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基于数据挖掘方法的台风灾害风险研究
	曾用价	56.00
	出版社	科学出版社
	版次	1
	出版时间	2018年05月
	开本	16
	著译编者	张丽杰
	装帧	平装
	页数	128
	字数	250000
	ISBN编码	9787030560148

本书主要研究数据挖掘方法在台风灾害风险评估中的应用。台风是中国的主要气象灾害之一，科学评估台风灾害风险不仅可以满足人们的安全需求，还可以为台风机理研究人员提供研究参考。本书使用密度聚类方法、动态时间规整方法对台风灾害风险进行分析，旨在抛砖引玉，使更多的研究者关注该领域，从而引入更多、更好的数据挖掘方法，使台风灾害风险评估更加准确。


目录
**章 台风灾害风险评估理论 1
一、台风灾害相关概念与影响 1
二、台风灾害系统 3
三、自然灾害风险评估模式和方法 6
四、台风灾害风险评估的应用与研究 10
第二章 台风灾害特征与风险评估特点 18
一、台风灾害影响特征 18
二、台风灾害的年际分布特征 32
三、台风灾害风险研究现状和方法选择 38
第三章 基于DST-DBSCAN算法的台风灾害风险源划分 44
一、台风长期变化特征分析及研究方法选择 44
二、改进的密度聚类方法 50
三、实例分析 55
第四章 基于动态时间规整算法的台风路径强度变化分析 62
一、致灾与非致灾台风特性分析 62
二、基于动态时间规整的数据挖掘方法 69
三、实例分析 71
第五章 基于SS-DBSCAN算法的台风灾害风险区划 80
一、台风的时空特征分析与启示 80
二、SS-DBSCAN算法 86
三、实例分析 89
第六章 基于密度聚类算法的台风灾害影响异常区分析 97
一、基于TCPI的灾害区域年代际变化分析 98
二、台风影响异常区分析 101
三、政策建议 104
第七章 结论与展望 106
一、气候变化对台风的影响研究 106
二、台风灾害风险研究的主要结论 108
三、研究展望 109
参考文献 110


**章 台风灾害风险评估理论
　　现在的预报预警技术与规范措施无法规避台风带来的巨大损失。2010年9月，被预报为“强热带风暴或台风”的“凡亚比”在福建、广东造成100人死亡，41人失踪，200余万人受灾，造成直接经济损失达几十亿元。台风给其他国家也造成了巨大损失，如2005年8月，台风“卡特里娜”在科技和管理相对发达的美国造成至少1 836人死亡，直接经济损失约2 000亿美元；2008年5月，台风“纳尔吉斯”在具有丰富防台经验的热带国家缅甸造成138 366人死亡或失踪，直接经济损失约40亿美元（部分灾害信息均来自世界卫生组织与灾后流行病研究中心的EM-DAT 数据库）。1970~2007年，全世界保险损失*惨重的十大事故保险损失中，有8次是台风（热带气旋）造成的。由于台风灾害评估问题很难解决，应该鼓励更多的学者使用更多的方法，加大力度，对台风灾害风险问题展开研究，以减少台风灾害带来的损失。
　　一、台风灾害相关概念与影响
　　我国的台风灾害是由热带气旋引发的。在一些统计资料中直接使用热带气旋灾害的概念，但在《中华人民共和国气象法》中并没有热带气旋灾害这一概念。这是因为热带气旋是气象学中的概念，其可能成灾也可能不会成灾，而台风是一种灾害，下面将详细介绍相关概念。
　　（一）灾害与台风灾害
