CN102354002A

CN102354002A - 一种热带气旋潜在破坏力的测定方法

Info

Publication number: CN102354002A
Application number: CN2011101655079A
Authority: CN
Inventors: 肖风劲; 尹宜舟
Original assignee: NATIONAL CLIMATE CENTER
Current assignee: NATIONAL CLIMATE CENTER
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明公开了一种热带气旋潜在破坏力的测定方法，该方法包括如下步骤：(1)根据热带气旋的路径，测定得到热带气旋最佳路径每6小时的热带气旋中心位置最大平均风速

Description

一种热带气旋潜在破坏力的测定方法

技术领域

本发明涉及一种热带气旋潜在破坏力的测定方法，属于气象领域。

背景技术

热带气旋(Tropical Cyclone，TC)是一种发生在热带或副热带海洋上的气旋性涡旋，常伴有狂风、暴雨和风暴潮，是一种破坏性很强的天气系统，具有发生频次高、影响范围广、突发性强、成灾强度大等特征。主要影响我国的东南沿海地区，这些地区人口稠密、经济发达、社会财富高度密集，是我国的最严重的自然灾害之一。TC灾害带来的影响十分巨大，如2006强热带风暴“碧利斯”在福建省霞浦县登陆，共造成843人死亡，直接经济损失达348.3亿元。根据我国最新的热带气旋等级标准，将热带气旋划划分为6个等级：热带低压(10.8-17.1m/s)，热带风暴(17.2-24.4m/s)，强热带风暴(24.5-32.6m/s)，台风(32.7-41.4m/s)，强台风(41.5-50.9m/s)和超强台风(≥51.0m/s)。

为了研究大西洋TC活动特征，Gray提出了飓风破坏潜力指数(HurricaneDestruction Potential，HDP，又称为台风破坏潜力Typhoon Destruction Potential，TDP)，HDP被定义为某时期内所有每6小时强度达到飓风级别(即最大风速达32.7m/s)的TC中心附近最大风速的平方之和；Bell指出，HDP指数仅局限于强度较大的TC系统，没有考虑较弱的TC系统，在HDP的基础上，Bell将热带风暴级别的TC系统也加入了计算，并将改进过的指数定义为累积气旋能量指数Accumulated Cyclone Energy(ACE)；Emanuel在能量耗散(Dissipation of Power)的概念基础上提出了潜在破坏力指数(Index of Potential destructiveness，PDI)，该指数是TC中心附近最大风速的立方在整个TC生命史期间的积分。这些指数综合考虑了TC强度、频数以及持续时间，克服了以往的研究单独分析TC强度及频数的限制。但是这些均是针对TC自身而言，无法判断TC对某一地区的潜在影响状况。对于TC对某地区影响的基本气候特征，在目前研究中，仅仅是分析登陆或影响频数、强度等，这无法综合表达TC对该地区的影响。由于TC的影响范围广，有可能出现TC中心未经过该区域但同样能够对该区域造成较大影响的情况。因此在研究TC对区域的影响时，只考虑有TC中心经过的情形显然是不够全面的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热带气旋潜在破坏力的测定方法，该方法能够监测和评估每个热带气旋潜在破坏力，一个区域的受热带气旋的破坏力有多大，能够客观、科学、准确评估台风灾害的影响。

本发明提供的技术方案是：一种热带气旋(TC)潜在破坏力的测定方法，包括如下步骤：

(1)根据TC的路径，测定得到TC最佳路径每6小时的热带气旋中心位置最大平均风速

(2)确定TC的影响范围，以TC路径点为圆心，以确定的长度为半径进行扫描，所得到的圆即为该点对应的影响范围，6小时路径线段所构成的影响范围则是以线段上各点所对应的影响范围的叠加，则最终得到的图形是由以线段长度为长，2倍扫描半径为宽的长方形和分别以两个端点为圆心的半圆构成，依据TC中心附近最大平均风速

定义如下扫描半径d，不同热带气旋类型的影响范围如下：

0 m / s < \overset{&OverBar;}{v} < 17.2 m / s,

d＝2°，

17.2 m / s \leq \overset{&OverBar;}{v} < 24.5 m / s,

d＝3°，

24.5 m / s \leq \overset{&OverBar;}{v} < 32.7 m / s,

d＝4°，

\overset{&OverBar;}{v} &GreaterEqual; 32.7 m / s,

d＝5°；

因参加范围计算所涉及到的点的位置均为经纬度，所以d的单位取为度；

(3)计算TC潜在影响力指数，具体的计算方式如下：

TCPI = Σ_{i = 1}^{N} Σ_{j = 1}^{M} b_{j} {(a_{j} {\overset{&OverBar;}{v}}_{i})}^{2}

