相似臺風(fēng)分析在廣西水情預(yù)警預(yù)報中的應(yīng)用

吳立愿，劉文麗，廖文凱，黃建波

（廣西壯族自治區(qū)水文水資源局，530023，南寧）

廣西地處低緯，南臨海洋，是我國受臺風(fēng)影響較大的省份。一方面，臺風(fēng)帶來的狂風(fēng)暴雨，對廣西沿海地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)破壞很大，給人民的生命財產(chǎn)帶來巨大損失；另一方面，臺風(fēng)的入侵，又常可解除旱情，為水庫蓄水提供豐富的水資源，顯示出其有利的一面。研究臺風(fēng)對廣西暴雨、洪水的影響對于開展防御臺風(fēng)工作很有意義，作為水情從業(yè)人員，最為迫切的需要是在了解歷史相似臺風(fēng)帶來的雨水情影響基礎(chǔ)上，結(jié)合降水?dāng)?shù)值預(yù)報和前期雨水情，對影響區(qū)域的江河湖庫的水情變化進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)警預(yù)報，進(jìn)而更好地服務(wù)防汛決策。

一、臺風(fēng)影響廣西情況

1.影響廣西的熱帶氣旋類型

臺風(fēng)是熱帶氣旋的俗稱，影響廣西的熱帶氣旋類型主要有：南海低壓、南海臺風(fēng)、西太平洋臺風(fēng)。

南海低壓：主要出現(xiàn)在5月以后，影響廣西的南海低壓集中在6—9月，以8月為最多,絕大部分只影響22°N以南地區(qū)。

南海臺風(fēng)：主要出現(xiàn)在6月以后，影響廣西的南海臺風(fēng)集中在6—9月，以8、9月為最多。主要有3個高頻區(qū)：一是從廣東陽江、湛江伸入廣西西南部，二是從北部灣南部伸向紅河口，三是從廣東陽江伸向桂東。

西太平洋臺風(fēng)：7—9月是影響廣西最多時期，以7、8月為最多。主要有4個高頻區(qū)：一是珠江口附近，登陸北行西折進(jìn)入廣西東北部地區(qū)，影響桂東北地區(qū)；二是在廣東電白以西到107°E以東登陸，向西北或偏北行，進(jìn)入廣西南部，主要影響桂西南地區(qū)；三是在廣東汕頭以北到福建福州以南地區(qū)登陸，后向偏西方向或折向偏南方向以東，中心進(jìn)入廣西內(nèi)陸；四是在廣東電白到深圳登陸，后向西偏北行，中心進(jìn)入桂東南。

2.21世紀(jì)以來影響廣西的典型臺風(fēng)

臺風(fēng)往往造成廣西大范圍的暴雨天氣，江河水位上漲，如2001年7月上旬，受3號臺風(fēng)“榴蓮”、4號臺風(fēng)“尤特”影響，郁江流域發(fā)生特大洪水。臺風(fēng)帶來雨情、水情變化，2001—2015年影響廣西的典型臺風(fēng)及其影響見表1。

二、相似臺風(fēng)參數(shù)篩選

要完成相似臺風(fēng)參數(shù)的篩選，需要完成數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)篩選、參數(shù)確定3個程序。

1.數(shù)據(jù)收集

將1945年以來公網(wǎng)上有記錄的臺風(fēng)信息，即臺風(fēng)編號、中英文名稱、影響時間及相應(yīng)的風(fēng)速、風(fēng)力、移動方向以及動畫顯示等信息，收集并錄入數(shù)據(jù)庫。

2.數(shù)據(jù)篩選

數(shù)據(jù)篩選是至關(guān)重要的一步，即分析出臺風(fēng)大數(shù)據(jù)所包含的價值，篩選出有價值的數(shù)據(jù)。對所有的臺風(fēng)信息，篩選出對廣西造成影響的臺風(fēng)場次，并將對應(yīng)影響時間的雨水情數(shù)據(jù)生成可視化的廣西降水分布圖、水情信息表以及相應(yīng)的文字說明分類入庫以供下一步查詢。

3.參數(shù)確定

從臺風(fēng)的起源、特點(diǎn)、影響等角度考慮，可供查詢的相似臺風(fēng)參數(shù)有臺風(fēng)生成區(qū)域、生成時間、登陸或影響時間、登陸區(qū)域、臺風(fēng)強(qiáng)度、臺風(fēng)路徑等參數(shù)。

