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研究生: 陳正斌
Chen, Cheng-Pin
論文名稱: 應用模糊理論於颱風降雨量之推估
Applicating Fuzzy Theory in The Estimation of Typhoon-Rainfall
指導教授: 徐義人
Ren, Xu-Yi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系碩士在職專班
Department of Hydraulic & Ocean Engineering (on the job class)
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: synaptic vectorfuzzicationANFISbackpropagation
外文關鍵詞: 模糊化, 適應性網路架構模糊推論系統, 倒傳遞, 鍵結值向量
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  •   颱風強風豪雨造成許多財產的損失,更重要的是人命的死傷。根據中央氣象局之統計,平均每年至少有三點五個颱風侵台。而颱風的行徑、強度規模,及豪雨帶來之降雨量,於颱風期間造成之影響,以豪雨造成之負面影響最為深遠。
      對颱風而言,其颱風形成、行徑路線及降雨量,皆具有其不確定性。因模糊理論對處理「不精確」、「含糊」的問題特別具有效力,故本研究應用模糊理論,依颱風路徑分類,藉由歷年颱風資料建構模式,並與近年颱風降雨資料比對檢驗,檢討模式之適用性。本研究先選取影響颱風之降雨因子,選用鐘型函數將30浬暴風半徑、50浬暴風半徑、中心氣壓、近中心最大風速,作為四個輸入變數,建立模糊隸屬函數。模組建構流程先將輸入值作模糊化轉換,以類神經網路建立模糊資料庫作自我學習之權重統計,利用MATLAB模組ANFIS程式演算,建立模糊規則資料庫之後,再將演算結果反模糊化轉換輸出,將其分佈全台26測站之推估降雨量,與各測站實測降雨量作檢驗,分析評估其檢定效果。
      歷史颱風之模組建構以1949年至1997年中央氣象局颱風之基本資料,經過篩選影響台灣地區之降雨資料作模糊分析,再進行模糊演算,以1998年後之侵台颱風資料,選定五個不同路徑具代表性之颱風加以驗證,並建立第一、第二、第三、第四及第六類路徑颱風之模糊資料庫。驗證結果發現,颱風路徑仍是影響各地降雨量的主要因素,依颱風路徑分類,台灣北部以第六類、東部以第四類、中部以第三類、南部以第六類路徑之颱風,其檢證誤差值最小,可信度較高,對於颱風災害預警有實質上的幫助,可供作為日後防颱準備作業之參考。

    ABSTRACT
      Central Weather Bureau (CWB) of Taiwan reports that there are statistically 3.5 Typhoons affect Taiwan each year. Heavy rain, or high intensity rainfall, brought in or induced by Typhoon can cause various disasters, such as the losses of properties and human lives. Prediction of total rainfall depth has been an important issue in flood warning procedure.
      It is reported that heavy rain is dependent on the Typhoon moving route、depression strength, and radius of influences. There are 9 Typhoon routes on the report. The occurrence of these three dependent parameters has some uncertainties which are suitable to be described by fuzzy algorithms. Use the typhoon rainfall data from CWB during the period from 1949 to 1997, the study composes a rainfall prediction model based on the fuzzy neural network of the MATLAB ANFIS tool. Main input parameters for the fuzzy training processes are the 30knots, 50knots radian of storm, air pressure and the maximum velocity near typhoon center. The trained fuzzy model is than compared with the observed data for Typhoon routes 1、2、3、4 and 6 from 26 stations. This comparison shows that the Typhoon route is the most important parameter for the predictions and the errata of estimation for heavy rainfalls are observed to be smaller than those of the small rainfalls. The smaller errors are observed to occur for routes 6, 4, 3 and 6 at north, east, central and south regions of Taiwan, respectively. This practice proofs that the fuzzy model is useful for Typhoon heavy rainfall predictions if more parameters can be included in the model. What additional input parameters should be included require a further study.

    目錄 摘要 I 目錄 II 表目錄 IV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及目的 1 1.2 前人研究 1 1.3 本文架構 3 第二章 侵台颱風之資料分析 5 2.1 侵台颱風定義 5 2.1.1 颱風定義 5 2.1.2 侵台颱風統計分析 6 2.2 侵台颱風分類 9 2.3 颱風對台灣降雨的影響 10 第三章 模糊推論系統 14 3.1 模糊集合 14 3.2 隸屬函數及基本運算子 16 3.2.1 模糊化機制 18 3.2.2 模糊規則庫 19 3.2.3 推論引擎 20 3.2.4 解模糊化機制 21 3.3 模糊化類神經網路 22 3.3.1 模糊系統的建立 22 3.3.2 模糊類神經網路理論 23 第四章 模式建構與檢證 27 4.1 模式建構流程 27 4.1.1 定義輸入輸出變數 28 4.1.2 定義隸屬函數形式及個數 29 4.1.3 輸入歷史資料值以供訓練 32 4.1.4 儲存系統作檢定推估 33 4.2 分析成果 33 4.2.1 碧利斯颱風(BILIS) (第三類颱風) 33 4.2.2 利奇馬颱風(LEKIMA)(第四類颱風) 35 4.2.3 納莉(NARI)颱風(第二類颱風) 37 4.2.4 啟德(KAI-TAK)颱風(第六類颱風) 40 4.2.5 辛樂克(SINLAKU)颱風(第一類颱風) 42 4.2.6 颱風案例降雨量檢證 44 4.3 結果討論 45 第五章 結論與建議 47 5.1 結論 47 5.2 建議 47 參考文獻 49 附錄A 歷史颱風基本資料表 53 附錄B:颱風基本資料 59 附錄C:MATLAB模組程式操作過程範例 66

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    校外:2004-08-23公開
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