极值理论在气象中的应用

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近十多年来,世界各地因极端气候天气气候事件所引发的自然灾害给人类社会和生态环境造成的直接经济损失呈指数上升趋势,由此而导致的人类死亡率也在不断增长。例如,各地出现的洪涝、干旱、暴雨、飓风、严寒、高温等极端天气气候事件,它们的频发或持续,往往造成极其严重的自然灾害。根据最近的统计,全球气候变化及相关的极端天气气候事件所造成的经济损失在过去40年中平均上升了10倍。仅就中国而言,由于极端天气气候事件而引发的气象灾害就占整个自然灾害的70%以上。研究表明,由人类因素所造成的全球气候变暖,几乎与自然因素相当,甚至超过了自然气候系统的变化幅度,而极端气候事件发生的频率和强度也在改变。然而,长期以来,关于极端气候的研究甚少,故使该领域成为气候变化研究的一个薄弱环节。直到20世纪90年代中期以来,极端气候问题才逐渐成为全球变化研究的一个热点。通常人们习惯应用极值理论来处理这类问题,极值理论被用于多个领域,如物理学、工程学、计算机科学、金融、水文和大气科学,随着极值理论理论的不断发展,极端气候事件已成为目前重要的研究课题。   本文讨论了三大极值理论和近极端事件的密度,并对高温破纪录事件进行了研究,其中重点是极值理论在全球增暖背景下高温破纪录事件发生规律中的研究。   第一章阐述了本文研究的理论与意义,介绍了国内外主要研究成果,概述了本文研究内容、研究方法和创新之处。   第二章对极值分布的基本理论作了一个简单回顾。重点介绍了几种常见的极值分布及其一般形式GEV,同时,对极值分布模式参数的两种经典估计作了简单的讨论。   第三章通过态密度的定义,给出了平均状态密度的积分形式,同时,通过极值分布的基本理论,推导出平均状态密度的极限形式,并且具体分析了三种不同极值类型的概率密度函数的平均状态密度的收敛速度与原始数据量的关系。   第四章通过Box-Cox变化,对原始非正态的温度数据进行处理,然后通过逆运算找出最优的温度数据的模拟函数,解决了目前用正态函数模拟温度数据偏差大的难题,并且对厦门51年的温度数据进行了分析,进而把上述理论用于高温破纪录事件中去,得到了比较好的结论,在此基础上,通过蒙特卡罗模拟对中国未来10年6月日平均温度的最概然温度进行了预测。
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