　　范宝俊主编的《人类灾难纪典》一书，对灾害的含义做了详细的解释，他对灾害的定义是：给人类生命、财产造成危害和损失的现象和过程。灾害包括两方面的要素：一是灾害本身的特征，如地震的里氏级数、烈度，造成洪灾的降雨量、洪水流量、流速等；二是灾害造成的人类生命和财产损失情况，即灾情，没有造成灾情的不能称为灾害。在《中国气象灾害大典》中，既记录了台风带来的降水和风速，也记录了灾害损失情况，即灾情。这一方面说明人类对灾害的界定是比较统一的，另一方面也说明人们希望通过记录灾害本身的特征及灾情信息，给后人留下足够的参考资料。灾害的定义还有很多，如联合国统计署曾推荐使用灾害定义为：自然灾害是自然致灾因子影响的后果。这个定义更加简明，但应用的人并不多。台风灾害是指由热带气旋引发的自然灾害。我国的台风灾害预警标准非常强调风力，并根据风力差异确定出蓝色、黄色、橙色和红色预警等级。
　　（二）热带气旋相关等级
　　热带气旋是发生在热带、亚热带地区海面上的气旋性环流，是由水蒸气冷却凝结时放出潜热发展而成的暖心结构。热带气旋分为六个等级，见表1-1，其划分依据主要为底层中心附近*大平均风速。
　　表1-1 热带气旋等级的划分及其底层中心附近*大平均风速与风力
　　（三）台风灾害对中国的影响
　　我国很早之前就开始关注台风灾害的影响，并比较详细地介绍了台风灾害的发生、发展过程。我国台风灾情记录经历了从简单到复杂的过程，这与人口的增长和分布有直接关系。明清之后，台风灾害记载愈加详细，除了记录风灾和风暴潮灾害等灾害本身的特征外，多数条目记载了灾情信息。例如，明朝永乐七年（1409年）雷州府、遂溪有“飓风大作，潮坏海堤，泛滥至城，死伤殆众”的记载；明朝永乐十八年（1420年）海康、遂溪有“今夏，飓风暴雨，海水涨溢，伤民禾稼。田租无征者千六百余石”。这些信息说明，由于人口的增长，受台风灾害影响的人数越来越多。同时，台风带来的泥石流灾害也开始被关注。例如，明朝嘉靖六年（1527年）阳春有以下记载：“六月初六，飓风大作，毁瑶居，瑶民多溺死者。时白昼晦瞑，山谷震响，凡瑶穴铜窝、铁峒、蒙村、合水、夹头、中寮、吊涧等村，百山一时崩摧，瑶居三十余处，尽遭淹没，溺死瑶民三百余人，瑶首黎广雄幸免。沙石堆积，民田为淤。寻丈大木漂浮于江，逾年不绝。广州府：秋八月，广州飓风大雨水，清远、增城、龙门、东莞为甚，水高七八尺，害稼及坏民居。”
　　20世纪以后的台风灾情记载得更加详细，如清光绪三十二年（1906年），向光风力超过十二级，沉大船七十六艘，蓬船五十四艘，小汽轮沉毁七十余艘，损失达七千万元。中华人民共和国成立之后，台风灾情信息记载趋于规范，风灾、风暴潮和暴雨造成的灾情均有记录。但不同省份关注的重点存在差异，如广东省主要描述洪涝引发的农业、水利工程等损失；海南省关注大风造成的热带果树折断损失。
　　从历史灾情记录可知，台风灾害主要伴随大风、暴雨、风暴潮、泥石流等灾害。
　　二、台风灾害系统
　　系统工程理论认为，自然或人工系统都是由各种要素组成的，要素之间有充分的联系。而且，一个大系统中有很多子系统，子系统之中还有子系统，系统是分层的，不同层次系统的要素不同。使用系统论研究自然灾害发生、发展、成灾的过程，可以分析灾害要素之间的联系、反馈机制等。不同学者研究的灾害系统的层次不同，选取的要素也会存在差异，看待问题的角度不同，得出的结论不同，但总体目标是一致的，均为防灾、减灾。
　　（一）灾害系统的构成
