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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃泳樹
研究生(外文):Yong-Shu Huang
論文名稱:西北颱降雨分析
論文名稱(外文):Rainfall analysis in northwestwardly typhoons
指導教授:邱金火邱金火引用關係
指導教授(外文):Tkin-For Chiu
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:適應性網路架構鐘型函數西北颱
外文關鍵詞:northwestwardly typhoonANFISgbellmf
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颱風是台灣重要的自然災害,颱風所夾帶的豪雨,造成巨大的經濟損失及人員傷亡。其中以「西北颱」為最容易造成重大災害的颱風。
由於形成颱風的因素眾多,而其產生的降雨量亦為颱風本身的特徵之一,故降雨量和颱風的其他特徵或颱風的成因之間應存在某些關聯。本論文主要的目的即在探討影響西北颱降雨量的主要因子,進而提供有效預報降雨量的方法。本研究先選取影響颱風降雨之因子,選用鐘型函數將中心最低氣壓、近中心最大風速、移動速度、暴風半徑、颱風中心距測站最短距離(以臺北測站為基準) 、測站濕度做為六個輸入變數,建立模糊隸屬函數。其建構流程為先將輸入變數值作模糊化轉換,利用MATLAB 模組ANFIS 軟體做類神經網路演算建立模糊資料庫,建立模糊資料庫之後,再將演算結果反模糊化轉換輸出,將其各測站之推估降雨量,與各測站實測降雨量作檢驗,分析評估其學習效果,至其誤差達最小。
颱風之模組建構以西元1950年至2004年中央氣象局颱風之基本資料,藉降雨資料作模糊演算及分析,計算結果可看出本文所述影響雨量六因子,對其學習階段的颱風所推求之累積雨量於臺灣北部各地及迎風面之中央山脈等地尚精確。預測階段的颱風預估累積總雨量上精度比學習階段雖較大但尚可接受,此結果可提供未來西北颱雨量預測參考。
Typhoon is the important calamity of Taiwan. The rainfall of typhoon causes enormous economic losses and casualties, especially for northwestwardly typhoons.
There are many factors to form a typhoon and the rainfall from typhoon is also a symbol of typhoon itself. Therefore, rainfall and other characteristics of typhoon should exist some relationships. The purpose of this study is to investigate the major factors that affects rainfall in the northwestwardly typhoon, and then offers the effective method to predict rainfall. In this research at first the six factors affecting rainfall were chosen, as the input variables. They are the minimum atomospheric pressure, maximum wind velocity near typhoon center, move speed of typhoon center, the radius of typhoon, the shortest distance between typhoon center and Taipei monitoring station, station humidity. These variables were considered to have bell-shaped function distribution to set up fuzzy function. Fuzzification transfers the input data and creats the fuzzy database from the method of the neural nets and its computation program MATLAB/ANFIS. Then the resulting rainfalls were obtained.
The estimated rainfall was compared with the observation rainfall of each station. From these comparisons, the learning effects were analyzed until the minimum errors obtained.
Use the typhoon data from the Central Weather Bureau during the period from years 1950 to 2004, to make a fuzzy calculation and analysis by using rainfall data. For the results in the learning stage, the accuracies of the estimate rainfalls for each station were good, especially for the areas located in the north region of Taiwan and the windward region of the Central Mountain. Although the accuracies of rainfalls for the predicting stage were larger than that of the learning stage, their accuracies were acceptable. The results of this study can be used as a reference for the rainfall prediction for the northwestwardly typhoons.