其中i＝1，…，N，表示某次TC过程对某地区影响的次数，以每6小时作一次统计，j＝1，…，M，表示TC不同的影响区域，即在不同的区域TC的影响强度有差别，以系数a来权重；

为该次平均的TC中心附近最大平均风速；b表示某地区受TC影响的面积权重，若该地区完全在TC某影响区域内，则b为1，若部分在，则依影响范围，b取值在0至1之间，若不在，则b取值为0；

所述系数a由下述方法确定：根据登陆时间6小时路径，确定相应的影响范围，考虑到TC对不同地区的影响程度不同，分别以1至4度为扫描半径，再建立4个大小不一的点圈，定义最内层点圈的TC影响强度权重a为1，次内层除去最内层区域的a为4/5，依次类推，则最外层除去次外层的区域，a取值为1/5，其他时段依据d的值划定相应的d个影响区域，再按照上述方法确定a值；

所述权重系数b的由下述方法确定：在1°×1°的单元格内，以0.1度为间隔取81个点，若经过统计，该单元格在权重系数为a₁的TC影响区域有k₁个点，则定义该单元格在该TC影响区域的面积权重系数b₁为k₁/81；若k₁＝0，则b₁＝0；若k₁＝81，即表示该单元格完全在此影响区域内，b₁＝1，此时在其他的影响区域b取值就为0。

上述的测定方法，所述TCPI与热带气旋风险等级的关系如下：

TCPI≤100：无风险；

100＜TCPI≤1000：次低风险；

1000＜TCPI≤8000：中等风险；

8000＜TCPI≤15000：次高风险；

TCPI＞15000：高风险。

上述的测定方法，若将该地区各年TC过程中的TCPI进行累加，得到该地区热带气旋潜在影响力指数RTPI。这样就可以评估区域的潜在破坏力了。

本发明具有以下有益效果：

本发明综合考虑了热带气旋的频数、强度、范围以及持续时间等因素，基于台风的能量原理，能量越大、破坏力越大，能力越低、破坏力越小，建立了热带气旋潜在影响力指数。本发明方法能够监测和评估每个热带气旋潜在破坏力，一个区域的受热带气旋的破坏力有多大，结合热带气旋路径预报资料，能够预评估热带气旋给当地的生产生活所带来的潜在影响，对台风灾害防御，减轻台风灾害的人员伤亡和财产经济损失，提高台风的防御能力有很好的作用和效果，突破了原来台风灾害风险及影响评估的模式。

附图说明

图1为本发明RTPI计算方法示意图，其中，中央实线段为“桑美”登陆时的6小时线段，点圈为不同的影响区域，方格为1×1°，方格内以0.1度取点。

图2“桑美”影响我国期间的RTPI分布，图中的数字说明：每个方格代表一个小的单元格，不同颜色表示不同的数量级(如图说明)，图中的数字表示数量级的前面的系数，如最右上边的3，表示3×10¹。

图3a“桑美”过程雨量(单位：mm)，图3b“桑美”过程最大日极端风速(单位：m/s)

具体实施方式

下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限制，仅仅作示例说明。

2006年8月10日0608号台风“桑美”在浙江省苍南县沿海登陆，登陆时中心附近最大风速达60m/s，中心气压为920hPa，其破坏性极大，超出了人们的承受能力，因灾死亡483人，直接经济损失达到196.58亿元，其中浙江、福建、江西、湖北的损失分别127.3、63.55、5.5、0.23亿元。本实施例以0608号超强台风“桑美”登陆时的6小时路径线段为例，取1°×1°网格为研究区域，来具体地介绍TCPI的计算过程。

依据平均的TC中心附近最大平均风速定义如下扫描半径d(因参加范围计算所涉及到的点的位置均为经纬度，所以d的单位取为度)，具体的取值半径见表1。

表1热带气旋中心附近最大风速所影响的半径距离

确定TC的影响范围是以TC路径点为圆心，以确定的长度为半径进行扫描，所得到的圆即为该点对应的影响范围。那么，6小时路径线段所构成的影响范围则是以线段上各点所对应的影响范围的叠加，则最终得到的图形是由以线段长度为长，2倍扫描半径为宽的长方形和分别以两个端点为圆心的半圆构成。

图1给出了“桑美”登陆时的6小时路径线段，此段

的数值为52.5m/s，则相应的d为5度。按照上述方法得到此6小时“桑美”的影响范围，即图1中最外围的点圈。考虑到TC对不同地区的影响程度不同，分别以1至4度为扫描半径，再建立4个大小不一的点圈，定义最内层点圈的TC影响强度权重a为1，次内层除去最内层区域的a为4/5，依次类推，则最外层除去次外层的区域，a取值为1/5。其他时段依据d的值划定相应的d个影响区域，再按照上述方法确定a值。

