)生的每個替代軌跡，重復(fù)產(chǎn)生替代壓力演變的過程。因而，如果對每個歷史軌跡產(chǎn)生N個替代軌跡，并且如果對每個歷史和替代軌跡產(chǎn)生M個APE，則為每個歷史風(fēng)暴產(chǎn)生其數(shù)據(jù)可得到的總計(N+1)×M個“人造”風(fēng)暴。即，每個軌跡(不管它是歷史的或是替代的軌跡)與M個假定壓力演變相聯(lián)系。
圖11示例為多個風(fēng)暴軌跡產(chǎn)生的APE。在圖11的每個示例中，所選擇風(fēng)暴軌跡的壓力演變由粗線來加以示例，而為所選擇風(fēng)暴軌跡所產(chǎn)生的APE則由較輕的線來表示。如前面所討論，APE的輪廓或形狀類似于所選擇的軌跡。然而，如所示例，沿著該軌跡在任一給定位置處的絕對壓力值有差異。
每個歷史壓力演變點的替代壓力的選擇受到一些約束。例如，針對特定點所選擇的替代壓力值將不超過在那個特定點處還從未觀測到的壓力值，或基于SST利用氣候圖擴展已經(jīng)被確定的那些壓力值。此外，如果在歷史壓力演變中，在特定位置出現(xiàn)不尋常的壓力變化，則可為那個位置處的APE選擇類似地不尋常的變化。也避免了本質(zhì)上不可能或在給定位置上極不可能出現(xiàn)的壓力變化。結(jié)合聯(lián)系圖3所討論的壓力氣候圖的建立而研制的壓力分布，被用來助于對這些約束的滿足。
雖然根據(jù)上述說明，本公開內(nèi)容已經(jīng)參考特定的裝置、材料和實施例被加以說明，但是本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以方便地判明本公開內(nèi)容的基本特征，并且可進行各種變化和修改以適應(yīng)各種使用和特征，而不偏離在下面權(quán)利要求所闡明的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.用于熱帶氣旋的與位置相關(guān)的自動的概率預(yù)報方法，其中產(chǎn)生氣象事件的數(shù)據(jù)記錄，并確定與熱帶氣旋有關(guān)的特定氣象條件的與位置相關(guān)的概率值，其特征在于表示氣象事件歷史軌跡的數(shù)據(jù)記錄被分配到所述氣象事件出現(xiàn)的年份，并且被存儲在計算單元的存儲器模塊中，所述數(shù)據(jù)記錄包括表示沿著歷史軌跡的事件的地理位置和/或強度的多個點，借助第一MonteCarlo模塊對于每個歷史軌跡產(chǎn)生表示替代軌跡的多個新數(shù)據(jù)記錄，其中通過相關(guān)采樣過程從沿著歷史軌跡的所述點產(chǎn)生所述新數(shù)據(jù)記錄的點，借助于計算單元來建立在所關(guān)注地理區(qū)域上的網(wǎng)格，所述區(qū)域包括該多個歷史軌跡的至少一部分，并且基于與位于該網(wǎng)格中選擇單元內(nèi)沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的強度數(shù)據(jù)，產(chǎn)生所述選擇網(wǎng)格單元的強度氣候圖，對于每個所述替代軌跡，借助于第二MonteCarlo模塊產(chǎn)生一個或多個新的強度數(shù)據(jù)，其中，所述替代軌跡的新數(shù)據(jù)記錄的一個或多個新強度數(shù)據(jù)是借助MonteCarlo采樣過程，從與沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點相關(guān)的強度數(shù)據(jù)中產(chǎn)生的，借助于根據(jù)強度和/或發(fā)生年份對氣象事件分類的縮放比例表，產(chǎn)生歷史軌跡數(shù)據(jù)記錄的可定義的時間段的分布，所述歷史軌跡的所述分布根據(jù)它們被賦予的年份，在新的或累積的數(shù)據(jù)記錄內(nèi)，通過濾波模塊被再現(xiàn)，基于可定義的風(fēng)場分布圖產(chǎn)生每個數(shù)據(jù)記錄的風(fēng)場，并且由內(nèi)插模塊向所述網(wǎng)格中的每個點賦予一概率，從而給出在給定地理位置和時間的特定風(fēng)強度出現(xiàn)的概率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熱帶氣旋事件，尤其是颶風(fēng)事件或臺風(fēng)事件或熱帶風(fēng)暴事件被用作氣象事件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的一個所述的方法，其特征在于表示強度的所述數(shù)據(jù)包括與沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的大氣壓力數(shù)據(jù)，所述大氣壓力數(shù)據(jù)定義歷史軌跡的歷史壓力分布圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