臺風災害評估中相似臺風的篩選

摘要：相似臺風篩選是一種重要的臺風災害評估方法。為快速、準確地篩選相似臺風及其災情信息，建立了基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ的臺風數據庫，實現了臺風路徑及其災情信息的一體化管理；設計了篩選相似臺風的方法；選擇對ＡｒｃＭａｐ進行擴展的方法，開發(fā)了基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的Ｔｙｐｈｏｏｎ工具條，利用該工具可以快速準確地從臺風數據庫中篩選出在時空上與預報臺風相似的歷史臺風及其災情信息。實踐表明，該方案明顯加快了評估報告的撰寫速度，增強了報告的科學性，較好地滿足了業(yè)務需要。

關鍵詞：臺風災害評估；相似臺風；篩選；ＧＩＳ

中圖分類號：Ｐ４５７．８ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）07－1334-03

Screening of Similar Typhoon in Assessment of Typhoon Hazard

ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ－ｆｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｈｏｎｇ１，ＴＩＡＮ Ｇｕａｎｇ－ｈｕｉ１，ＸＵ Ｘｉａｎｇ－ｃｈｕｎ１，ＹＡＮＧ Ｌｉ－ｒｏｎｇ２

（１．Ｈａｉｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔｅｏｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ／ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ，

Ｈａｉｋｏｕ ５７０２０３，Ｃｈｉｎａ；２． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Protection and Develoment Utilization of Tropical Crop Germplasm Resources，

Ｈａｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ / Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｈａｉｋｏｕ ５７０２２８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｉｍｉｌａｒ ｔｙｐｈｏｏｎ screening ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｙｐｈｏｏｎ ｈａｚａｒｄ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ filtering out the ｓｉｍｉｌａｒ ｔｙｐｈｏｏｎ and related hazard information ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ， ｔｈｅ Ｔｙｐｈｏｏｎ database ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ ｗｈｉｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｙｐｈｏｏｎ ｔｒａｃｋ ａｎｄ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ； ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｙｐｈｏｏｎ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ， ｔｈｅ Ｔｙｐｈｏｏｎ ｔｏｏｌｂａｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ＡｒｃＭａｐ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｉｃｋ ｏｕｔ ｈｉｓｔｏｒｙ ｔｙｐｈｏｏｎ ｗｈｉｃｈ were ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｙｐｈｏｏｎ ｉｎ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｉｎ ｔｙｐｈｏｏｎ ｄａｔａｂａｓｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ． Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｒｅｐｏｒｔ ｗｒｉｔｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ， ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｐｏｒｔ ａｎｄ ｍｅｅｔ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｂｅｔｔｅｒ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ of ｔｙｐｈｏｏｎ ｈａｚａｒｄ； ｓｉｍｉｌａｒ ｔｙｐｈｏｏｎ； ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ； ＧＩＳ

我國是受臺風災害影響最嚴重的國家之一。受臺風影響的省份在臺風登陸或經過時都會啟動臺風應急響應。臺風應急響應啟動之后，及時準確地為各級決策部門提供臺風災害預評估和評估信息是氣象部門的一項重要工作。但由于臺風災害評估涉及因素多，單一的方法很難做到精確評估，通常是應用多種方法分別進行評估，提供多種方法的評估結果供決策部門參考，其中，相似臺風法是一種重要的方法。所謂相似臺風是指在年際上相近，日期上相鄰，強度上相近，活動路徑上接近的臺風。相似臺風法的原理是相似臺風由于在活動路徑和強度上相近，因此發(fā)生時影響的地域及帶來的風雨過程相近；又由于在發(fā)生年際和日期上相近，因此發(fā)生時所影響的自然和社會經濟條件相近?？傮w上看，相似臺風所造成的災害影響具有一定的可比性。

