識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录难芯?/h1>
2012-09-29 08:48何月順
時(shí)代農(nóng)機(jī) 2012年1期
何 杰，何月順
（東華理工大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 撫州 344000）
1 現(xiàn)狀
近年來，隨著全國氣候變暖和城市化進(jìn)程的加快，引起更加顯著的熱浪效應(yīng)，使得全國范圍內(nèi)的酷熱日益頻繁，高溫?zé)崂耸录絹碓酵怀?，正逐漸成為一種嚴(yán)重氣象災(zāi)害。這種災(zāi)害將直接影響到人的身體健康，嚴(yán)重威脅到人類的生活以及生活質(zhì)量。高溫?zé)崂说臉?biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)高溫對人體產(chǎn)生影響或危害的程度而制定的，因?yàn)楦邷責(zé)崂耸艿乩怼⑸鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)等多方面的影響，因此世界各國和地區(qū)研究高溫?zé)崂怂扇〉姆椒ú煌?，其?biāo)準(zhǔn)也有很大差異。
我國一般把日最高氣溫達(dá)到或超過35℃時(shí)稱為高溫，連續(xù)數(shù)天（3天以上）的高溫天氣過程稱為高溫?zé)崂?，由于近年來高溫?zé)崂颂鞖獾念l繁出現(xiàn)，高溫帶來的災(zāi)害日益嚴(yán)重。為此，高溫預(yù)警的制定以及更加有效的識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录@得非常重要。識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录词菍Ω邷厥录B續(xù)性過程的一個(gè)識(shí)別，本文主要是陳述如何識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录?/p>
2 識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录?/h2>
識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录?，主要是識(shí)別一段時(shí)間內(nèi)全國出現(xiàn)連續(xù)高溫的區(qū)域、連續(xù)高溫時(shí)長、連續(xù)高溫的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，下圖1為該算法的主要思路流程圖:
圖1 連續(xù)高溫?zé)崂耸录惴ǖ乃悸妨鞒虉D
2.1 確立初次臨時(shí)可能事件
（1）確立初次臨時(shí)可能事件的前提。從全國696個(gè)氣象臺(tái)站中獲取一段時(shí)間的氣象數(shù)據(jù)，識(shí)別出這段時(shí)間內(nèi)的日最高氣溫以及臺(tái)站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并計(jì)算出需要識(shí)別的日數(shù)N，通過自然高溫帶分離方法分離出K(i)（i為時(shí)間，單位是日，i≤N）個(gè)獨(dú)立的高溫帶，獨(dú)立高溫帶內(nèi)臺(tái)站信息sta(I,kk)（sta為站號(hào)信息表，i為時(shí)間日i（2）確立初次臨時(shí)可能事件。若第一日的高溫帶數(shù)K(1)＞0,則記錄初次臨時(shí)可能事件數(shù)為 K(1),若 k(1)=0，則 k(2)是否大于0，如果是則k(2)為初次臨時(shí)可能事件，以此類推。判斷初次臨時(shí)可能事件后，依次記錄初次臨時(shí)可能事件的事件起始事件day(inum)=第i天得日期，以及事件持續(xù)時(shí)間nday(inum)=1（inum為事件的序號(hào)）。
2.2 識(shí)別過程描述