影響廣西的臺風(fēng)生成區(qū)域：主要有前文所述的西太平洋、南海、近海三大區(qū)域。

生成時間：1—12月均有可能生成。

登陸或影響時間：主要集中在7—9月，4—12月均有可能登陸。

登陸區(qū)域：可能在北部灣直接登陸影響廣西，也有可能登陸廣東、海南、福建、香港、澳門等地之后繼續(xù)影響廣西。

臺風(fēng)強(qiáng)度：按照強(qiáng)度由弱到強(qiáng)可分為熱帶低壓及以下、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺風(fēng)、強(qiáng)臺風(fēng)、超強(qiáng)臺風(fēng)。

臺風(fēng)路徑：根據(jù)移動的路徑，可以設(shè)置3個相似路徑的指標(biāo)，一是根據(jù)路徑的長度可以設(shè)置路徑長度比的比值，二是根據(jù)已知路徑及預(yù)測路徑設(shè)置重合的長度比值，三是根據(jù)移向的偏差來設(shè)置移向差（用角度表示）。

三、廣西臺風(fēng)檔案管理系統(tǒng)

1.系統(tǒng)概述

依托《廣西中小河流洪水預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)研究》項(xiàng)目，廣西壯族自治區(qū)水文水資源局開發(fā)了廣西臺風(fēng)檔案管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對過境的臺風(fēng)進(jìn)行查看，了解每一次臺風(fēng)過境時的衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波圖、降雨分布等情況，還可以通過臺風(fēng)生成時間、登陸時間、強(qiáng)度、相似路徑等信息篩選出歷史某一時期的過境臺風(fēng)信息，進(jìn)而關(guān)聯(lián)查看該臺風(fēng)過境時的降雨、水情等情況。

表1 2001—2015年影響廣西的典型臺風(fēng)

2.主要功能

廣西臺風(fēng)檔案管理系統(tǒng)主要功能：①在地圖上可以展示歷年過境臺風(fēng)的路徑、強(qiáng)度等信息。②查看臺風(fēng)過境時各種氣象圖像信息并可以和臺風(fēng)路徑聯(lián)動。③對臺風(fēng)路徑進(jìn)行分析，篩選出與當(dāng)前臺風(fēng)相似的臺風(fēng)，進(jìn)而查看相似臺風(fēng)過境時的水情信息。④能夠鏈接到廣西水利信息網(wǎng)，查看實(shí)時的衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波圖，還可以鏈接查看廣西氣象服務(wù)產(chǎn)品，及氣象數(shù)值預(yù)報等信息。

3.相似臺風(fēng)篩選

廣西臺風(fēng)檔案管理系統(tǒng)通過分類算法分析實(shí)現(xiàn)對相似臺風(fēng)的查找，通過分類數(shù)據(jù)挖掘找出共同事物的相同屬性及不同事物間的差異。實(shí)操中，通過對臺風(fēng)生成時間、登錄時間、臺風(fēng)強(qiáng)度、臺風(fēng)路徑等信息進(jìn)行篩選，找到與當(dāng)前臺風(fēng)相似的歷史臺風(fēng)。

四、評價應(yīng)用

廣西水情預(yù)警預(yù)報及服務(wù)工作成效突出，水情預(yù)警發(fā)布次數(shù)連續(xù)數(shù)年位居全國前列，廣西臺風(fēng)檔案管理系統(tǒng)在2016年、2017年、2018年的水文預(yù)報工作中起到了很好的支撐作用。以下介紹2016年、2017年該系統(tǒng)的運(yùn)用情況：

1.2016年相似臺風(fēng)應(yīng)用

（1）查詢歷史相似臺風(fēng)

2016年對廣西影響比較大的臺風(fēng)是第4號臺風(fēng)“妮妲”。8月2日凌晨，妮妲”在廣東深圳市登陸，之后繼續(xù)向西偏北方向移動，途經(jīng)梧州、柳州、河池等市深入廣西腹地。

8月2日11時“妮妲”尚未進(jìn)入廣西，通過“廣西臺風(fēng)檔案管理系統(tǒng)”可以查詢到歷史的相似臺風(fēng)有：200906莫拉菲、201208韋森特、201311尤特、199405熱帶風(fēng)暴，并通過該系統(tǒng)顯示出每個臺風(fēng)過程帶來的降水分布圖以及江河水情情況?！澳萱А毕嗨婆_風(fēng)廣西雨水情見表2。