为了得到权重b的值，在1°×1°的单元格内，以0.1度为间隔取81个点，若经过统计，该单元格在权重系数为a₁的TC影响区域有k₁个点，则定义该单元格在该TC影响区域的面积权重系数b₁为k₁/81；若k₁＝0，则b₁＝0；若k₁＝81，即表示该单元格完全在此影响区域内，b₁＝1，此时在其他的影响区域b取值就为0。

已知a、b值后，就可以求出这一时段TC对相关区域的影响状况，再将其他时段的影响进行累加，则可得到相关区域的RTPI数值。当然在实际的计算中，可以根据精度要求调整单元格的大小以及单元格内点的设置。若研究的区域是一个不规则的地区，则以合适的间隔取点，所得点数即相当于上文单元格内得到的总点数，然后采用上述方法计算在TC影响过程中该不规则地区的RTPI数值。

TCPI与热带气旋风险等级的关系：

TCPI≤100：无风险；

100＜TCPI≤1000：次低风险；

1000＜TCPI≤8000：中等风险；

8000＜TCPI≤15000：次高风险；

TCPI＞15000：高风险。

低风险区：灾害风险度指数极低，易损度也低，台风强度小，频率也低，是安全投资和待开发的区域。

次低风险区：遭受轻度台风灾害的影响，易损度较低，与低风险区相比，基础设施和经济水平有所提高，可能遭受的风险和承受风险的能力随之加大，是最佳投资区和适宜开发区，风险小，收益大。

中等风险区：适宜投资区，风险和效益并存，开发时应该考虑降低风险的措施并加强风险管理。

次高风险区：有较高的灾害风险度，易损性程度较高，表明灾害规模较大，频率较高，或者人口较为稠密，经济较为发达，一旦灾害发生，人员和财产损失均较大，是谨慎投资区，风险大，收益也可能大，开发式必须考虑最大限度降低投资成本，避免增加易损度，可以通过保险来转移部分风险。

高风险区：有极高的灾害危险性和易损度，投资风险极大，由于灾害极为严重，或者区内经济发展已经到了极高水平，故在风险未降低之前，不宜大规模投资开发。

根据本发明的测定方法，计算了“桑美”台风过程的潜在影响力分布，请参见图2，图中每个方格代表一个小的单元格，不同颜色表示不同的数量级，图中的数字表示数量级的前面的系数，如最右上边的3，表示3×10¹。从图中可以看出，台风中心经过的地方，其潜在影响力比较大，随着台风的强度增加，台风的潜在破坏力也明显增加，在登陆点浙江省苍南县的破坏潜力达到10373，破坏力极强，登陆后强度迅速减弱，其潜在的影响力也相应减小。“桑美”对台湾、浙江、福建三省的潜在影响较大，江西、安徽、上海、江苏、湖北等地处于其潜在的影响范围之内，也造成了一定影响。

图3给出了根据气象台站监测到的台风“桑美”降水和大风的分布，通过对比后发现，此次TC过程中，过程雨量带(大于等于30mm)以及主要极大风速带(大于等于12m/s)均处于潜在影响区内，同时两者的大值中心与TCPI的大值中心分布较为一致。因此TCPI对于单个“桑美”过程来说，可以给出受其潜在影响的范围及相对程度。

Claims

1.一种热带气旋(TC)潜在破坏力的测定方法，其特征在于包括如下步骤：

(2)确定TC的影响范围，以TC路径点为圆心，以确定的长度为半径进行扫描，所得到的圆即为该点对应的影响范围，6小时路径线段所构成的影响范围则是以线段上各点所对应的影响范围的叠加，则最终得到的图形是由以线段长度为长，2倍扫描半径为宽的长方形和分别以两个端点为圆心的半圆构成，依据TC中心附近最大平均风速定义如下扫描半径d，不同TC类型的影响范围如下：

0 m / s < \overset{&OverBar;}{v} < 17.2 m / s,

d＝2°，

17.2 m / s \leq \overset{&OverBar;}{v} < 24.5 m / s,

d＝3°，

24.5 m / s \leq \overset{&OverBar;}{v} < 32.7 m / s,

d＝4°，

\overset{&OverBar;}{v} &GreaterEqual; 32.7 m / s,

d＝5°；

(3)计算TC潜在影响力指数TCPI，TCPI的具体计算方式如下：

TCPI = Σ_{i = 1}^{N} Σ_{j = 1}^{M} b_{j} {(a_{j} {\overset{&OverBar;}{v}}_{i})}^{2}

2.按照权利要求1所述的测定方法，其特征在于：所述TCPI与TC风险等级的关系如下：

TCPI≤100：无风险；

100＜TCPI≤1000：次低风险；

1000＜TCPI≤8000：中等风险；

8000＜TCPI≤15000：次高风险；

TCPI＞15000：高风险。