（1）比較第i日各個(gè)高溫帶與臨時(shí)可能事件相互之間的重合關(guān)系。比較兩者之間的重合關(guān)系，只要兩者含有相同的臺(tái)站號(hào)或格點(diǎn)號(hào)即判斷重合，若第i日的高溫帶數(shù)大于0，則比較第i日各個(gè)高溫帶與臨時(shí)可能事件的重合關(guān)系；若第i日的高溫帶數(shù)等于0，則第i+1日進(jìn)行相應(yīng)的判斷。
例：（圖 2）假設(shè)第一日初次臨時(shí)可能時(shí)間為 1、2、3、4（圓圈所示）第二日的K(2)=5即第i=2日的高溫帶對應(yīng)1、2、3、4、5（菱形所示）。實(shí)線表示某一高溫帶與各個(gè)臨時(shí)可能事件之間的重合關(guān)系，可見5個(gè)高溫帶與臨時(shí)事件間的重合個(gè)數(shù)cover1分別為2，1，1，1，0。虛線表示某一臨時(shí)可能事件與各個(gè)高溫帶的重合關(guān)系，可見4個(gè)臨時(shí)事件與高溫帶間的重合個(gè)數(shù)cover2分別為1，1，2，1。接下來，根據(jù)這些重合信息將第i日的高溫帶信息傳遞、合并給臨時(shí)事件。
圖2 臨時(shí)可能事件與高溫帶之間的關(guān)系
（2）根據(jù)高溫帶與各個(gè)臨時(shí)時(shí)間的重合關(guān)系進(jìn)行合并、信息傳遞處理。若cover1＞1，即某個(gè)高溫帶與2個(gè)及以上的臨時(shí)事件重合，則執(zhí)行下述步驟1；若 cover1=1，則執(zhí)行步驟2；若cover1=0，則執(zhí)行步驟3。
步驟 1：如例（圖 1），高溫帶 1與臨時(shí)事件 1、2均有重合，則將臨時(shí)事件2的站點(diǎn)序號(hào)信息合并給事件1，同時(shí)將與事件2重合的高溫帶序號(hào)也合并給1，臨時(shí)事件2的重合信息歸0；再執(zhí)行步驟2，如例臨時(shí)事件1與高溫帶1有重合，將高溫帶1的信息合并給臨時(shí)事件1，則臨時(shí)事件1持續(xù)時(shí)間加1。
步驟2：若cover2＞0，即某一臨時(shí)可能事件與高溫帶有重合，則將高溫帶信息并入臨時(shí)事件，臨時(shí)事件持續(xù)日數(shù)加1，結(jié)束日加1。
如例（圖 1），臨時(shí)事件3與高溫帶2、3有重合，則將高溫帶2、3的信息并入臨時(shí)事件3，第二日的臨時(shí)事件3包含了兩個(gè)高溫帶（1和2）；同樣，第二臨時(shí)事件4含一個(gè)高溫帶4，持續(xù)時(shí)間加1，且合并入高溫帶4的信息。
步驟3：若cover1=0，即某一高溫帶與任一臨時(shí)可能事件均不重合，則產(chǎn)生新的臨時(shí)事件。如圖 1高溫帶5，則產(chǎn)生新的臨時(shí)事件5，其開始日為第i=2日，持續(xù)時(shí)間為1天，該臨時(shí)事件信息即為高溫帶5的原始信息。
最后，第二日的全部臨時(shí)可能事件產(chǎn)生，包含5個(gè)臨時(shí)可能事件（1、2、3、4、5）。 其中，由于事件 2 的歷史信息全部傳遞給了事件1（起始日、結(jié)束日，站點(diǎn)序號(hào)集等），事件2的持續(xù)時(shí)間歸0，高溫帶1與臨時(shí)事件重合的個(gè)數(shù)為1。
（3）判斷臨時(shí)事件能否確定為正式事件。若第i日的某臨時(shí)事件持續(xù)日數(shù)大于0、且（i>結(jié)束日+1天），即該臨時(shí)事件存在且連續(xù)1日沒有出現(xiàn)，即可判斷該臨時(shí)事件為一次正式事件。這個(gè)正式事件的持續(xù)日數(shù)、起止日、每日包含的高溫帶數(shù)、臺(tái)站序號(hào)等即為該臨時(shí)事件的持續(xù)時(shí)間、起止日、每日包含的高溫帶數(shù)、臺(tái)站序號(hào)等。將變?yōu)檎绞录呐R時(shí)事件個(gè)例的歷史信息清零。
（4）將臨時(shí)事件重新整理。在上述所有步驟的基礎(chǔ)上，根據(jù)臨時(shí)事件的持續(xù)時(shí)間來重新整理，即若持續(xù)時(shí)間為0，則將后一個(gè)臨時(shí)事件的信息傳遞給信息為0的臨時(shí)事件。如本例所述（圖3），臨時(shí)事件2的信息全部合并給了事件1，自身信息歸零，則將臨時(shí)事件3、4、5的信息逐個(gè)向前傳遞。