　　史培军（1996）提出的区域灾害系统理论中，灾害系统包括孕灾环境、致灾因子、承灾体三个组成部分。Mileti（1999）提出灾害系统的结构体系，包括孕灾环境和承灾体两个组成部分。这两个理论有相似的地方，不同的是对孕灾环境与致灾因子关系的理解不同。将致灾因子理解为孕灾环境的一部分，也就是说，孕灾环境和致灾因子是不可分的，针对台风灾害给人类造成的风灾和强降水灾害来说，风是空气的流动，降水是液态水分子的聚集和运动，它们是孕灾环境的一部分，与孕灾环境中的物理要素是相同的，这就是孕灾环境、承灾体理论。可以使用各种方法确定台风的边界，当然也可以找到各种理由否定这一方法。但是由台风强降水引发的泥石流灾害与风灾则与台风完全不同，它的致灾因子是含有大量固体物质的洪流，大气圈构成的孕灾环境并不包括这些物质，所以它的孕灾环境就转变为大气圈和岩石圈。如果将孕灾环境界定为大气圈和岩石圈，那么大部分自然灾害的孕灾环境都是相同的。所以，将致灾因子与孕灾环境分开有利于探索自然灾害成灾机理。下面将分别介绍致灾因子、承灾体和孕灾环境的概念。
　　致灾因子就是引发灾害的各种因素，包括自然致灾因子、环境致灾因子及人为致灾因子。台风灾害的致灾因子就是台风本身。一些学者认为灾害的形成是致灾因子对承灾体作用的结果，没有致灾因子就没有灾害。例如，台风就属于自然致灾因子，认识台风的分类、台风形成机制和台风风险评价，可以提高台风的预报准确率，并为工程建设提供技术参数。从台风灾害的形成过程来看，台风属于突发性的致灾因子，但在灾情形成中具有累积性效应，即通过灾害链相对放大了某一致灾事件的灾害程度。台风带来的风灾、暴雨灾害或风暴潮灾害，对承灾体来说都有一个致灾的临界值域。因此，在区域灾情形成中，对于任何一种致灾因子，从其影响的承灾体角度考虑，进而进行分类，就可以满足区域灾害系统论所强调的综合分析。
　　承灾体就是各种致灾因子作用的对象，是人类及其活动所在的社会与各种资源的集合。承灾体包括人类本身及生命线系统、各种建筑物及生产线系统，以及各种自然资源。在承灾体中，除人类本身外，其他部分可划分为不动产与动产两部分。承灾体可以转变为致灾因子，如台风产生的强降水使房屋倒塌，房屋作为承灾体转变为致灾因子，对生命、财产安全造成威胁。
　　孕灾环境包括孕育产生灾害的自然环境与人文环境。由于不同的致灾因子产生于不同的环境系统，因此，对孕灾环境进行深入分析时，常常从地球系统的不同圈层变化进行分析。孕灾环境研究的主要内容是区域环境演变时空分异规律。台风预测的主要研究内容是大气环境变化对台风的影响。自然环境可划分为大气圈、水圈、岩石圈、生物圈；人为环境可划分为人类圈与技术圈。孕灾环境具有地带性或非地带性、波动性与突变性、渐变性和趋向性等特征。
　　（二）自然灾害链与综合灾害过程
　　自然灾害链是指某起自然灾害事件发生之后，又由它诱发并再发生一连串的其他自然灾害事件，前者是后发自然灾害事件的主要诱发因素，后者为前发自然灾害事件的延续（杨达源和闾国年，1993）。在早期的自然灾害学中对自然灾害群发和自然灾害链分别进行讨论。随着认识的深入，史培军（2009）认为灾害群发和灾害链均可用灾害链进行解释，灾害群发即并发性灾害链。马宗晋院士等组成的研究小组曾对灾害链问题给予高度的关注。史培军（2002）参考前人的工作，并结合20世纪90年代末和21世纪初的研究实践提出台风—暴雨灾害链。对灾害链的认识与人们对致灾因子和承灾体关系的理解密不可分。承灾体包括自然资源、人类生命线系统等，这些承灾体在某种条件下会转变成致灾因子，所以会出现灾害群发的现象。使用灾害链来描述这种情况主要目的在于表述其传递的不可逆性，以及研究其触发条件，这种情况用数据结构中的“图”来描述更加恰当，见图1-1。图1-1中有描述不恰当的地方，如暴雨和大风均是由台风产生的，暴雨本身不会产生大风。但这种处理问题的方法是值得借鉴的，它可以使决策者或制作应急预案的人员清楚地了解工作涉及的主要内容和减少灾害损失的方法。
