MATLAB在蚌埠市极端风速中的应用

【摘 要】借助MATLAB的分析处理能力，本文对蚌埠市的极端风速做出了预测。分析极端风速时，文中比较了“耿贝尔分组法”和“耿贝尔法”两种方法，指出耿贝尔分组法的局限性。

【关键词】MATLAB；极端风速；耿贝尔分布

MATLAB[1]是一种建立在C语言基础上的程序语言系统，采用矩阵作为基本的数据结构，因而MATLAB也被称为“矩阵实验室”。20世纪80年代初MATLAB被推向市场以来，其功能不断地被改进和完善，目前已经成为国内外教学、科研和工程方面最重要的应用工具。

MATLAB自身的优势非常明显，利用其矩阵的数据结构特点，我们可以并行处理多个对象而互不干扰。其他的主要特点包括：全面的数值计算能力，强大的数据处理和数据可视化功能，友好的程序编译环境以及丰富的应用工具箱。这些功能非常适合气象学上数据的统计处理和分析工作。

极端风速是气象学上的典型地极端事件，其引起的暴雨、洪水、飓风的破坏力巨大，防洪设施、城市排水系统、核电站等工程在设计时都要考虑到这些因素，因此极端事件的预测就显得攸关重要。下面就以蚌埠市为例，借助MATLAB对其极端风速做出预测。

1 数据处理

本文所用数据来自中国气象科学数据共享服务网，原始数据包为：《中国地面国际交换站气候资料日值数据集》和《中国地面国际交换站气候资料月值数据集》。交换站：蚌埠，58221。从数据集中提取了1951-2012年每年20-20时日最大风速的资料。在分析数据时，为了缩小预测结果的误差，基本上每个数据都取自一个完整的“气象年”（极个别月份数据丢失除外），且时间跨度都超过了30年。

借助MATLAB分析可知，近年来蚌埠的最大风速整体呈现逐渐下降的趋势，每年大多出现在3-7月，其中4月出现的次数最多。最大降水量从1987年开始波动较大，且基本上集中于6-9月。

2 极端风速的统计分析

极值风速问题是气象学上一个重要问题，在定量上看是不稳定的，但是可以从概率的角度来分析。根据国内外的多年实践，耿贝尔分布函数用于极端气象参数事件的分析[2]，取得了非常好的效果，已经得到了广泛的应用。

下面就从两个角度对蚌埠市的最大风速进行预测。

2.1 耿贝尔分组的方法

核电厂相对于其他设施，其对安全性的要求比较高，在对周围环境的分析比较全面。所要我们采用核电厂安全导则——《核电厂厂址选择的极端气象事件》（HAD101/10）附录推荐的极值统计理论分析蚌埠气象站的最大风速年序列，实际的可操作性比较强。

借助于MATLAB强大的编程功能，我们对蚌埠气象站20-20时最大风速数据进行了模拟。

与已知数据点比较发现，这种方法具有一定的局限性，得出的结果与预期的目标有很大的误差，进而需要采取其他的方法解决问题。

2.2 耿贝尔法

分析耿贝尔分布函数式，对其连续两次取对数，该式就转换成为关于变量xi的线性形式。该方法的理论研究已经比较成熟[2]，通过MATLAB中plot命令做出蚌埠站20-20时最大风速耿贝尔分布图。

通过仿真预测，蚌埠地区若干年一遇的最大风速及其对应的置信上限一目了然，比如10年一遇的最大风速约为16.43 m/s ，置信上限为18.75 m/s 。这给蚌埠地区各种工程建设的安全性和投资造价提供了参考依据。

3 结束语

依据科技工作者的以往经验，中国大部分地区的极端风速和极端降水都可以用耿贝尔和皮尔逊-III分布来拟合，只要给程序一个该地区的历史数据，计算机会自动计算出需要的结果，程序的持续应用性比较强。

【参考文献】

[1]求是.MATLAB 7.0从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2006.

[2]黄浩辉，宋丽莉，植石群，刘爱君.广东省风速极值I型分布参数估计方法的比较[J].气象.2007，33（3）：101-106.

[3]国家核安全局.核电厂厂址选择的极端气象事件（HAD101/10）[Z].北京，1989：750-752.

[责任编辑：庞修平]

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