最后一步循環(huán)以上1至4步，直至i=N時(shí)，即當(dāng)循環(huán)到最后一日時(shí)，存在臨時(shí)可能事件，且該事件持續(xù)時(shí)間大于0，則將臨時(shí)事件轉(zhuǎn)為正式事件，循環(huán)結(jié)束。
圖3 臨時(shí)可能事件之間關(guān)系
3 結(jié)語
高溫?zé)崂耸且环N較短時(shí)間尺度的氣象災(zāi)害，其基本天氣特征是高溫低濕，除高寒地帶外，每年6~8月在我國各地均有發(fā)生。高溫?zé)崂说挠绊懯嵌喾矫娴?，如對生態(tài)環(huán)境的影響、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響以及人的身體健康的影響，所以高溫?zé)崂耸录淖R(shí)別對以后高溫?zé)崂耸录念A(yù)測以及預(yù)防是非常主要的。
通過上述高溫?zé)崂说淖R(shí)別過程可以更加準(zhǔn)確、快速的確定高溫?zé)崂税l(fā)生的區(qū)域，并且可以確定近幾十年來我國高溫?zé)崂耸录目臻g尺度、強(qiáng)度以及其發(fā)生頻率，這樣便可依據(jù)這些特點(diǎn)的變化特征進(jìn)行分析，提供歷史和實(shí)時(shí)高溫?zé)崂耸录煌卣鞯臅r(shí)空變化規(guī)律信息和圖形產(chǎn)品。然而此算法不足之處在于確定連續(xù)高溫?zé)崂藚^(qū)域的精確度受全國氣象臺(tái)站的距離以及分布的影響。
[1]徐金芳，鄧振鏞，陳敏.中國高溫?zé)崂宋：μ卣鞯难芯烤C述[J].干旱氣象,2009，27(2):163~167.
[2]談建國，陸晨，陳正洪.高溫?zé)崂伺c人體健康[M].北京：氣象出版社，2009，2~14.
[3]龔志強(qiáng)，封國林，萬士全，李建平.基于啟發(fā)式分割算法檢測華北和全球氣候變化的特征[J].物理學(xué)報(bào)，2006，55（1）：477-484.
[4]楊萍，封國林，劉偉東，侯威，孫樹鵬.空間點(diǎn)過程理論在極端氣候事件中的應(yīng)用研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)[J].2010，21（3）：352-359.
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近年來，隨著全國氣候變暖和城市化進(jìn)程的加快，引起更加顯著的熱浪效應(yīng)，使得全國范圍內(nèi)的酷熱日益頻繁，高溫?zé)崂耸录絹碓酵怀?，正逐漸成為一種嚴(yán)重氣象災(zāi)害。這種災(zāi)害將直接影響到人的身體健康，嚴(yán)重威脅到人類的生活以及生活質(zhì)量。高溫?zé)崂说臉?biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)高溫對人體產(chǎn)生影響或危害的程度而制定的，因?yàn)楦邷責(zé)崂耸艿乩怼⑸鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)等多方面的影響，因此世界各國和地區(qū)研究高溫?zé)崂怂扇〉姆椒ú煌?，其?biāo)準(zhǔn)也有很大差異。
我國一般把日最高氣溫達(dá)到或超過35℃時(shí)稱為高溫，連續(xù)數(shù)天（3天以上）的高溫天氣過程稱為高溫?zé)崂?，由于近年來高溫?zé)崂颂鞖獾念l繁出現(xiàn)，高溫帶來的災(zāi)害日益嚴(yán)重。為此，高溫預(yù)警的制定以及更加有效的識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录@得非常重要。識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录词菍Ω邷厥录B續(xù)性過程的一個(gè)識(shí)別，本文主要是陳述如何識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录?/p>
2 識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录?/h2>