　　图1-1 台风—暴雨灾害链
　　灾害链既可以用于应急管理，也可以用来构建灾害仿真系统，阻断灾害的传递过程。
　　（三）台风灾害过程
　　综合灾害过程包括：由突发性致灾因子引发的灾害动力学过程，如地震灾害过程；由渐发性致灾因子累积形成的灾害生态学过程，如干旱灾害过程；由人为因素驱动的灾情分散与转移过程（史培军，2005），如台风来临之前组织的抢收过程。
　　灾害动力学过程主要描述的是灾害发生后造成的结构破坏和生产、生活环境的破坏。灾害生态学过程描述的是由自然灾害造成的结构性破坏，从而引发的特定地区生态环境的变化。灾情分散和转移过程主要描述的是人为因素引发的灾情分散和灾害损失转移的过程，如台风发生后，造成溃堤、洪涝灾害，生产、生活环境发生变化，同时也引发生态环境的变化。政府采取的转移安置措施可以减少灾情；灾后救助和商业保险赔付将转移灾害损失。
　　从综合灾害过程的描述，可以看出灾害系统研究的思想。其一，自然灾害的承灾体——人类社会是一个“复杂的社会—生态系统”，它既强调人类社会，也强调生态。当然，在这一系统中，承灾体也可以转化为致灾因子，如台风引发的洪涝灾害摧毁了区域环境，造成了生态系统的变化，有可能会诱发病虫害，触发灾害链的传导机制。其二，人的参与是综合灾害过程的重要部分。在台风灾害过程中，从台风开始形成到结束，人全程跟踪这一过程。并根据台风发生、发展的情况，采取不同的避灾措施，如灾前抢收、转移安置人口、加固堤坝等，灾后紧急恢复生产、排涝、救助等。其三，分析综合灾害过程可以得出未来减灾的研究重点，如在台风灾害中，准确地预测台风的强度及登陆地点，可以相对准确转移人口，减少灾害的损失。台风带来的大部分灾害是由河堤、海堤、护坡等决口造成的，所以加强水利工程建设可以减少损失。
　　三、自然灾害风险评估模式和方法
　　进行自然灾害风险分析的主要目的是进行防灾规划建设、开展转移安置、储备救灾资金，从总体上减少灾害损失。下面将从自然灾害风险的定义出发，介绍综合风险评估的一般模式和基本方法。
　　（一）自然灾害风险
　　“风险”同很多其他定义一样，在学术界并没有形成统一的认识。联合国大学（波恩）环境与人类安全研究所推荐了22种风险定义，黄崇福等（2010）对其中的18种进行了分类讨论，指出其中可能性和概率类定义占78%、期望损失类定义占17%、概念化公式类定义占5%。下面分别举例说明这三类定义。
　　1. 可能性和概率类定义
　　风险可以被定义为可能性，或较正式地被定义为概率。这里的概率是指由于一系列因素而产生的特定损失的概率，损失是由于某种危险源的存在而产生的。一个特定地区受灾害威胁的风险因素包括人口、社区、建筑环境、自然环境、经济活动和服务等（Alexander，2000）。所谓内涵是指事物的本质特征，概率并不能涵盖这一本质特征。使用枚举法来列举风险因素，也无法达到说明其外延的作用，所以这一定义遭到了其他人的质疑。但是在实际操作过程中，人们却更倾向于使用概率来说明风险的可能性。从风险评估的目的来讲，这一界定更可取，当人们获知某一灾害发生的可能性之后，决策者可以计算出灾害可能带来的损失，也可以计算出采取不同措施达到的减损收益。