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2024年6月22日发(作者:)

维普资讯

第27卷第4期 

气 象 科 学 

SCIENTIA METEOROLOGICA SINICA 

VoI.27,NO.4 

Aug.,2007 

2007年8月 

台风业务应用和预警系统简介 

曾明剑 于 波 周曾奎 魏建苏 

(江苏省气象台,南京210008) 

摘 要 为满足江苏省气象台日常业务和日益增加的服务需求,台风业务应用和预警系统 

(Typhoon Operational Application and Pre-warning System,以下简称TOAPS)依据中国气象局台 

风业务规范,结合江苏省台多年的实践经验,融入江苏省台最新研究成果,采用可视化语言编制而 

成。系统集报文解码、多家预报路径功能显示、预报发布、历史相似性查询、登陆台风“移行路径分 

类概念模式”、台风中心的云图定位及诸多辅助工具于一体。经过2003--2005三年台汛期在江苏 

省气象台的应用检验,证明该系统稳定可靠、软硬件环境要求较低、移植性好、可操作性强、自动化 

程度高,在江苏省台日常业务和专业服务方面发挥了重要作用。 

关键词 台风相似性预警 中心定位 

分类号P409 文献标识码B 

引 言 

江苏省东临西太平洋,是受台风影响和危害较为严重的省份之一,据统计,每年影响江苏省的热带气旋 

平均为3个,最多的年份可达7个,造成6级以上大风平均每年2.5次,造成暴雨平均每年2次,其中51 是 

大暴雨和特大暴雨,因此防台抗台成为每年汛期党政各级部门关心的重点。关于台风对江苏省影响的研究, 

过去大多侧重于海上监测、路径预报,或是影响机制的一些个例分析l_1 ],对登陆台风在登陆后的路径、及其 

风雨的影响研究,尤其对在东南沿海登陆后继续北上或西北移深人内陆对我省造成风雨影响的研究不多。 

作为业务化系统,也有一些单位和部门进行过相关的研究开发工作,如吴金塔等l_5 建立了福建省防台风风情 

实时监测预警系统,该系统着重是对台风风情捕捉和预报方面进行了硬件建设和通讯组网方案的实现,而对 

我们更关注的台风路径、强降水的监测、预警并未涉及。郭铁宝l_6 建立了用于部队的东海台风自动预警系 

统,实现了台风报文的自动解码,实况和预报信息的实时地理显示,从气象部门的需要来看,功能还太单一。 

江春发等口 用GIS技术建立了厦门市台风跟踪预警系统,在台风跟踪监测,更主要是地图信息的丰富性方 

面比较突出,但该系统主要限于台风数据库的建立和在地理信息系统上的显示应用方面,并且主要针对厦门 

市建立的,总体看地图信息丰富,但功能还是不能满足气象部门台风业务的需要。而本系统从江苏省台台风 

业务工作出发,重点研究了登陆台风的预警技术和风雨影响预测,并根据业务需要,研制了集多项功能于一 

体,基本满足目前业务和研究需要的台风业务应用和预警综合平台。 

1 运行环境 

TOAPS运行于Microsoft的Windows系列操作系统,环境要求较低,一般配置即可,无特别需求,适应 

性和可推广性较高。 

2数据与资料 

2.1原始报文 

作为实时业务应用系统,TOAPS首先要正确、及时地从9210系统每天的下行报中识别、翻译有关台风 

收稿日期:2006—02—24;修改稿日期:2006—05—10 

基金项目:江苏省科技厅项目“登陆台风的灾害性天气研究和预警系统”(编号:BS20000114) 

第一作者简介:曾明剑(1973一),男,四川彭山,工程师,硕士,研究方向:天气预报技术研究和开发 

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的报文信息,通常原始报文包括沿海各省、市、周边国家和地区对台风的监测和预报信息,这部分信息由 

