β
−
− −
=
k
max max
U u
u u u
F exp
;
其中 u 為最大風速之上限,其值可由超越門檻法之結果得知。本節擬以線性迴 歸法及動差法求取參數 k 及 β,而檢定量測數據機率分佈與理論機率分佈之密合程 度則使用K-S 密合度試驗來檢查。其步驟分別描述如下:
max
(a) 線性迴歸法
對式(5-3)作兩次 ln 得
( )
u kln u u) B F-ln
ln( ( U ))= ( max − +
(5-27) 其中
) ( −β
=-kln umax
B
(5-28)
以 ln(-ln(FU(u)))當y 軸, ln(umax − 當 x 軸作圖,以線性迴歸求得直線斜率u) 即為參數 k,而截距即為 B,再根據式(5-28)求得參數 β。
(b)動差法
根據動差法公式
( )
+ Γ β
−
−
=u u k
U max max 1
1
( )
+ Γ
−
+ Γ β
−
=
σU2 umax 2 1 k2 21 k1
(5-29)
其中
U為風速樣本之平均值,
σU為風速樣本之標準差。應用試誤法求
得參數
k,再代入上兩式之任一式求得參數 β。以下為常態風與颱風之分析結果:
(一)常態風資料之分析結果
常態風之樣本為歷年之年最大常態風風速,總計44 個樣本,風速範圍為 7.8m/sec~15.3 m/sec,取超越門檻法中較高門檻值(b)情況所得之上限值 u1max=16.03 m/sec。K-S 密合度試驗在有效水準 1% 時, 0.24(n=44)。以下為兩種方法 之結果:
α = Dn
(a) 線性迴歸法結果:k
1=2.3008、β
1=9.7557,其量測資料與理論之累 積 分 佈 函 數 圖 形 如 圖 5-10 所 示 。 其 K-S 密 合 度 試 驗 之 D
n,max=0.136<
Dαn =0.24。
(b) 動差法結果:k
1=3.2512、β
1=10.0,其量測資料與理論之累積分佈 函 數 圖 形 如 圖 5-11 所 示 。 其 K-S 密 合 度 試 驗 之 D
n,max=0.123<
Dαn =0.24。
因動差法結果之K-S 密合度試驗較佳,故採用參數 k1=3.2512、β1=10.0。根據 式(5-6)繪出常態風之危害度曲線(見圖 5-14 或圖 5-17),其對應之 50 年迴歸期風 速為14.2 m/sec。
(二)颱風資料之分析結果 樣本範圍4.7m/sec~33 m/sec
取颱風之樣本為歷次颱風之最大風速,總計192 個樣本(颱風平均發生率 ν=4.36),風速範圍為 4.7m/sec~33 m/sec。取超越門檻法中較高門檻值(c)情況所得 之上限值 u2max=40.6 m/sec。K-S 密合度試驗在有效水準 1% 時,
=
α = n
Dn 1.63/ 0.118(n=192)。以下為兩種方法之結果:
(a) 線性迴歸法結果:k
2=4.76、β
2=7.9906,其量測資料與理論之累積 分佈函數圖形如圖 5-12 所示。其 K-S 密合度試驗:
D
n,max=0.226>
Dαn =0.118
(b) 動差法結果:k
2=6.7933、β
2=8.9871,其量測資料與理論之累積分 佈函數圖形如圖 5-13 所示。其 K-S 密合度試驗:
D
n,max=0.134>
Dαn =0.118
雖然兩種方法之K-S 密合度試驗並不符合 1%有效水準,但因動差法結果較 佳,故此處仍採用參數 k2=6.7933、β2=8.9871 作為比較。圖 5-14 所示為颱風之危 害度曲線(式(5-8)),其對應之 50 年迴歸期風速為 26.2 m/sec。綜合常態風與颱 風之危害度曲線亦表示於圖5-14(式(5-10)),其超越機率由颱風主控,因此綜合 常態風與颱風之50 年迴歸期風速仍為 26.2 m/sec。換算為 50 年迴歸期設計風速為 31.98m/sec。
樣本範圍
18.2m/sec~33 m/sec以上颱風之累積分佈函數圖形擬合情形並不理想,原因可能為低風速資料 造成之樣本誤差,因為颱風侵台路徑的關係,有些颱風也許對台北測站沒影響,
但在颱風侵台之時段內量到之最大風速依然被記入樣本內(如風速為4.7m/sec 之 樣本)。其實,在超越門檻法之CME 圖形已可概略窺知在門檻值 17m/sec 後之圖 形才呈線性趨勢,因此大於17m/sec 之資料基本上必定為屬於極值分佈之樣本。
為印證此觀點,以下將 192 個樣本中小於 17.0 m/sec 之最大風速資料剔除,
風速範圍為18.2 m/sec~33 m/sec,總計 18 個最大風速樣本(颱風平均發生率 ν=0.409),再以第三類極值分佈進行分析,取超越門檻法中較高門檻值(c)情況所 得之上限值 u2max=40.6 m/sec。K-S 密合度試驗在有效水準 1% 時, 0.38
(n=18)。其結果如下:
α = Dn
(a) 線性迴歸法結果:k
2=3.723、β
2=21.9075,其量測資料與理論之累 積分佈函數圖形如圖 5-15 所示。其 K-S 密合度試驗:
D
n,m
ax=0.088<
Dαn =0.38。
(b) 動差法結果:k
2=4.6555、β
2=22.403,其量測資料與理論之累積分 佈函數圖形如圖 5-16 所示。其 K-S 密合度試驗:
D
n,max=0.148<
Dαn =0.38。
由K-S 密合度試驗知,18 樣本之擬合結果遠較 192 樣本接近第三類極值分 佈,因線性迴歸法結果之K-S 密合度試驗較佳,故採用參數 k2=3.723、
β2=21.9075。圖 5-17 所示為颱風之危害度曲線(式(5-8)),其對應之 50 年迴歸期 風速為32.2 m/sec。綜合常態風與颱風之危害度曲線亦表示於圖 5-17(式(5-10)),其超越機率由颱風主控,因此綜合常態風與颱風之 50 年迴歸期風速仍為 32.2 m/sec。換算為 50 年迴歸期設計風速為 39.31m/sec。