于強度氣候圖包括壓力氣候圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于用于所選擇單元的至少一個的壓力氣候圖是壓力分布函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中的一個所述的方法，其特征在于所述大氣壓力數(shù)據(jù)包括絕對壓力(P)和絕對壓力關(guān)于時間的導(dǎo)數(shù)(dP/dT)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的一個所述的方法，其特征在于從與網(wǎng)格中選擇單元有關(guān)的大氣壓力數(shù)據(jù)及從與相鄰該選擇單元的一個或多個單元有關(guān)的大氣壓力數(shù)據(jù)的至少一個中，建立所述用于網(wǎng)格中該選擇單元的壓力氣候圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中的一個所述的方法，其特征在于從與選擇單元有關(guān)的壓力數(shù)據(jù)和與選擇單元相鄰的一個或多個單元有關(guān)的壓力數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值，建立所述用于該選擇單元的壓力氣候圖。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中的一個所述的方法，其特征在于網(wǎng)格中的每個單元被賦予一陸地/海洋值，并且其中只有在相鄰單元與選擇單元具有相同的陸地/海洋值時，利用與該相鄰單元有關(guān)的壓力數(shù)據(jù)來建立所述選擇單元的壓力氣候圖。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中的一個所述的方法，其特征在于利用網(wǎng)格中所選擇單元的壓力氣候圖，產(chǎn)生一個或多個所述歷史軌跡的一個或多個替代的壓力分布圖。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10中的一個所述的方法，其特征在于產(chǎn)生所述一個或多個所述替代軌跡的一個或多個壓力分布圖。
12.根據(jù)權(quán)利要求4至11中的一個所述的方法，其特征在于利用網(wǎng)格中所選擇單元的壓力氣候圖，產(chǎn)生所述替代軌跡中的一個或多個的一個或多個替代的壓力分布圖。
13.根據(jù)權(quán)利要求3至12中的一個所述的方法，其特征在于至少部分地基于沿著與關(guān)聯(lián)氣象事件的歷史軌跡的歷史壓力分布圖，修改至少如下內(nèi)容之一歷史軌跡的替代壓力分布圖、替代軌跡的壓力分布圖，以及替代軌跡的替代壓力分布圖。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的一個所述的方法，其特征在于所述相關(guān)采樣過程是有向的隨機游走過程。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的一個所述的方法，其特征在于多個替代軌跡中的至少一些所具有的起點與所述替代軌跡所基于的歷史軌跡的起點不同。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中的一個所述的方法，其特征在于表示基于所述歷史軌跡的替代軌跡的數(shù)據(jù)通過下述步驟產(chǎn)生i)產(chǎn)生針對歷史軌跡的歷史點(x，y)的系列隨機元組(xr，yr)；ii)沿著歷史軌跡計算隨機元組的隨機偏差(x’，y’)的和，以及iii)將隨機偏差(x’，y’)的和相加到歷史軌跡的歷史點(x，y)，以產(chǎn)生沿著替代軌跡的替代點。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中的一個所述的方法，其特征在于經(jīng)度和緯度被賦予給表示歷史氣象事件的軌跡的所述數(shù)據(jù)，所述經(jīng)度和緯度定義沿著所述軌跡的多個點。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中的一個所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)記錄包括表示多個歷史軌跡的數(shù)據(jù)記錄，并且所述新數(shù)據(jù)記錄包括表示所述多個歷史軌跡中不止一個歷史軌跡的多個替代軌跡的數(shù)據(jù)記錄。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中的一個所述的方法，其特征在于表示歷史軌跡的所述數(shù)據(jù)包括至少i)表示歷史軌跡的多個點的經(jīng)度和緯度；ii)至少一些沿著歷史軌跡的點的方位角；iii)至少一些沿著歷史軌跡的點的速度；iv)至少一些沿著歷史軌跡的點的方位角的變化率；以及v)至少一些沿著歷史軌跡的點的速度的變化率。