（2）水文預(yù)報情況

按照“預(yù)測-預(yù)警-預(yù)報”的工作模式依序進(jìn)行水文預(yù)報：

①預(yù)測：依據(jù)降雨數(shù)值預(yù)報（預(yù)計8月2—3日廣西大部有大到暴雨，桂中、桂東及桂東南等地有大暴雨至特大暴雨，局部量級為200～250 mm），結(jié)合前期廣西雨水情，并參考?xì)v史相似臺風(fēng)雨水情況，8月2日11時，預(yù)計廣西大部江河將出現(xiàn)一次明顯漲水過程，北流河、紅水河部分支流、桂南沿海部分河流、柳江及其支流、西江中下游支流等出現(xiàn)超警洪水可能性較大。

②預(yù)警：廣西梧州、貴港、玉林、欽州、南寧、河池等市水文部門提前發(fā)布水情預(yù)警，如梧州市藤縣中心水文站于8月3日6時就北流河將出現(xiàn)超警洪水提前12小時發(fā)布洪水藍(lán)色預(yù)警。

③預(yù)報：以北流河金雞站為例，該站的洪水預(yù)報在上游來水及區(qū)間降雨基本穩(wěn)定時，即8月3日11時，發(fā)布金雞站洪水預(yù)報，預(yù)計將于8月3日20時前后出現(xiàn)超警0.5m左右的洪水。

北流河金雞站實(shí)際于8月3日20時出現(xiàn)超警0.34 m左右的洪水。經(jīng)對比分析“妮妲”影響雨水情的“預(yù)測-預(yù)警-預(yù)報”及實(shí)際情況，預(yù)測與實(shí)際水情基本相符，預(yù)測的水情影響程度及范圍稍偏大，實(shí)際汛情總體偏輕。分析其原因，可能與降水?dāng)?shù)值預(yù)報偏大、預(yù)測時偏于安全考慮等因素有關(guān)。最為關(guān)鍵的是在臺風(fēng)尚未影響廣西的時候就對江河水情進(jìn)行了預(yù)測，為防御臺風(fēng)贏得了寶貴時間。

表2 “妮妲”相似臺風(fēng)雨水情及預(yù)測情況

2.2017年相似臺風(fēng)應(yīng)用

（1）查詢歷史相似臺風(fēng)

2017年對廣西影響比較大的臺風(fēng)是第13號臺風(fēng)“天鴿”。“天鴿”于8月23日13時前后在廣東沿海以強(qiáng)臺風(fēng)級別（45 m/s）登陸，向西偏北方向移動，23日20時前后以強(qiáng)臺風(fēng)級別（45 m/s）從梧州岑溪進(jìn)入廣西。

8月23日14時“天鴿”剛在廣東沿海登陸時，即通過廣西臺風(fēng)檔案管理系統(tǒng)查詢到歷史的相似臺風(fēng)有2個：201208韋森特、201604妮妲。

（2）水文預(yù)報情況

水文預(yù)報情況：8月23日14時，預(yù)計桂東、桂南、桂中、桂西等地區(qū)部分江河將出現(xiàn)明顯漲水過程，北流河、南流江、紅水河部分支流、郁江、桂南沿海部分河流等出現(xiàn)超警洪水可能性較大。

實(shí)際雨水情：8月 22—24日，桂南沿海、桂東南、桂中及桂北地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨到特大暴雨天氣過程，主雨區(qū)主要分布在沿海三市及崇左、南寧、玉林、貴港、河池、百色等地。受強(qiáng)降雨影響，紅水河、郁江、南流江、北流河、欽江等17條河流24個水文站出現(xiàn)超警洪水，最大超警2.36 m。經(jīng)對比分析預(yù)警預(yù)報及實(shí)際情況，預(yù)測江河超警情況與實(shí)際水情相符，且汛情也與實(shí)際相符合。超前的預(yù)測預(yù)警為防御部署贏得先機(jī)。

五、結(jié) 語

廣西臺風(fēng)檔案管理系統(tǒng)在近年

的實(shí)際應(yīng)用中，有效保證了水情預(yù)警預(yù)報的時效性和準(zhǔn)確性，提高了洪水預(yù)報預(yù)見期，工作效率得到明顯提高，為做好臺風(fēng)影響期間的洪水預(yù)警預(yù)報分析發(fā)揮了重要的支撐作用?！?/p>