基于糊模识别对全球变暖与飓风强度关系的分析

李 丹，徐 亮，李 薇，李春忠，朱家明

（1.安徽财经大学 金融学院；2.安徽财经大学 统计与应用数学学院，安徽 蚌埠 233030）

王朋朋等建立时间序列模型分析了威海市近50年气温变化的特征，江田汉通过多分形谱研究了全球气温的变化.田荣湘主要研究了南半球气候变暖对西北太平洋热带气旋频数的影响.本文主要通过滑动t检验发现数据没有发生突变，进而对近一百多年来的全球气温变化进行分析，来研究全球变暖的程度.针对已发生的台风强度运用模糊识别研究台风强度的等级划分，并通过建立气温与台风强度的模糊子集计算气温变化时与原有的台风强度等级的区间贴近度，以此来研究全球变暖对台风强度的影响.

1 数据来源

通过查找NCDC的数据和相关资料并进行计算处理，近一百多年全球平均气温的距平值.并通过查找相关资料得到全球各地近百年来的四十多个飓风的相关数据.

2 基于滑动t检验对全球变暖程度进行分析

本文以气温变化为指标来研究全球变暖程度的变化.[1-3]

单总体滑动t检验是检验一个样本平均数与一已知的总体平均数的差异是否显著.当总体分布是正态分布，如总体标准差?未知且样本容量n＜30，那么样本平均数与总体平均数的离差统计量呈t分布.检验统计量为

图1 全球平均气温距平图

在这里，t为样本平均数与总体平均数的离差统计量；x¯为样本平均数；μ为总体平均数；σx为样本标准差；n为样本容量.

运用SPSS软件进行滑动t检验，结果见表1与表2.

表1 单一样本统计资料

表2 单一样本检定

由表可知显著性为0.815＞0.05,所以数据没有发生突变.通过对上述数据进行分析，可知全球变暖趋势在持续，但近几年来升温速率趋于平缓.

3 基于模糊模型识别的飓风强度评估模型[4-7]

通过分析和查阅相关资料，建立与飓风强度有关的最大风速、最小压力、风暴潮的指标体系，并对数据进行无量纲化.

将无量纲化后的数据与飓风等级见的关系制成散点图，结果见图3.

我们采用对分组后的无量纲化数据按飓风等级对每个等级下的指标数据求均值，则可得到飓风等级的模糊子集:

图2 飓风等级与各指标间散点图

以上就是最终形成的能够衡量飓风活动强度的模糊子集模型.

4 基于模糊识别模型研究全球变暖对飓风强度变化的影响

首先热带气旋最大潜在强度理论是利用LPCC WCRP’S CMLP3全球气候模式控制实验模拟20世纪气候背景的多种模式资料[8]，计算最大表面风速（这里的最大表面风速即为问题二中的最大风速这一指标），有以下方程式:

上式中Vm为最大风速，ε为热机的热力学效率，定义式为(Ts-T0)/Ts，通过查阅相关资料可得出ε一般取1/3，为了简化方程，我们令ε=1/3，Ck和CD分别为熵交换系数和表面拖曳系数，k0n和kα分别是海表h和海空h上大气的饱和熵，由于我们是研究温度与飓风强度的关系，因此都取定值.Ts为海表温度（SST），我们假设Ts与全球平均气温存在着此函数关系即：Ts=kx，其中x为全球平均气温，k为正比系数，代入上式可得到新的方程

其次Baik和Paek在1998年用1960-1990年共31年的西北太平洋热带气旋的资料建立了中心最低气压Pc与海表温度Ts之间的关系式：

其中b5=0.0043994,b4=-0.46681,b3=19.4898,b2=-400.881

将Ts=kx代入得

由于缺乏风暴潮与温度之间的关系式，因此假定风暴潮不随气温的变化而变化，则可以得到一个当全球平均气温为x时的一个未知的飓风等级的模糊子集

其中Vm和Pc已在上文给出，y为风暴潮的指标数值，取定值.

当全球变暖的程度加深时，全球平均气温必然上升，则可通过计算气温变化时Bx与第二题中所得出的分别代表5个飓风等级的模糊子集的贴近度的变化，来研究气温即全球变暖对飓风强度的影响.

这里我们采用海明贴近度来计算，即：

接下来我们便实际应用这样的一个模型.先取一个飓风等级为1的模糊子集，回代入Vm和Pc的方程式即可得到其所对应的全球平均气温即全球变暖的程度，将其代入海明贴近度公式即可计算出一组贴近度.

我们取该模糊子集为Bx=(0.4723,0.9796,0.3044)回代得α=2.4℃，得到的贴近度分别为

当温度上升后，即α'=2.5℃时，得到新的模糊子集

图3 贴近度对比图

可明显看到，当气温上升时，飓风强度相对于等级1的贴近度下降，相对于等级2的贴近度上升，即气温上升时，飓风强度会增加.

通过上述模型可得，全球变暖程度加深时，飓风强度会加强.

5 结束语

环境问题是多年来备受关注的话题，良好的自然环境给人们带来巨大的帮助，让人们身心舒适，生活健康.然而，近年来，随着科技的发展和时代的进步，人类活动对自然界产生了一系列的影响，全球变暖就是影响之一.全球变暖会带来一系列的问题，通过本文的分析，我们也发现全球变暖的加深将会导致飓风强度的加剧.因此，可以意识到全球变暖的防治工作是极其重要的.