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中的一個所述的方法，其特征在于選擇表示替代軌跡的數(shù)據(jù)的至少一個子集用于概率性數(shù)據(jù)集。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中的一個所述的方法，其特征在于根據(jù)一個或多個物理定律，限制表示替代軌跡的所述數(shù)據(jù)記錄的所述替代點與相應(yīng)歷史點的差異。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21中的一個所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)記錄包括表示多個歷史軌跡的數(shù)據(jù)以及表示與沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的大氣壓力的數(shù)據(jù)，所述大氣數(shù)據(jù)定義歷史軌跡的歷史壓力分布圖，并且所述新數(shù)據(jù)記錄包括所述多個歷史軌跡中不止一個歷史軌跡的多個替代軌跡，其中i)產(chǎn)生一個或多個歷史軌跡的一個或多個替代的壓力分布圖；ii)產(chǎn)生一個或多個替代軌跡的一個或多個壓力分布圖；以及iii)產(chǎn)生一個或多個替代軌跡的一個或多個替代的壓力分布圖。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于基于選擇時間段的氣候條件，從表示歷史軌跡、替代軌跡及壓力分布圖的數(shù)據(jù)中提取一數(shù)據(jù)子集。
24.根據(jù)權(quán)利要求3至23中的一個所述的方法，其特征在于產(chǎn)生與歷史氣象事件的軌跡有關(guān)的多個替代的壓力分布圖。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于借助于Monte-Carlo模塊通過下述步驟產(chǎn)生多個替代的壓力分布圖(i)識別沿著歷史氣象事件的軌跡絕對壓力最小值的出現(xiàn)點；(ii)選擇在步驟(i)中所識別點處的替代壓力值；(iii)根據(jù)所選擇的替代壓力值，調(diào)節(jié)沿著歷史氣象事件軌跡的多個其它點處的壓力值，以建立替代的壓力分布圖；以及(iv)重復(fù)步驟(i)、(ii)和(iii)以產(chǎn)生與歷史氣象事件軌跡有關(guān)的多個替代壓力分布圖。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于基于所述歷史氣象事件的軌跡，產(chǎn)生表示多個替代軌跡的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括表示沿著所述替代軌跡的地理位置的多個替代點。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于產(chǎn)生與所述多個替代軌跡的至少一些有關(guān)的多個替代壓力分布圖。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于通過下述步驟產(chǎn)生與所述多個替代軌跡有關(guān)的所述多個替代壓力分布圖(i)識別沿著所述替代軌跡之一絕對壓力最小值的出現(xiàn)點；(ii)選擇在步驟(i)中所識別的點處的替代壓力值；(iii)根據(jù)所選擇的替代壓力值，調(diào)節(jié)沿著所述替代軌跡的多個其它點處的壓力值，以產(chǎn)生替代的壓力分布圖；以及(iv)重復(fù)步驟(i)、(ii)和(iii)以產(chǎn)生與所述多個替代軌跡有關(guān)的多個替代壓力分布圖。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于通過下述步驟產(chǎn)生與多個替代軌跡中的至少一些有關(guān)的多個替代壓力分布圖(i)識別沿著歷史軌跡的第一位置處的壓力值，并且設(shè)定在沿著替代軌跡的對應(yīng)位置的壓力值等于所識別的壓力值；(ii)確定在第一位置和第二位置之間沿著所述歷史軌跡的壓力變化的百分比；(iii)使所述百分比改變一選擇的量；(iv)基于所改變的百分比確定在替代軌跡的第二位置處的壓力值；以及(v)對于沿著替代軌跡的附加點，重復(fù)步驟(i)、(ii)、(iii)和(iv)，以建立與該替代軌跡有關(guān)的替代壓力分布圖；以及(vi)重復(fù)步驟(i)、(ii)、(iii)、(iv)和(v)，以建立所述多個替代軌跡中其它軌跡的壓力分布圖。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于百分比改變大約+/-15％。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于借助于Monte-Carlo模塊通過下述步驟產(chǎn)生附加的替代的壓力分布圖(i)選擇沿著歷史軌跡的不同位置作為起點，以及/或(ii)使百分比變化一不同的量。
