摘要：相似台风筛选是一种重要的台风灾害评估方法。为快速、准确地筛选相似台风及其灾情信息，建立了基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ的台风数据库，实现了台风路径及其灾情信息的一体化管理；设计了筛选相似台风的方法；选择对ＡｒｃＭａｐ进行扩展的方法，开发了基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的Ｔｙｐｈｏｏｎ工具条，利用该工具可以快速准确地从台风数据库中筛选出在时空上与预报台风相似的历史台风及其灾情信息。实践表明，该方案明显加快了评估报告的撰写速度，增强了报告的科学性，较好地满足了业务需要。
关键词：台风灾害评估；相似台风；筛选；ＧＩＳ
中图分类号：Ｐ４５７．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：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
我国是受台风灾害影响最严重的国家之一。受台风影响的省份在台风登陆或经过时都会启动台风应急响应。台风应急响应启动之后，及时准确地为各级决策部门提供台风灾害预评估和评估信息是气象部门的一项重要工作。但由于台风灾害评估涉及因素多，单一的方法很难做到精确评估，通常是应用多种方法分别进行评估，提供多种方法的评估结果供决策部门参考，其中，相似台风法是一种重要的方法。所谓相似台风是指在年际上相近，日期上相邻，强度上相近，活动路径上接近的台风。相似台风法的原理是相似台风由于在活动路径和强度上相近，因此发生时影响的地域及带来的风雨过程相近；又由于在发生年际和日期上相近，因此发生时所影响的自然和社会经济条件相近。总体上看，相似台风所造成的灾害影响具有一定的可比性。
欲使相似台风法在应急期间的评估工作中发挥作用，必须具备两个条件：第一，建立完备的台风数据库；第二，要有相应的软件支撑，以便快速准确地从台风数据库中筛选出同当前台风相似的历史台风及其相关统计资料，同时，软件还应具备成图能力。目前，业务中使用的相似台风筛选系统是基于传统的数据库技术和图形图像技术利用ＶＢ开发而成的，该系统在业务中发挥了一定的作用，但是也存在着不少问题。首先是历史台风的路径信息、属性信息、灾情信息是分开存储的，不便于一体化管理。其次，系统只能对历史台风基于路径或者基于属性单独进行查询，不能实现台风路径和属性的联合查询。再次，系统对查询到的历史台风不能依“某种相似度”进行排序，查询结果出来之后，还要用户用经验去进一步判断，严重影响了评估工作的科学性和效率。最后，系统在成图的表现和美化方面灵活性不足。针对这些问题，提出了一套新的解决方案即基于ＡｒｃＧＩＳ的解决方案。
１ 基于ＡｒｃＧＩＳ的解决方案
根据台风灾害评估中相似台风筛选的要求，研究选取地理信息软件ＡｒｃＧＩＳ作为快速建立业务平台的技术基础。具体来说，就是建立基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ［１，２］的台风数据库并开发基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ［３，４］的相似台风筛选工具条，由台风数据库、相似台风筛选工具条及拥有强大处理、管理、分析和共享能力的ＡｒｃＧＩＳ桌面软件共同构建台风灾害评估中筛选相似台风的业务平台。图１是基于ＡｒｃＧＩＳ解决方案的逻辑图。
１．１ 台风数据库的建立
台风数据库Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中存储历史台风特征类和预报台风特征类，其中，历史台风特征类是线状特征类，其属性主要有编号、强度、年份、月份及相关灾情数据等；预报台风特征类也是线状特征类，其属性主要有编号、强度、年份、月份等。历史台风的灾情数据通过各种途径收集得到，但有些台风的灾情数据由于年代久远或其他原因可能没有收集到。另外，由于收集到的历史台风资料为ＭＤＢ格式的关系数据，因此需要通过编写相应的转换程序，才能快速准确地重整到目标数据库中。台风数据库建好后就可以通过ＡｒｃＭａｐ和ＡｒｃＣａｔｏｌｏｇ等软件进行台风路径的增删、修改、数据库的备份与还原等管理和维护工作。
１．２ 相似台风的筛选流程
图２是研究设计的筛选相似台风的基本流程。首先根据台风编号选取预报台风并根据指定的半径对预报台风做缓冲区，接着根据预报台风年代、日期、强度及缓冲区进行属性与空间联合查询。对查询到的每个历史台风，判断其外包矩形与预报台风外包矩形之间的重叠度是否都超过指定值；若是，则判断其路径长度与预报台风路径长度之差与各自路径长度的比值是否都小于指定值；若是，则计算预报台风控制点与历史台风路径之间的最短距离并取它们的平均值，记录历史台风的属性数据及它与预报台风的平均距离。对记录到的历史台风按距离排序，依次列出排序的台风供用户选择。可以看出，上述流程是通过不断加强条件来筛选相似台风的。根据预报台风年代、日期、强度及缓冲区进行属性与空间联合查询，筛选出了可能与预报台风相似的历史台风。外包矩形重叠度反应了两个台风影响范围的相似程度。两个台风路径长度差与各自路径长度的比值给出了两个台风路径长度的相似程度。两个台风之间的平均距离决定了两个台风路径的接近程度。