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
本文目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1研究動機及目的 1
1.2 文獻回顧 2
第二章西北颱資料 5
2.1西北颱颱風定義 5
2.1.1西北颱颱風定義 5
2.1.2侵台之西北颱統計分析 7
2.2 西北颱的特性 10
2.3 西北颱對台灣降雨影響 10
第三章 模糊化推論系統 12
3.1模糊邏輯理論 12
3.2隸屬函數及基本運算子 15
3.2.1模糊化機構 18
3.2.2 模糊規則庫 19
3.2.3 推論引擎 20
3.2.4解模糊化機構 21
3.3模糊化類神經網路 24
3.3.1模糊系統的建立 24
3.3.2模糊類神經網路理論 25
第四章 程式模擬與結果 31
4.1程式建立流程 31
4.1.1定義輸入及輸出變數 34
4.1.2選擇隸屬函數與使用函數之個數 35
4.1.3輸入颱風歷史資料值學習訓練階段 39
4.1.4儲存輸出結果與驗證 40
4.2學習階段模式之模擬分析 40
4.2.1葛瑞絲颱風(1958) 40
4.2.2畢莉颱風(1959) 42
4.2.3崔絲颱風(1960) 44
4.2.4葛樂禮颱風(1963) 46
4.2.5寇拉颱風(1966) 48
4.2.6貝蒂颱風(1969) 49
4.2.7貝蒂颱風(1972) 50
4.2.8尼爾森颱風(1985) 52
4.3 驗證階段模擬之結果分析 53
4.3.1薇拉颱風(1977) 53
4.3.2艾莉颱風(2004) 55
4.4結果檢討 56
第五章 結論與建議 78
5.1 結論 78
5.2 建議 79
參考文獻: 80
附錄1: 西北颱資料表 82
附錄2:Matlab 模組程式操作過程範例 87

圖目錄
圖2-1颱風路徑分類圖 5
圖2-2標準西北颱路徑圖 6
圖2-3變形西北颱路徑圖 7
圖3-1鐘型隸屬函數圖 16
圖3-2模糊推論系統架構圖 18
圖3-3 T-norm運算說明圖 21
圖3-4 T-conorm運算說明圖 21
圖3-5重心法示意圖 23
圖3-6適應性網路架構模糊推論系統架構圖 26
圖3-7模糊適應性學習控制網路圖 29
圖3-8倒傳遞模糊系統(BP)的網路架構圖 30
圖4-1模式建立流程圖 33
圖4-2本文輸入層與輸出層模式架構圖 35
圖4-3中心最低氣壓(毫巴)隸屬函數圖 36
圖4-4近中心最大風速(公尺/秒)隸屬函數圖 36
圖4-5逼近台灣時之移動速度(公里/小時)隸屬函數圖 37
圖4-6暴風半徑(公里)隸屬函數圖 37
圖4-7溼度(%)隸屬函數圖 38
圖4-8颱風中心距台北站最短距離(公里)隸屬函數圖 38
圖4-9模糊類神經網路整體架構圖 39
圖4-10葛瑞絲颱風(1958)路徑圖 67
圖4-11葛瑞絲颱風(1958)累積降雨量學習模擬圖 67
圖4-12畢莉颱風(1959)路徑圖 68
圖4-13畢莉颱風(1959)累積降雨量學習模擬圖 68
圖4-14崔絲颱風(1960)路徑圖 69
圖4-15崔絲颱風(1960)累積降雨量學習模擬圖 69
圖4-16葛樂禮颱風(1963)路徑圖 70
圖4-17葛樂禮颱風(1963)累積降雨量學習模擬圖 70
圖4-18寇拉颱風(1966)路徑圖 71
圖4-19寇拉颱風(1966)累積降雨量學習模擬圖 71
圖4-20貝蒂颱風(1969)路徑圖 72
圖4-21貝蒂颱風(1969)累積降雨量學習模擬圖 72
圖4-22貝蒂颱風(1972)路徑圖 73
圖4-23貝蒂颱風(1972)累積降雨量學習模擬圖 73
圖4-24尼爾森颱風(1985)路徑圖 74
圖4-25尼爾森颱風(1985)累積降雨量學習模擬圖 74
圖4-26薇拉颱風(1977)路徑圖 75
圖4-27薇拉颱風(1977)累積降雨量推估圖 75
圖4-28艾莉颱風(2004)路徑圖 76
圖4-29艾莉颱風(2004)累積降雨量推估圖 76
圖4-30艾莉颱風與佳芭颱風雙颱衛星雲圖 77


表目錄
表2-1西北颱之災情表 9
表4-1葛瑞絲颱風(1958)累積降雨量學習模擬結果 57
表4-2畢莉颱風(1959)累積降雨量學習模擬結果 58
表4-3崔絲颱風(1960)累積降雨量學習模擬結果 59
表4-4葛樂禮颱風(1963)累積降雨量學習模擬結果 60
表4-5寇拉颱風(1966)累積降雨量學習模擬結果 61
表4-6貝蒂颱風(1969)累積降雨量學習模擬結果 62
表4-7貝蒂颱風(1969)累積降雨量學習模擬結果 63
表4-8尼爾森颱風(1985)累積降雨量學習模擬結果 64
表4-9薇拉颱風(1977)累積降雨量預估結果 65
表4-10艾莉颱風(2004)累積降雨量預估結果 66
1. 吳宗堯、謝信良,1990,現有颱風預報成果作業化之研究(三),
國家科學委員會防災科技研究報告P79-37,P137。
2. 王時鼎、顏清連、陳泰然與謝信良,1986:台灣颱風降雨特性
及其預報研究(三)。國家科學委員會防災科技研究報告P74-51,
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3. 王安培、黃群岳,2000,「颱風洪流量之神經網路預測」,中原
大學土木工程研究所碩士論文。
4. 周乃昉、林柏承,1999,「應用類神經網路於颱風降雨量的推估」,
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5. 樊采虹、許佳容,2001,「台灣地區颱風降雨量預測之統計方法探討及校驗」,國立中央大學統計研究所碩士論文。
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9. 侵台颱風綱要表 (1897∼2005)
http://photino.cwb.gov.tw/rdcweb/lib/clm/tyname.htm
10.溫坤禮、陳振欽、鄧國修,1994,「模糊控制原理與應用」,全華科技圖書股份有限公司,P67-P83。
11.林信成、彭啟峰,1994,「Oh!Fuzzy模糊理論剖析」,第三波文化事業股份有限公司,P39-P65。
12.王如意、易任,1997,「應用水文學」茂昌圖書有限公司,P76-P77。
13.颱風資料庫網頁,http://rdc09.cwb.gov.tw/
14.歷史侵臺颱風資料庫, http://photino.cwb.gov.tw/tyweb/tyfnweb/historical.htm
15.氣象學報季刊,西元1958、1959、1960、1963、1966、1969、1972、1977、1985、2004年
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