引言

我国是世界上遭受热带气旋影响最严重的国家之一。1949—2003年期间共有488个热带气旋在我国登陆，平均每年约有9.2次热带气旋登陆，登陆我国的热带气旋主要集中在沿海省份^[1]。热带气旋带来的降水可以使水库增容，缓解旱情，有利于农业生产。但伴随而来的强降雨和大风又常常给国民经济及人民生命财产造成重大损失，甚至酿成巨大灾难^[2-3]。2006年第4号强热带风暴碧利斯造成福建、广东、湖南、广西、浙江、江西等省(区)843人死亡，农作物受灾面积133.75万公顷，直接经济损失高达近350亿元。“碧利斯”是近12年来造成死亡人数最多的一个热带气旋。热带气旋降水是热带气旋灾害的主要致灾因子之一。因此，有必要对热带气旋带来的降水进行实时监测并进行影响评估^[4]，为政府部门防灾减灾提供理论基础和科学依据。

许多研究都从气候的角度研究热带气旋降水^[5-8]。一种识别热带气旋降水的方法是天气图人工分析法。该方法已经在上海台风研究所使用了50余年，称之为专家主观法(Expert Sub jective Method，ESM)。ESM可为预报员提供比较准确结果，但较费时，且不利于结果的客观化。此前的一些研究^[5]使用距离台风中心确定半径范围的固定圆来定义台风降水，但识别得到的热带气旋降水往往是不可靠的。任福民等^[6]发展了一种分离热带气旋降水的数值客观方法，称之为原客观法(Originally Objective Method，OOM)。该方法较好地克服了上述固定圆或变化圆所存在的不足。本系统从热带气旋降水入手, 采用热带气旋降水的客观分离方法, 初步研制开发并建立了热带气旋降水的监测和评估系统。

1 系统结构和功能

热带气旋降水监测和评估业务系统主要包括四部分：(1)资料的实时提取；(2)热带气旋降水客观分离；(3)热带气旋降水监测、过程降水统计分析及降水资源和社会经济影响评估；(4)图形加工和系统自动化。具体流程见图 1。

1.1 资料的实时提取和热带气旋实时资料库的建立

资料从气象部门的9210数据库库实时提取，包括：热带气旋中心点位置、气压、风速和全国2000多个站点实时日降水观测资料。热带气旋实时资料库中以编号命名的文件包括了热带气旋实时资料的各项要素，以年份命名的文件包括了各个热带气旋的生成、消亡、中心最低气压和中心最大风速。

热带气旋资料与常规观测资料存在很多区别，具有热带气旋生成和消亡的时间不确定，热带气旋观测资料上报次数不规则，同一时间存在的热带气旋个数不确定等特点。这些都给热带气旋实时资料库的建立带来困难。本业务系统针对上述问题，改进资料接收方法，建立了热带气旋实时资料库。

1.2 热带气旋降水客观分离

本系统采用任福民等^[8-9]的热带气旋降水客观分离技术方法，提高了热带气旋降水识别能力和效率，为开展热带气旋灾害实时影响评估奠定了基础。

1.3 热带气旋降水监测、过程降水统计分析及评估

根据分离出来的热带气旋降水台站，计算热带气旋的逐日降水以及过程降水；根据热带气旋的过程降水，计算热带气旋的降水面积和体积。我们还引入全国2000多个县的社会、经济、人口方面的地理信息，结合降水强度和覆盖的面积，对热带气旋降水造成的潜在影响进行评估。

1.4 图形加工和系统自动化

利用Grads绘图软件开发自动绘图系统^[10]，根据实时热带气旋路径资料，绘制热带气旋路径图, 实时显示热带气旋逐日降水和过程降水。采用批处理文件制作，实现整个系统的自动化，输出结果通过网页显示，供用户使用。

1.5 系统开发运行环境

系统主要基于工作站和PC进行开发，操作系统为Unix，Windows XP；Fortran程序的编译、运行软件为Compaq Visual Fortran；GrADS V1.8s19.win32或更高版本，也可从网上下载，网址：http://grads.iges.org/grads/。

2 主要技术及方法 2.1 热带气旋降水的分离技术

本系统利用任福民等^[7-8]研究的客观方法对热带气旋降水进行分离。其基本思路为：首先，进行自然雨带分离，将降水场划分为不同的雨带；第二步是进行台风雨带识别，根据这些雨带与热带气旋中心之间以及各台站与热带气旋中心之间的距离来确定热带气旋降水。通过与上海台风研究所的主观分析结果比较，该客观方法对热带气旋降水具有较强的分离能力。

首先接收前一天08时至当天08时全国2000多个站点降水资料，然后根据站点的经度、纬度、降水量、各个时次热带气旋中心点经度、纬度、热带气旋各个时次最大风速的日平均值，利用客观分离方法，得到热带气旋的日降水量，日降水量文件包括热带气旋降水的站点总数、站号、降水量、站名及省份。对热带气旋日降水量累计得到热带气旋过程降水量。过程降水量文件包括热带气旋过程降水的站点总数、站号、过程降水量、日最大降水量、站名及省份。