欲使相似臺風法在應急期間的評估工作中發(fā)揮作用，必須具備兩個條件：第一，建立完備的臺風數據庫；第二，要有相應的軟件支撐，以便快速準確地從臺風數據庫中篩選出同當前臺風相似的歷史臺風及其相關統(tǒng)計資料，同時，軟件還應具備成圖能力。目前，業(yè)務中使用的相似臺風篩選系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的數據庫技術和圖形圖像技術利用ＶＢ開發(fā)而成的，該系統(tǒng)在業(yè)務中發(fā)揮了一定的作用，但是也存在著不少問題。首先是歷史臺風的路徑信息、屬性信息、災情信息是分開存儲的，不便于一體化管理。其次，系統(tǒng)只能對歷史臺風基于路徑或者基于屬性單獨進行查詢，不能實現臺風路徑和屬性的聯(lián)合查詢。再次，系統(tǒng)對查詢到的歷史臺風不能依“某種相似度”進行排序，查詢結果出來之后，還要用戶用經驗去進一步判斷，嚴重影響了評估工作的科學性和效率。最后，系統(tǒng)在成圖的表現和美化方面靈活性不足。針對這些問題，提出了一套新的解決方案即基于ＡｒｃＧＩＳ的解決方案。

１ 基于ＡｒｃＧＩＳ的解決方案

根據臺風災害評估中相似臺風篩選的要求，研究選取地理信息軟件ＡｒｃＧＩＳ作為快速建立業(yè)務平臺的技術基礎。具體來說，就是建立基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ［１，２］的臺風數據庫并開發(fā)基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ［３，４］的相似臺風篩選工具條，由臺風數據庫、相似臺風篩選工具條及擁有強大處理、管理、分析和共享能力的ＡｒｃＧＩＳ桌面軟件共同構建臺風災害評估中篩選相似臺風的業(yè)務平臺。圖１是基于ＡｒｃＧＩＳ解決方案的邏輯圖。

１．１ 臺風數據庫的建立

臺風數據庫Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中存儲歷史臺風特征類和預報臺風特征類，其中，歷史臺風特征類是線狀特征類，其屬性主要有編號、強度、年份、月份及相關災情數據等；預報臺風特征類也是線狀特征類，其屬性主要有編號、強度、年份、月份等。歷史臺風的災情數據通過各種途徑收集得到，但有些臺風的災情數據由于年代久遠或其他原因可能沒有收集到。另外，由于收集到的歷史臺風資料為ＭＤＢ格式的關系數據，因此需要通過編寫相應的轉換程序，才能快速準確地重整到目標數據庫中。臺風數據庫建好后就可以通過ＡｒｃＭａｐ和ＡｒｃＣａｔｏｌｏｇ等軟件進行臺風路徑的增刪、修改、數據庫的備份與還原等管理和維護工作。

１．２ 相似臺風的篩選流程

圖２是研究設計的篩選相似臺風的基本流程。首先根據臺風編號選取預報臺風并根據指定的半徑對預報臺風做緩沖區(qū)，接著根據預報臺風年代、日期、強度及緩沖區(qū)進行屬性與空間聯(lián)合查詢。對查詢到的每個歷史臺風，判斷其外包矩形與預報臺風外包矩形之間的重疊度是否都超過指定值；若是，則判斷其路徑長度與預報臺風路徑長度之差與各自路徑長度的比值是否都小于指定值；若是，則計算預報臺風控制點與歷史臺風路徑之間的最短距離并取它們的平均值，記錄歷史臺風的屬性數據及它與預報臺風的平均距離。對記錄到的歷史臺風按距離排序，依次列出排序的臺風供用戶選擇。可以看出，上述流程是通過不斷加強條件來篩選相似臺風的。根據預報臺風年代、日期、強度及緩沖區(qū)進行屬性與空間聯(lián)合查詢，篩選出了可能與預報臺風相似的歷史臺風。外包矩形重疊度反應了兩個臺風影響范圍的相似程度。兩個臺風路徑長度差與各自路徑長度的比值給出了兩個臺風路徑長度的相似程度。兩個臺風之間的平均距離決定了兩個臺風路徑的接近程度。

