MATLAB 在蚌埠市極端風速中的應用

魏正民

（中國人民解放軍蚌埠汽車士官學校，安徽 蚌埠233000）

MATLAB[1]是一種建立在C 語言基礎上的程序語言系統(tǒng)，采用矩陣作為基本的數據結構，因而MATLAB 也被稱為“矩陣實驗室”。20 世紀80 年代初MATLAB 被推向市場以來， 其功能不斷地被改進和完善，目前已經成為國內外教學、科研和工程方面最重要的應用工具。

MATLAB 自身的優(yōu)勢非常明顯，利用其矩陣的數據結構特點，我們可以并行處理多個對象而互不干擾。 其他的主要特點包括：全面的數值計算能力， 強大的數據處理和數據可視化功能，友好的程序編譯環(huán)境以及豐富的應用工具箱。 這些功能非常適合氣象學上數據的統(tǒng)計處理和分析工作。

極端風速是氣象學上的典型地極端事件，其引起的暴雨、洪水、颶風的破壞力巨大，防洪設施、城市排水系統(tǒng)、核電站等工程在設計時都要考慮到這些因素，因此極端事件的預測就顯得攸關重要。 下面就以蚌埠市為例，借助MATLAB 對其極端風速做出預測。

1 數據處理

本文所用數據來自中國氣象科學數據共享服務網， 原始數據包為：《中國地面國際交換站氣候資料日值數據集》和《中國地面國際交換站氣候資料月值數據集》。 交換站：蚌埠，58221。 從數據集中提取了1951-2012 年每年20-20 時日最大風速的資料。 在分析數據時，為了縮小預測結果的誤差， 基本上每個數據都取自一個完整的 “氣象年”（極個別月份數據丟失除外），且時間跨度都超過了30 年。

借助MATLAB 分析可知， 近年來蚌埠的最大風速整體呈現逐漸下降的趨勢，每年大多出現在3-7 月，其中4 月出現的次數最多。最大降水量從1987 年開始波動較大，且基本上集中于6-9 月。

2 極端風速的統(tǒng)計分析

極值風速問題是氣象學上一個重要問題， 在定量上看是不穩(wěn)定的，但是可以從概率的角度來分析。根據國內外的多年實踐，耿貝爾分布函數用于極端氣象參數事件的分析[2]，取得了非常好的效果，已經得到了廣泛的應用。

下面就從兩個角度對蚌埠市的最大風速進行預測。

2.1 耿貝爾分組的方法

核電廠相對于其他設施，其對安全性的要求比較高，在對周圍環(huán)境的分析比較全面。 所要我們采用核電廠安全導則——《核電廠廠址選擇的極端氣象事件》(HAD101/10) 附錄推薦的極值統(tǒng)計理論分析蚌埠氣象站的最大風速年序列，實際的可操作性比較強。

借助于MATLAB 強大的編程功能， 我們對蚌埠氣象站20-20 時最大風速數據進行了模擬。

與已知數據點比較發(fā)現，這種方法具有一定的局限性，得出的結果與預期的目標有很大的誤差，進而需要采取其他的方法解決問題。

圖1 蚌埠站20-20 時最大風速年序列耿貝爾分布圖

2.2 耿貝爾法

分析耿貝爾分布函數式，對其連續(xù)兩次取對數，該式就轉換成為關于變量xi的線性形式。 該方法的理論研究已經比較成熟[2]， 通過MATLAB 中plot 命令做出蚌埠站20-20 時最大風速耿貝爾分布圖。

通過仿真預測， 蚌埠地區(qū)若干年一遇的最大風速及其對應的置信上限一目了然，比如10 年一遇的最大風速約為16.43 m/s ，置信上限為18.75 m/s 。 這給蚌埠地區(qū)各種工程建設的安全性和投資造價提供了參考依據。

3 結束語

依據科技工作者的以往經驗，中國大部分地區(qū)的極端風速和極端降水都可以用耿貝爾和皮爾遜-III 分布來擬合，只要給程序一個該地區(qū)的歷史數據，計算機會自動計算出需要的結果，程序的持續(xù)應用性比較強。

［1］求是.MATLAB 7.0 從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2006.

［2］黃浩輝,宋麗莉,植石群,劉愛君.廣東省風速極值I 型分布參數估計方法的比較[J].氣象.2007,33(3)：101-106.

［3］國家核安全局.核電廠廠址選擇的極端氣象事件(HAD101/10)[Z].北京，1989：750-752.