TOAPS的解码模块自动完成。 

2.2历史台风路径信息 

为实现历史相似性查询,TOAPS收集整理了1949年起所有台风年鉴中的热带气旋路径信息和1959 

年起所有中央台的编号台风路径信息。 

2.3历史上影响江苏的台风信息 

为研究、预测登陆台风对江苏省的风雨影响,TOAPS还专门整理了1959年起曾对江苏带来严重影响 

和最严重影响的56例台风信息,包括台风进入登陆警戒区和登陆时台风对应的中心位置、风力、气压值和相 

应时次的高空和地面形势图等。 

2.4卫星云图 

卫星云图用于进行台风中心的定位,TOAPS可自动识别GMS-5、FY一2或GOES-9,针对不同的台风云 

系结构和特征,开发了2大类共计7种台风中心的识别和定位技术与自动(或交互式)实现方法。 

3 系统结构 

系统软件在台风信息的基础上,开发研制了方便业务应用的各项功能,包括报文解码器、台风实时信息 

显示、完整的历史资料查询、地图投影变换和地理信息显示、图象操作、距离方位测量、预报制作、相似查询、 

定点检索、台风中心定位以及其它诸多辅助工具等。系统不仅满足业务需要,也为台风相关研究提供了很好 

的工具,图1是整个系统软件架构和流程。 

4功能介绍 

由图1系统架构和流程可看出,TOAPS主要由五大功能模块组成,各功能模块通过位于软件系统菜单 

栏和浮动操作面板的相应命令和选项的取舍来实现,操作后的结果显示在有地图背景的屏幕中央区域。系 

统在功能上的设置和考虑最大限度地满足了当前台风业务和服务的需要。 

4.1报文解码器 

TOAPS解码模块用于从气象台每天通过9210系统接收的大量报文信息中,及时、准确地捕捉、翻译出 

有关台风信息,每个编号台风的信息包括开始编报、各时次监测和预报位置、结束编报,发布气象中心,发布 

的时间等信息。解码模块常年处于24 h待命状态,定时(通常设为每10 min 1次)检索当天气象台接收到的 

所有报文,一旦有新的台风信息,立即加以提取并翻译成明码格式,同时通过语音提醒预报人员注意,并自动 

入库。此时模块还将自动在Micaps服务器上搜寻对应时次的天气图和云图进行分别保存,这样将逐渐建立 

起一套完整的台风资料,用于历史相似查询的天气学判断,并避免了日后重新收集整理的繁重工作。三年运 

转下来,各次台风信息无一遗漏,实时性强,全自动,无需任何人工干预。目前TOAPS解码包括中央气象 

台、日本、关岛和我国沿海各省市发布的台风信息。 

4.2显示设置和辅助工具 

4.2.1台风信息显示 

台风信息通常包括编号、名称、中心强度(气压,风速)、大风圈、发布中心、预报信息等,用户可根据需要 

和关心的信息进行不同的取舍。 

4.2.2地图信息 

根据不同的需要,TOAPS设计了三种投影方式,分别是Lambert、Mecator投影和球坐标,满足了不同 

用户的喜好。 

TOAPS小组在江苏省台原有研究工作的基础上,结合台风业务规范,进一步细化了各类警戒区的划 

分,包括台风登陆警戒区、暴雨警戒区、东海第一、二起报区和南海起报区等,根据关心的问题,可将相应的警 

戒区划叠加到地图背景上,这在指导台风业务及相关天气预报方面发挥着重要的参考作用。 

对登陆警戒区,系统还设计了自动判断报警功能。由于我们获知的台风位置并不连续,中央台的定位信 

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4期 曾明剑等:台风业务应用和预警系统简介 453 

息间隔在警戒线附近时也有3 h,即使云图信息一般也间隔有1 h,因此我们几乎不可能精确判定台风中心 

是否进入警戒区及其相关的强度、风力等信息。于是我们设定当台风位置与划定的警戒区相距一定距离时 

并继续往警戒区内移动时,即可判断其已进入警戒区,系统将会以醒目的红色闪烁警告于提醒预报人员

。 

台风数据库

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广播 报社 

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网络 

图1系统框架和流程 

Fig.1 The frame and flow chart of system 

地图信息还包括经纬线的设置,沿海省市的行政区域的颜色设置以及沿海地名显示设置等。 

4.2.3测量工具 

在实际工作中经常需要计算台风在两个时次间运行的距离、时速及方位,以便为后续预报、服务提供直 

接的客观依据,为此系统编制了此项功能,在系统软件上只需简单的鼠标操作即可实现任意两点间的距离和 

方位测量,结合系统设计的定位功能,在远洋服务上特别体现了其快捷准确的优势。 

4.2.4圈地检索 

此项功能用于找出曾经通过某一或几个区域的台风,系统拟定可做四次筛选,最后找出同时经过指定的 

几个(1—4个)区域的台风。区域的大小和位置以圆的半径和圆心位置来确定,确定了圆的位置和大小后, 

系统开始在检索结果中搜寻曾经通过此圆的台风,并将搜寻结果在主窗El显示区域中绘出,第二次圈地检索 

则找出同时经过第一个和第二个区域的台风,依此类推可找出同时经过指定的四个区域的台风,图2给出了 

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三次圈地检索后的结果。圈地检索实际是一种路径相似性查询的有效和快捷方法。 

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图2经过三次圈地检索的结果 

Fig.2 The remainder typhoons after three times circled searches 

4.2.5动I里l显不: 

对各时次台风位置进行动画显示,此效果可动感直观地观察台风的移动过程。 

4.2.6登陆警戒区扫描: 

