2022年数维杯国际大学生数学建模挑战赛

D题 三重拉尼娜事件下极端气候灾害损失评估与应对策略研究

原题再现：

  2022年7月至8月，中国南方许多城市经历了多天的炎热天气，而北方部分地区也出现了大面积强降水。此外，许多欧洲国家也经历了历史上罕见的干旱灾害。无论是南方的高温天气，北方的强降水，还是欧洲的干旱天气，都是几十年来前所未有的，甚至有气象资料以来的最高温度、强降水和干旱灾害都有记录。高温天气给南方和欧洲国家的许多城市造成了一定规模的经济损失和人员伤亡。同样，强降雨导致北方一些地区的农业生产大幅减少，甚至没有收成。气象部门将这种高温现象和强降水事件归因于三重拉尼娜事件。
  世界气象组织的最新数据显示，持续了很长时间的拉尼娜事件很可能持续到今年年底或以后。这将是21世纪第一次拉尼娜三重事件，这意味着北半球连续三个拉尼娜冬季。拉尼娜事件是赤道太平洋东部和中部海面温度继续异常寒冷的现象。英国《自然》杂志6月发出警告称，更多拉尼娜事件将产生多重影响，如东南亚发生洪涝概率增加，美国西南部干旱和野火风险增加，太平洋和大西洋形成多重飓风、气旋和季风模式，引发其他地区天气变化等。
  请结合https://www.ncei.noaa.gov/maps/daily/ 等国际气象数据免费下载平台及其相关优化建模方法完成以下四个问题：
  （1）对参与全球三重拉尼娜事件的主要国家和地区进行统计分析，预测未来发生三重拉尼娜事件的可能性;
  （2）以一个国家为例，评估分析三重拉尼娜事件下高温干旱造成的各类灾害损失，提供有针对性的应对策略。
  （3）以一个国家为例，评估和分析三重拉尼娜事件作用下洪涝灾害造成的各种灾害损失，提供有针对性的应对策略;
  （4）请针对三重拉尼娜事件，向相关管理层撰写不超过2000字的报告。

问题分析与模型的建立与求解：

首先针对于第一问，全球三重拉尼娜事件的主要国家和地区数据需通过题中所给网址进行下载，我们先设定什么样的温度为高温，什么样的降雨量为强降水，什么样的风为飓风，比如说：40摄氏度为高温，10mm为强降雨量，7级风为飓风，零下30摄氏度为异常寒冷，题中所说的进行统计分析，一者为数据的描述性统计；二为不同国家和地区下的恶劣天气或状况发生的分布情况,也就是说需要做频次分布直方图及气温或降雨量、风速、空气质量随着时间变化的波动曲线。预测这里强烈推荐使用基于时间序列分析的极端气候灾害预测模型。

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  程序代码

import numpy as np
import pandas as pd
y=np.loadtxt('Pdata18_3.txt')
n=len(y); alpha=0.3; yh=np.zeros(n)
s1=np.zeros(n); s2=np.zeros(n)
s1[0]=y[0]; s2[0]=y[0]
for i in range(1,n):
    s1[i]=alpha*y[i]+(1-alpha)*s1[i-1]
    s2[i]=alpha*s1[i]+(1-alpha)*s2[i-1];
    yh[i]=2*s1[i-1]-s2[i-1]+alpha/(1-alpha)*(s1[i-1]-s2[i-1])
at=2*s1[-1]-s2[-1]; bt=alpha/(1-alpha)*(s1[-1]-s2[-1])
m=np.array([1,2])
yh2=at+bt*m
print("预测值为：",yh2)
d=pd.DataFrame(np.c_[s1,s2,yh])
f=pd.ExcelWriter("Pdata18_3.xlsx");
d.to_excel(f); f.close()

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