１．３ 地图文档的设计
为了加快成图速度及保证成图效果的一致性，必须设计业务运行的地图文档。需要设计的方面主要包括文档包含的图层、图层的顺序、图层的符号化（如标注）、选择合适的互联网底图等。这样用户需要筛选相似台风时直接打开预先设计好的地图文档即可迅速投入工作。
２ 软件工具的实现及测试
为了使研究成果早日投入到日常业务中，选择了对ＡｒｃＭａｐ进行扩展的开发方法。这种方法可以将用户的业务需求与ＡｒｃＭａｐ自身的强大功能结合起来，具有快速、稳定的特点。图３是Ｔｙｐｈｏｏｎ工具条，由筛选按钮、路径更新按钮、划定导出范围工具、导出按钮组成。图４是相似台风筛选器对话框。
预报台风的信息是以关系表的形式存储在关系型数据库中，使用时必须将这些信息（包括坐标和属性）转换成Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中预报台风特征类需要的形式。用户在打开ＡｒｃＭａｐ软件并调出Ｔｙｐｈｏｏｎ工具条后，执行路径更新按钮，程序就会对以关系表的形式存储在关系型数据库中的预报台风信息进行自动识别并转换成Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中预报台风特征类需要的形式，为开始筛选做好准备。
用户设定好预报台风编号、缓冲半径等条件后，点击筛选按钮，符合条件的历史台风编号就会按平均距离从小到大依次列出。图４、图５是对２０１１年第１７号（１１１７号）台风“纳沙”的筛选效果。可以看出按条件共命中８３条记录，依平均距离排在前五位的依次是０００８号、５５２６号、９３２７号、０９１７号、９２０６号历史台风。在相似台风筛选器的列表框中选择多个历史台风，可以在最下面的文本框（点击灾情按钮即可看到）和ＡｒｃＭａｐ数据视图中对各个历史台风的路径和灾情信息进行比较分析，从而找到最合适的历史台风。利用划定导出范围按钮可以方便地在ＡｒｃＭａｐ视图中任意划定需要导出的地图范围。如对划定范围不满意，可利用ＡｒｃＭａｐ标准工具对划定的范围进行调整（缩放和平移）或者删掉重画。利用导出按钮可以直接调出ＡｒｃＭａｐ标准导出地图对话框导出划定范围内的地图。利用ＡｒｃＭａｐ标准导出地图对话框可以方便地设置图片的格式及分辨率。
３ 结语
针对台风灾害评估工作中快速、准确地筛选相似台风及其灾情信息的需要，建立了基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ的台风数据库；设计了筛选相似台风的方法；选择对ＡｒｃＭａｐ进行扩展的方法，开发了基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的Ｔｙｐｈｏｏｎ工具条，利用该工具条可以快速准确地从台风数据库中筛选出在时空上与预报台风相似的历史台风及其灾情信息。实践表明，该方法明显加快了评估报告的撰写速度，增强了报告的科学性，可以较好地满足业务需要。
不难发现，通过所设计的流程得到的相似台风是整体、平均意义上的相似台风，尤其是在路径方面。而有关文献［５-９］中的一些筛选方法则是从预报台风路径的角度按照局部相似的要求设计的。比较而言，后者要求的条件更严格，但是对于灾害评估工作而言，前者已符合要求，且前者经过局部化处理也可完成按预报台风路径筛选的任务。
参考文献：
［１］ 陈乐书，冼梨萍，杨远光，等． 基于Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ的土地利用数据库设计与建立［Ｊ］． 广东农业科学，２００９（８）：２４６－２４９．
［２］ 李 �，谭德宝，程学军，等． 基于ＧｅｏＤａｔａｂａｓｅ的长江流域生态环境信息库模型［Ｊ］． 长江科学院院报，２０１０，２７（１）：４－８．
［３］ 张传才，孔云峰，宋承运． 基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的经济统计时空分析模块功能分析与设计［Ｊ］． 地理与地理信息科学，２０１０，２６（１）：８１－８５．
［４］ 陈旭东，程先富，鲍伟佳，等． 基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的土壤侵蚀模型的设计与实现［Ｊ］． 水土保持研究，２０１０，１７（６）：２６－３０．
［５］ 王远飞，陆 涛，朱海燕，等．基于ＧＩＳ的热带气旋相似路径检索系统研究［Ｊ］．测绘科学，２００９，３１（５）：１２４－１２５，１２８．
［６］ 刘 勇，吴必文，王东勇．一种台风路径相似检索的算法研究［Ｊ］．气象，２００６，３２（７）：１８－２４．
［７］ 魏应植．用ＶＢ作５０年台风路径资料检索与分析［Ｊ］．成都气象学院学报，２０００，１５（４）：３１７－３２１．
［８］ 耿 慧． 热带气旋过程（动态）相似路径选取［Ｊ］． 气象，１９９６，２２（２）：４８－４９．
［９］ 孙庆阶．基于数据库的温带气旋相似路径预报方法［Ｊ］． 海洋预报，１９９１，８（３）：７－１１．