32.根據(jù)權(quán)利要求1至31中的一個所述的方法，其特征在于使用Saffir-Simpson颶風(fēng)劃分體系作為縮放比例表的基礎(chǔ)。
33.用于熱帶氣旋的位置相關(guān)的自動預(yù)報系統(tǒng)，借助于此，產(chǎn)生氣象事件的數(shù)據(jù)記錄，并且確定與熱帶氣旋有關(guān)的特定氣象條件的位置相關(guān)概率值，其特征在于所述系統(tǒng)包括用于將表示氣象事件的歷史軌跡的數(shù)據(jù)記錄分配給所述氣象事件出現(xiàn)的年份的計算模塊，以及用于將所述數(shù)據(jù)記錄存儲其中的存儲器模塊，所述數(shù)據(jù)記錄包括表示沿著歷史軌跡的事件的地理位置和/或強度的多個點，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生表示每個歷史軌跡的替代軌跡的多個新數(shù)據(jù)記錄的MonteCarlo模塊，其中通過相關(guān)采樣過程從沿著歷史軌跡的所述點產(chǎn)生所述新數(shù)據(jù)記錄的點，所述計算單元包括用于在所關(guān)注地理區(qū)域上建立網(wǎng)格的裝置，所述區(qū)域包括多個歷史軌跡的至少一部分，并且所述裝置基于與位于所述選擇網(wǎng)格單元內(nèi)沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的強度數(shù)據(jù)，用于產(chǎn)生網(wǎng)格中所選擇單元的強度氣候圖；所述系統(tǒng)包括縮放比例表和濾波模塊，所述縮放比例表用于產(chǎn)生歷史軌跡數(shù)據(jù)記錄的可定義的時間段的分布，其根據(jù)強度和/或出現(xiàn)的年份對氣象事件分類，所述濾波模塊根據(jù)歷史軌跡被賦予的年份，在新的或累積的數(shù)據(jù)記錄內(nèi)再現(xiàn)所述歷史軌跡的所述分布，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生每個數(shù)據(jù)記錄的風(fēng)場的可定義的風(fēng)場分布圖，以及用于向所述網(wǎng)格中的每個點賦予概率的內(nèi)插模塊，從而給出在給定地理位置及時間處的特定風(fēng)強度出現(xiàn)的概率。
34.一種計算機程序產(chǎn)品，其能夠被裝載在數(shù)據(jù)計算機的內(nèi)部存儲器中，并且包括軟件碼部分，借此當(dāng)所述產(chǎn)品在計算機上運行時，能夠執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至32中之一的步驟，利用軟件和/硬件能夠產(chǎn)生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于熱帶氣旋的與位置相關(guān)的自動概率預(yù)報方法，借助第一MonteCarlo模塊基于歷史軌跡產(chǎn)生表示替代軌跡的多個新數(shù)據(jù)記錄，其中通過相關(guān)采樣過程從沿著歷史軌跡的所述點產(chǎn)生所述新數(shù)據(jù)記錄的點；基于與位于某一網(wǎng)格單元內(nèi)沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的強度數(shù)據(jù)，產(chǎn)生強度氣候圖；目前借助于第二MonteCarlo模塊產(chǎn)生新的強度數(shù)據(jù)，其中借助MonteCarlo取樣過程，從與沿著歷史軌跡的多個點中的至少一些點有關(guān)的強度數(shù)據(jù)中產(chǎn)生新的強度數(shù)據(jù)；在新的或累積的數(shù)據(jù)記錄內(nèi)，所述歷史軌跡的所述分布通過濾波模塊被再現(xiàn)；以及產(chǎn)生每個數(shù)據(jù)記錄的風(fēng)場，以及由內(nèi)插模塊將概率賦予到所述網(wǎng)格中的每個點，從而給出在給定地理位置及時間處的特定風(fēng)強度出現(xiàn)的概率。
文檔編號G01W1/10GK1922508SQ200480042135
公開日2007年2月28日 申請日期2004年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者大衛(wèi)·N·布雷施, 帕梅拉·黑克, 格里·萊姆克 申請人:瑞士再保險公司