１．３ 地圖文檔的設計

為了加快成圖速度及保證成圖效果的一致性，必須設計業(yè)務運行的地圖文檔。需要設計的方面主要包括文檔包含的圖層、圖層的順序、圖層的符號化（如標注）、選擇合適的互聯(lián)網底圖等。這樣用戶需要篩選相似臺風時直接打開預先設計好的地圖文檔即可迅速投入工作。

２ 軟件工具的實現及測試

為了使研究成果早日投入到日常業(yè)務中，選擇了對ＡｒｃＭａｐ進行擴展的開發(fā)方法。這種方法可以將用戶的業(yè)務需求與ＡｒｃＭａｐ自身的強大功能結合起來，具有快速、穩(wěn)定的特點。圖３是Ｔｙｐｈｏｏｎ工具條，由篩選按鈕、路徑更新按鈕、劃定導出范圍工具、導出按鈕組成。圖４是相似臺風篩選器對話框。

預報臺風的信息是以關系表的形式存儲在關系型數據庫中，使用時必須將這些信息（包括坐標和屬性）轉換成Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中預報臺風特征類需要的形式。用戶在打開ＡｒｃＭａｐ軟件并調出Ｔｙｐｈｏｏｎ工具條后，執(zhí)行路徑更新按鈕，程序就會對以關系表的形式存儲在關系型數據庫中的預報臺風信息進行自動識別并轉換成Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中預報臺風特征類需要的形式，為開始篩選做好準備。

用戶設定好預報臺風編號、緩沖半徑等條件后，點擊篩選按鈕，符合條件的歷史臺風編號就會按平均距離從小到大依次列出。圖４、圖５是對２０１１年第１７號（１１１７號）臺風“納沙”的篩選效果?？梢钥闯霭礂l件共命中８３條記錄，依平均距離排在前五位的依次是０００８號、５５２６號、９３２７號、０９１７號、９２０６號歷史臺風。在相似臺風篩選器的列表框中選擇多個歷史臺風，可以在最下面的文本框（點擊災情按鈕即可看到）和ＡｒｃＭａｐ數據視圖中對各個歷史臺風的路徑和災情信息進行比較分析，從而找到最合適的歷史臺風。利用劃定導出范圍按鈕可以方便地在ＡｒｃＭａｐ視圖中任意劃定需要導出的地圖范圍。如對劃定范圍不滿意，可利用ＡｒｃＭａｐ標準工具對劃定的范圍進行調整（縮放和平移）或者刪掉重畫。利用導出按鈕可以直接調出ＡｒｃＭａｐ標準導出地圖對話框導出劃定范圍內的地圖。利用ＡｒｃＭａｐ標準導出地圖對話框可以方便地設置圖片的格式及分辨率。

３ 結語

針對臺風災害評估工作中快速、準確地篩選相似臺風及其災情信息的需要，建立了基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ的臺風數據庫；設計了篩選相似臺風的方法；選擇對ＡｒｃＭａｐ進行擴展的方法，開發(fā)了基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的Ｔｙｐｈｏｏｎ工具條，利用該工具條可以快速準確地從臺風數據庫中篩選出在時空上與預報臺風相似的歷史臺風及其災情信息。實踐表明，該方法明顯加快了評估報告的撰寫速度，增強了報告的科學性，可以較好地滿足業(yè)務需要。

不難發(fā)現，通過所設計的流程得到的相似臺風是整體、平均意義上的相似臺風，尤其是在路徑方面。而有關文獻［５-９］中的一些篩選方法則是從預報臺風路徑的角度按照局部相似的要求設計的。比較而言，后者要求的條件更嚴格，但是對于災害評估工作而言，前者已符合要求，且前者經過局部化處理也可完成按預報臺風路徑篩選的任務。

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