由于台风系统尺度较大,影响范围广,灾害严重,登陆点和附近区域是防范的重点,为此可根据监测和预 

报情况划定一定范围的登陆警戒区,提醒该区域公众和相关部门及时采取强力措施。 

4.3台风中心定位 

台风中心的精确定位,关系到后续预报的准确程度和服务上的有的放矢,因此,台风中心定位成为台风 

业务的最基本而又最重要的工作。由于海上常规探测资料的缺乏,在卫星云图出现以前,台风中心的定位存 

在着巨大困难,雷达探测虽能有所作为,但由于通常都是陆基雷达,并且其探测距离基本在500 km以内,因 

此,面对台风,雷达总是鞭长莫及。卫星云图的出现带来了革命性的转变,然而,云系千变万化,台风云系并 

非总是那么有规律地出现眼区特征,即使存在眼区,眼区跨度也大小不一,究竟何处是台风中心,在卫星云图 

的帮助下定位时也存在很大的主观性。利用卫星云图进行台风中心的定位,先后不少学者 …基于数学形 

态学方法进行了有益的研究和尝试,但这些研究基本还局限于理论探讨阶段,其中一些算法和步骤也不够简 

洁、精练。本系统对这些研究成果进行了进一步的整理、完善和拓展,对其中的一些算法进行了优化,并把这 

些理论转化成实际业务工作中可操作的一整套(2大类共计7种)台风中心定位的具体实现措施。该套方法 

基本为自动、客观,对不同的台风,拟订了不同的方法步骤。实践证明,无论是何种形状特征的台风云系,选 

择其中某种方法,总能较为准确定出台风中心。 

在业务工作中,经常发现不同气象中心发布的台风中心位置存在较大偏差,有时可达上百公里,利用系 

统研制的中心定位功能,可对其进行适当的修正。关于这部分内容已另文 发表,在此不再赘述。 

4.4历史相似性查询 

台风路径的预报和沿路带来的风、雨灾情一直是气象业务和科研单位关注台风的重中之重,随着数值预 

报技术的发展和卫星、雷达等探测能力的提高,面对台风我们虽已不再束手无策,但要精确地预报其路径和 

导致的风、雨灾情程度还是存在着较大的困难。研究历史台风资料,发现很多台风无论是在生成的海域、日 

期,还是移动的路径以及当时的天气形势背景都具有很大的相似性。因此,以史为鉴,把握每次台风移向,切 

实做好防台、抗台准备,成为本系统研究的重要内容。 

对于历史资料,我们分成了两部分,一是完整的台风年鉴信息资料,二是收集的56个曾经严重影响江苏 

的台风信息资料,此资料包括台风进入警戒区和登陆时的位置(登陆时有地名)、t,1 rl、强度、风力和对应天气 =

系统信息(西风槽位置、副高脊线在120。E、130。E、140。E的所在纬度,副高西脊点经纬度等)。 

采用二步动态相似查询技术,实现了相似台风的历史查询: 