識(shí)別連續(xù)高溫?zé)崂耸录?，主要是識(shí)別一段時(shí)間內(nèi)全國出現(xiàn)連續(xù)高溫的區(qū)域、連續(xù)高溫時(shí)長、連續(xù)高溫的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，下圖1為該算法的主要思路流程圖:
圖1 連續(xù)高溫?zé)崂耸录惴ǖ乃悸妨鞒虉D
2.1 確立初次臨時(shí)可能事件
（1）確立初次臨時(shí)可能事件的前提。從全國696個(gè)氣象臺(tái)站中獲取一段時(shí)間的氣象數(shù)據(jù)，識(shí)別出這段時(shí)間內(nèi)的日最高氣溫以及臺(tái)站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并計(jì)算出需要識(shí)別的日數(shù)N，通過自然高溫帶分離方法分離出K(i)（i為時(shí)間，單位是日，i≤N）個(gè)獨(dú)立的高溫帶，獨(dú)立高溫帶內(nèi)臺(tái)站信息sta(I,kk)（sta為站號(hào)信息表，i為時(shí)間日i （2）確立初次臨時(shí)可能事件。若第一日的高溫帶數(shù)K(1)＞0,則記錄初次臨時(shí)可能事件數(shù)為 K(1),若 k(1)=0，則 k(2)是否大于0，如果是則k(2)為初次臨時(shí)可能事件，以此類推。判斷初次臨時(shí)可能事件后，依次記錄初次臨時(shí)可能事件的事件起始事件day(inum)=第i天得日期，以及事件持續(xù)時(shí)間nday(inum)=1（inum為事件的序號(hào)）。 （1）比較第i日各個(gè)高溫帶與臨時(shí)可能事件相互之間的重合關(guān)系。比較兩者之間的重合關(guān)系，只要兩者含有相同的臺(tái)站號(hào)或格點(diǎn)號(hào)即判斷重合，若第i日的高溫帶數(shù)大于0，則比較第i日各個(gè)高溫帶與臨時(shí)可能事件的重合關(guān)系；若第i日的高溫帶數(shù)等于0，則第i+1日進(jìn)行相應(yīng)的判斷。 例：（圖 2）假設(shè)第一日初次臨時(shí)可能時(shí)間為 1、2、3、4（圓圈所示）第二日的K(2)=5即第i=2日的高溫帶對應(yīng)1、2、3、4、5（菱形所示）。實(shí)線表示某一高溫帶與各個(gè)臨時(shí)可能事件之間的重合關(guān)系，可見5個(gè)高溫帶與臨時(shí)事件間的重合個(gè)數(shù)cover1分別為2，1，1，1，0。虛線表示某一臨時(shí)可能事件與各個(gè)高溫帶的重合關(guān)系，可見4個(gè)臨時(shí)事件與高溫帶間的重合個(gè)數(shù)cover2分別為1，1，2，1。接下來，根據(jù)這些重合信息將第i日的高溫帶信息傳遞、合并給臨時(shí)事件。 圖2 臨時(shí)可能事件與高溫帶之間的關(guān)系 （2）根據(jù)高溫帶與各個(gè)臨時(shí)時(shí)間的重合關(guān)系進(jìn)行合并、信息傳遞處理。若cover1＞1，即某個(gè)高溫帶與2個(gè)及以上的臨時(shí)事件重合，則執(zhí)行下述步驟1；若 cover1=1，則執(zhí)行步驟2；若cover1=0，則執(zhí)行步驟3。 步驟 1：如例（圖 1），高溫帶 1與臨時(shí)事件 1、2均有重合，則將臨時(shí)事件2的站點(diǎn)序號(hào)信息合并給事件1，同時(shí)將與事件2重合的高溫帶序號(hào)也合并給1，臨時(shí)事件2的重合信息歸0；再執(zhí)行步驟2，如例臨時(shí)事件1與高溫帶1有重合，將高溫帶1的信息合并給臨時(shí)事件1，則臨時(shí)事件1持續(xù)時(shí)間加1。 步驟2：若cover2＞0，即某一臨時(shí)可能事件與高溫帶有重合，則將高溫帶信息并入臨時(shí)事件，臨時(shí)事件持續(xù)日數(shù)加1，結(jié)束日加1。 如例（圖 1），臨時(shí)事件3與高溫帶2、3有重合，則將高溫帶2、3的信息并入臨時(shí)事件3，第二日的臨時(shí)事件3包含了兩個(gè)高溫帶（1和2）；同樣，第二臨時(shí)事件4含一個(gè)高溫帶4，持續(xù)時(shí)間加1，且合并入高溫帶4的信息。 