2.2 评估技术

为计算热带气旋降水的面积，首先需要对热带气旋降水的台站资料网格化。在本系统中采用反距离插值法将台风雨带的台站降水资料转化为0.5°×0.5°的网格化资料。格点化处理被限制在原台站降水分布的热带气旋雨带范围内进行，并保证热带气旋降水区域只出现在中国大陆及海南岛和台湾岛。台站降水资料网格化以后得到各个网格上的降水量，将各网格上的降水量与网格单位面积相乘并累计，就得到热带气旋降水的体积。

在业务系统运行中，对逐日和过程的热带气旋降水量分别计算面积和体积。同时根据降水强度的不同，分别计算≥50毫米，≥100毫米，≥200毫米的过程降水的面积和体积。根据热带气旋降水台站所在的省份不同，分别计算热带气旋逐日及过程降水对各省的影响面积。

基于GIS信息库提取全国县级单位的行政面积、社会经济、行政人口等信息，与气象台站的经纬度信息相结合，得到每个气象站点对应的县级行政面积、行政人口和GDP。将热带气旋降水分离出来后，通过每个降水站点对应的县级信息，对不同等级的热带气旋降水量造成的潜在影响进行评估。根据热带气旋降水和大风的影响，利用致灾因子评估灾情是热带气旋评估的重要工作。本文利用1982—2006年期间151次登陆台风的灾情，综合考虑死亡人口，受灾面积和直接经济损失，利用逐步回归方法挑选出5个致灾因子(登陆时的中心气压，暴雨(50mm以上)面积，6级和8级以上大风影响范围内的GDP，日最大降水量)，对灾情进行评估。

2.3 绘图技术

鉴于GRADS软件提供的地图资源和功能有限，不能直接满足图形分析业务系统的需求，因此本系统开发了自动图形显示系统。

自动绘图系统每天定时作业，接收当日热带气旋路径要素，绘制热带气旋路径图。热带气旋路径图有经纬度投影和北半球极地投影两种形式选择。热带气旋路径图的范围固定在95~180°E，10~50°N范围内。

自动绘图系统定时从工作站接收热带气旋日降水和过程降水资料，根据热带气旋降水站点的经、纬度，确定图形显示范围、图形坐标轴的刻度以及站点资料的插值精度。通过自动绘图程序，绘制当日热带气旋降水空间分布。自动绘图程序具有叠加省会城市名称，主要河流，地图行政区划不同精度自主选择等功能，为业务服务提供灵活多变，直接美观的图形。GrADS图形绘制方法参见文献[9-10]。

3 业务产品

综合上述热带气旋降水监测、评估的研制技术和方法，经过合理的业务系统流程设计，建立了热带气旋降水监测与评估业务系统。这里以2006年第4号强热带风暴碧利斯为例，展示热带气旋实时监测和评估产品。

7月12日，受“碧利斯”外围云系影响，广东、福建、浙江等省开始出现降水，降水量普遍偏弱(图 2a)。7月13—15日，随着“碧利斯”逐渐靠近大陆并登陆，降水范围也逐渐增大，7月15日达最大。整个过程降水量的空间分布(图 2e)可见，“碧利斯”降水主要分布在福建、广东、湖南、广西、浙江、江西等省，降水量普遍有50~300毫米，部分地区降水量达300毫米以上。

图 3显示了2006年登陆中国的热带气旋降水总量及面积。可见，2006年对中国影响最严重的热带气旋是强热带风暴碧利斯，其降水面积和体积都最大，造成的灾情也最严重。第6号台风派比安降水面积和降水总量次之。

此外，根据历年热带气旋降水体积和面积，可以评估当年热带气旋的影响程度。图 4显示了1957—2005年中国热带气旋降水面积和体积。可见，1957年以来，中国热带气旋降水的面积和体积都呈减少趋势，尤其是2000年以后下降趋势更为显著。程正泉等^[11]研究也表明，1960年以来，我国受热带气旋影响的绝大部分地区热带气旋降水呈波动下降趋势。

对2007年登陆我国的热带气旋灾情的模拟结果表明(表 1)，实际的灾害综合指数比风雨灾情评估指数低了1~2级，其原因很大可能归功于气象部门预报正确和政府部门对热带气旋防御的重视。

4 小结

热带气旋降水监测与评估业务系统通过实时资料接收，利用热带气旋降水的客观分离方法、社会经济信息和灾情资料和影响评估方法、以及GrADS气象显示和分析软件，实现了对影响中国的热带气旋降水的实时监测和影响评估功能。该业务系统的产品包括资料库、热带气旋降水站点资料、热带气旋降水的面积和体积以及对社会经济和人口的影响评估结果等。

该系统于2005年10月投入国家气候中心业务服务，目前运行稳定。基于系统制作的业务服务产品为国务院、国家台风委员会等相关部门提供了有用的决策服务信息。系统在业务服务中可以灵活应用，大大提高了业务自动化水平和效率。目前已经在部分省市推广应用，效果良好。尽管该系统对于热带气旋降水的实时监测已经基本能够满足业务需要，但是在热带气旋的影响评估和风险评估、预评估等领域还有很大的开发和应用潜力。