第一步:生成的海域和日期相似。这一步主要是从气候背景的角度考虑,一般说来,在不同季节的台风 

具有不同的特点,即使运行路径相差不多,但其强度、影响程度也不尽相同,而在同一季节同一海域生成的台 

风极有可能具有相同的特征。 

生成海域相似的判定,以当前台风的生成位置为圆心,一定距离为半径画圆,任一台风生成时的位置若 

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4期 曾明剑等:台风业务应用和预警系统简介 455 

在此圆内,则判定为生成海域相似,本系统默认圆半径为500 km,为选取相似台风所设的搜索半径,可根据 

需要随时调整。 

生成日期相似的判定,本系统默认当任一台风的生成日期与当前台风的生成日期相差半月以内时,则判 

定生成日期相似。这个时间跨度也是可根据需要进行调整的。 

当某一台风与当前台风的生成海域和日期都相似时,系统将把这一台风列入第一步相似查询结果栏。 

第二步:运行路径相似。运行路径相似的判定依赖于两个参数,即相似扫描半径和最小相似次数。具体 

实现方法是以当前台风各时次位置为圆心,以相似扫描半径为半径画圆,当某一台风的任一时次位置位于任 

圆内时,则判定为一次相似,当相似的次数达到指定的最小相似次数时,则判定两台风运行路径相似,并把 

当查询结果不止一个时,系统将自动按相似次数(程度)的多少对查询结果进行排序。为路径显示的清 

该台风列入相似查询结果栏。 

楚起见,系统默认情况下只绘出最相似的那条台风路径。 

对于历年影响江苏的台风的相似性查询与普通历史台风资料的查询方法和步骤相同,但将不仅给出查 

询所得的相似性台风,还同时给出了相似台风进入警戒区时和登陆时的位置、时间、强度、风速、当时副高 

120。E、130。E、140。E脊线所在纬度、副高西脊点所在经纬度和西风槽的位置(西风槽位置由3点确定),登 

陆时的信息还包括登陆的地名。 

TOAPS建立以前对于台风进入警戒区和登陆时相应天气系统的信息完全用人工方法读取,相应天气 

形势图(500 hPa高空图、地面图)均以数码相机录入,工作量巨大,这些影响台风路径及造成风雨影响的天 

气形势的信息,为判断台风的移行和风雨影响的程度提供了重要的参考依据,并具有很好的可操作性。鉴于 

气象部门在9210工程建立以前,数据资料的保存很不完备,且大多是纸质材料,因此,要把历史台风对应的 

天气系统信息数字化并入库存在较大困难。本系统建立之后,TOAPS之中的解码模块在进行解码的同时, 

将自动对有台风存在的当天的卫星云图资料、高空和地面形势场及地面降水实况资料进行自动备份。这样 

随着时间的推移,就逐步建立起一套完整的台风信息库,在以后进行相似性查询的时候,就可随时调阅相似 

台风对应时次的高空、地面和云图资料。这样就可通过台风本身特征(如位置、强度、风力、时间、整个运行路 

径等)和对应的天气系统信息进行相似性比较,并通过具有相似特征的历史台风,对当前台风的演变和移动 

规律及由此引起的风雨灾害,再结合数值预报产品对当前台风可能的动向和影响台风作出预测和判断,为防 

台、抗台工作提供一种决策依据。 

在相似性判断的过程中,还有一项重要的参考依据是移行路径分类概念模式与对应的风雨影响和环流 

特征模式的应用。通过对历年影响江苏的台风的统计、分析和总结,我们将其按运行路径分为正面登陆类、 

登陆消失类、近海北上类、登陆北上东路和登陆北上西路共计五类,并归纳整理了各类路径模式下的风雨影 

响情况和环流特征。 

4.5预报发布 

按台风业务规定,当台风进入各省、市责任区后,相关省、市气象台要进行台风的跟踪监测和预报。在历 

史相似性查询的基础上,结合天气学知识和数值预报产品,对未来一定时段(目前是48 h)台风的动向、强弱 

变化和风雨影响进行预测,并及时发布相关产品。系统配置了专门的预报制作和发布模块,减少了中间环节 

和人为误差。 

5 小 结 

台风业务应用和预警系统的研制,基本满足了气象台站台风日常业务和日益增加的服务需求,系统集报 

文解码、多家预报路径功能显示、预报发布、历史上查询、台风预警、台风中心的云图定位及诸多辅助工具于 

体。各功能模块有机结合,相辅相成,在业务和服务上无需跨平台操作,通过该系统即可完成相关工作。 

了深入的研究,在进一步梳理、优化、完善各方法的基础上,对理论成果进行了成功的业务转化。经过2003 

年到2005年三年台汛期在江苏省气象台的应用检验,证明该系统稳定可靠、软硬件环境要求较低、移植性 

系统除在常规功能和辅助工具方面进行了细致的研究开发外,对基于卫星云图的台风中心定位方法还进行 

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好、可操作性强、自动化程度高,在江苏省台日常业务和专业服务方面发挥了重要作用,并可推广应用于沿海 

省市的台风业务和研究。 

参考 文 献 

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TYPHooN oPERATIoNAL APPLICATIoN AND 

PREWARNING SYSTEM 

Zeng Mingjian Yu Bo Zhou Zengkui Wei Jiansu 

(Jiangsu Meteorological Observatory,Nanjing 210008) 

Abstract In order to satisfy the operation and more and more service need,and based on the typhoon 

operational criterions of CMA,the Typhoon Operational Application and Prewarning System,i.e. 

TOAPS was established using visual program.During its construction,TOAPS adopted the newest re— 

search achievements about typhoon and combined with multi—・years practice experiences of Jiangsu provin—・ 

cial observatory.TOAPS has powerful function due to the system integrated many good modules,for ex— 

ample decoding module,showing module for multi—track from different forecast center,publishing mod— 

ule,historical comparability search,class conception pattern of landfall typhoon,center orientation using 

nephogram and other assistant tools.After three years(from 2003 to 2005)operational verification, 

TOPAS was proved that the system is very stable and reliable with low need for hardware and software en— 

vironments.In addition,the system has also excellent transplantable,operable and automatic capacities. 

In recent years,TOAPS played a very important role in operation and special services in Jiangsu provincial 

observatory. 

Key words Typhoon Comparability Prewarning Center orientation 

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