步驟3：若cover1=0，即某一高溫帶與任一臨時(shí)可能事件均不重合，則產(chǎn)生新的臨時(shí)事件。如圖 1高溫帶5，則產(chǎn)生新的臨時(shí)事件5，其開始日為第i=2日，持續(xù)時(shí)間為1天，該臨時(shí)事件信息即為高溫帶5的原始信息。 最后，第二日的全部臨時(shí)可能事件產(chǎn)生，包含5個(gè)臨時(shí)可能事件（1、2、3、4、5）。 其中，由于事件 2 的歷史信息全部傳遞給了事件1（起始日、結(jié)束日，站點(diǎn)序號(hào)集等），事件2的持續(xù)時(shí)間歸0，高溫帶1與臨時(shí)事件重合的個(gè)數(shù)為1。 （3）判斷臨時(shí)事件能否確定為正式事件。若第i日的某臨時(shí)事件持續(xù)日數(shù)大于0、且（i>結(jié)束日+1天），即該臨時(shí)事件存在且連續(xù)1日沒有出現(xiàn)，即可判斷該臨時(shí)事件為一次正式事件。這個(gè)正式事件的持續(xù)日數(shù)、起止日、每日包含的高溫帶數(shù)、臺(tái)站序號(hào)等即為該臨時(shí)事件的持續(xù)時(shí)間、起止日、每日包含的高溫帶數(shù)、臺(tái)站序號(hào)等。將變?yōu)檎绞录呐R時(shí)事件個(gè)例的歷史信息清零。 （4）將臨時(shí)事件重新整理。在上述所有步驟的基礎(chǔ)上，根據(jù)臨時(shí)事件的持續(xù)時(shí)間來重新整理，即若持續(xù)時(shí)間為0，則將后一個(gè)臨時(shí)事件的信息傳遞給信息為0的臨時(shí)事件。如本例所述（圖3），臨時(shí)事件2的信息全部合并給了事件1，自身信息歸零，則將臨時(shí)事件3、4、5的信息逐個(gè)向前傳遞。 最后一步循環(huán)以上1至4步，直至i=N時(shí)，即當(dāng)循環(huán)到最后一日時(shí)，存在臨時(shí)可能事件，且該事件持續(xù)時(shí)間大于0，則將臨時(shí)事件轉(zhuǎn)為正式事件，循環(huán)結(jié)束。 圖3 臨時(shí)可能事件之間關(guān)系 高溫?zé)崂耸且环N較短時(shí)間尺度的氣象災(zāi)害，其基本天氣特征是高溫低濕，除高寒地帶外，每年6~8月在我國各地均有發(fā)生。高溫?zé)崂说挠绊懯嵌喾矫娴?，如對生態(tài)環(huán)境的影響、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響以及人的身體健康的影響，所以高溫?zé)崂耸录淖R(shí)別對以后高溫?zé)崂耸录念A(yù)測以及預(yù)防是非常主要的。 通過上述高溫?zé)崂说淖R(shí)別過程可以更加準(zhǔn)確、快速的確定高溫?zé)崂税l(fā)生的區(qū)域，并且可以確定近幾十年來我國高溫?zé)崂耸录目臻g尺度、強(qiáng)度以及其發(fā)生頻率，這樣便可依據(jù)這些特點(diǎn)的變化特征進(jìn)行分析，提供歷史和實(shí)時(shí)高溫?zé)崂耸录煌卣鞯臅r(shí)空變化規(guī)律信息和圖形產(chǎn)品。然而此算法不足之處在于確定連續(xù)高溫?zé)崂藚^(qū)域的精確度受全國氣象臺(tái)站的距離以及分布的影響。 [1]徐金芳，鄧振鏞，陳敏.中國高溫?zé)崂宋：μ卣鞯难芯烤C述[J].干旱氣象,2009，27(2):163~167. [2]談建國，陸晨，陳正洪.高溫?zé)崂伺c人體健康[M].北京：氣象出版社，2009，2~14. [3]龔志強(qiáng)，封國林，萬士全，李建平.基于啟發(fā)式分割算法檢測華北和全球氣候變化的特征[J].物理學(xué)報(bào)，2006，55（1）：477-484. [4]楊萍，封國林，劉偉東，侯威，孫樹鵬.空間點(diǎn)過程理論在極端氣候事件中的應(yīng)用研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)[J].2010，21（3）：352-359.2.2 識(shí)別過程描述
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