GIS空间分析方法在热带气旋研究中的应用

在全球热带气旋(Tropical Cyclone,以下简称TC)生成区中,西北太平洋的发生频率最高,占全球总数的1/3以上,同时西北太平洋上的台风强度也是全球最强。我国是世界上遭受TC影响最为频繁和严重的国家之一。因此研究TC的发生发展,准确预报TC活动对于防灾减灾具有重要的意义。也因而TC研究的重要性长期得到重视。 由于TC活动的复杂性,人们不断地探索新技术、新方法在TC预报和影响分析中的应用。在本文中,作者对基于GIS空间分析技术的TC预报和TC过程降水的空间插值问题进行了探索研究,分别提出了:1) 面积指数的相似度概念和算法,以及基于这种相似性测度的TC预报方法;2) 基于凸包和Voronoi多边形技术的TC过程降水的数据插补和空间插值方法。 TC活动的路径趋向的准确预报一直是一个困难的问题,为此气象学家们建立了各种预报方法,包括动力模型、统计模型、动力一统计相结合的模型等等。在TC活动的统计预报中,基于相似性的预报是一类重要的技术,于是本文基于GIS技术进行了相似性预报的探索研究,我们用路径的几何相似扩展了气象学中地理相似的概念,并在此基础上提出了面积指数的路径相似测度方法,就是用一定时段内实时路径和历史路径所包围的面积与某一参照面积的比值测度来表示历史路径和实时路径在该时段内相似程度,然后根据相似程度选择最为相似的前n条TC路径建立预报模型,试验研究表明该模型对于非异常的路径具有较高的精度。 TC常常带来大范围的强降水,在使用GIS技术研究过程降水的分布和影响时,需要使用空间插值技术。目前人们对于空间插值技术的研究很多,大多数GIS软件提供了空间插值的工具,例如ArcGIS中的空间分析工具箱就提供多种空间插值方法包括克里格方法、倒数距离加权法、样条函数等。但是我们发现这些插值方法在应用于TC过程降水中存在一些需要解决的问题:1) 台风降水的显著特点是存在明确的空间范围,即降水区域和非降水区域之间存在一条明显的分界线,因此需要确定降水的0值边界,而GIS中的空间插值方法没有考虑这一情况,这样如果不加区分地使用GIS工具箱中提供的插值方法,可能会带来不正确的的降水表示——例如无降水记录的区域被插值成有降水分布。我们将其称为第一类的数据完整性问题。2) 在数据库的建立和数据分析过程中我们发现,在降水分布的范围内存在一些测站没有降水记录的情况,仅仅根据数据记录无法判别是由于这一测站本来就没有降水发生,还是因为漏测或无需上报降水数据而使