沒颱風的日子就聊聊颱風路徑強度和登陸點的可視化吧

2021-02-19 颱風監測


常常有小夥伴問我,你們搞颱風的是不是整天盼著颱風來?沒颱風的時候,你們是不是只能喝西北風啊?幾年前我每次回老家,我奶奶也經常關心我的工作問題,每每都會惆悵地問我:沒有颱風的時候,你們的工資是不是會停發啊?關於沒颱風的時候發不發工資這個困擾老人的癥結終於在我幾年的不斷解釋下消除了,但是關於公眾號後臺小夥伴們提出的沒有颱風的時候我們是不是只能喝西北風的問題,我想我有必要說明一下。

簡單來講,整個氣象行業一線技術工作者其實是程序猿、數據分析猿及預報猿的結合體。

沒有颱風來的時候我們,往往更多地專注於對於海量颱風數據的分析,以歸納、總結颱風的結構、強度、路徑、降水等等信息。這要求我們使用各類編程和繪圖工具(常用的如fortran、R、Matlab、NCL、Python等)對數據進行挖掘分析,並最終按照自己的想法對數據實現可視化。可視化的目的是為了更好的理解某個天氣現象。

以上胡侃了這麼多,其實是為了引出今天的話題,今天我們就簡單向大家介紹一下颱風路徑、強度這些信息是用什麼樣的形式直觀地展現給大家的。

通常颱風路徑和強度信息都是以數字和字符形式存儲的。比如以下圖片展示的是從1848年到2015年全球熱帶氣旋的編號、位置、強度等信息的一部分,這個數據總共有19萬多行。這是一個最普通的關於颱風的數據,但是如果不對它進行可視化分析,我們光看著這19萬行的數據,肯定是頭痛不已。


如何將上面表格中的數據變成一條條我們看到的颱風路徑圖和一張張颱風強度變化圖,就需要我們寫程序提取相關信息並製圖進行可視化。

將上面那個文件中的19萬多條信息中的全球熱帶氣旋的位置標識到地圖上去,會是怎樣一個效果?肯定有很多小夥伴急切的想知道這個答案。

當我第一次接觸到這個數據時,我的想法也和大家一樣。於是,我就動手做了下面這張圖。


圖中展示了全球自1848年以來的所有熱帶氣旋的位置,可以看到西北太平洋、北大西洋這兩個洋面上的熱帶氣旋個數是最多的,其次是東北太平洋和南印度洋。而秘魯以西的洋面沒生成過一個熱帶氣旋、南美和非洲大陸之間的南大西洋也僅有一百多年來也只有3個較弱的熱帶氣旋生成,為什麼?這其實是一個很嚴肅很有意思的科學問題,在這裡就不繼續展開分析了,想必在座的各位肯定有牛人知道,大家也可以思考一下這個問題。

此外,上圖中顏色較紅的那部分點是早期的颱風記錄(我以1949年為界限),實際上北大西洋、南印度洋等海域對於早期的颱風記錄比較完整,而對於西北太平洋的颱風,我們國家的正式官方記錄是從1949年開始的,日本則是從1951年開始的。因此上圖中西北太平洋沒有紅點(早期記錄)出現。

看到這裡,想必有小夥伴又會說,那麼多颱風點,看都看不清,沒什麼意義嘛。是的,上圖只能看個大概,我們需要更深入的去挖掘每年、每月甚至每個颱風的信息。

我們將以2014年的西北太平洋海域颱風季為例,看看那一年的颱風的路徑和強度是什麼樣分布的。


2014年在西北太平洋海域共有27個颱風生成,它們各自的路徑如上圖左側所示。颱風路徑的粗細標誌著颱風近中心最大風速,線條越粗表示風速越大。上圖右側是一個時間序列圖,不同顏色表示不同颱風在當年的時間跨度,當然,粗細的設置是和左邊路徑是類似的,越粗表示強度越強。

當然,我們也可以突出顯示某個颱風。下圖綠色凸顯的是2014年超強颱風威馬遜的路徑,威馬遜當時給海南造成了巨大破壞。我們可以利用滑鼠懸停看這個颱風各個時間節點的強度(風速)信息。


如果將多年的颱風路徑和強度變化做成一張GIF動畫圖,會不會更有意思?!

嗯,我向來就是那種想做什麼就動手去做的人!


(由於公眾號限制GIF圖片不能超過2M,因此只能以壓縮後的GIF圖片展現給大家,可能效果不是十分理想。各位如果有興趣,可以在公眾號後臺給我留言,我可以將原圖發給大家。)

我國是受颱風侵襲較為厲害的國家,颱風資料資料庫中記錄的登陸信息一般包含登陸時間、登陸地點、登陸時最大風速和最低氣壓等。和颱風路徑強度一樣,這些信息雖然詳實,但是數量過多往往容易使人產生審美疲勞。這就又需要對其進行可視化,才能做到直觀易懂。

通過簡單統計1949年到2014年,每年登陸我國的颱風次數的中位數是12次(包括二次及以上登陸數據)。歷年登陸颱風的次數曲線圖如下圖所示,可以看到登陸次數最多的是1961年的22次,最少的是7次。整體上看,登陸次數的趨勢是在緩慢減少的(途中紅色虛線所示)。


那麼建國以來,颱風在各個省的登陸頻次是怎麼個分布呢?請看下圖:


可以看到,建國以來,颱風登陸廣東的次數最多,達244次,其次依次是海南(155次)、臺灣(140次)和福建(118次),上述四個省份的登陸次數均超過100次。有意思的是,天津也有一個颱風登陸。經過查詢,發現這個颱風為1972年的第三號颱風。可視化的好處就是信息可以直觀地展示,因為如果沒有這張圖,很難想像也很難在海量的數據中找到有這麼一個颱風登陸過天津。

下面讓我們再來看看廣東、福建和浙江這三個省份中每個地級市的登陸颱風次數。

首先是廣東:


毫無疑問,與我們此前猜測的比較接近,湛江是廣東省中歷年來登陸颱風最多的地級市(59次),平均下來每年都會有接近1個颱風登陸湛江。陽江和江門登陸次數也相對較多,分別達到了29和28次。粵北沿海登陸颱風的頻次明顯要比粵南沿海要少很多。

接下來是福建:


福建的中部毫無疑問是歷年登陸颱風集中地,其中福州和泉州分別以37次和30次位居榜首,其餘各地的登陸次數均明顯小於上述兩地。

最後讓我們來看看我的老家-浙江:


颱風登陸頻次從浙南到浙北依次遞減,溫州自建國以來有22個(次)颱風登陸,而最少的舟山,僅為3次。

以上僅是對於颱風路徑和強度及登陸點這類最最簡單的氣象數據資料進行的可視化展示。實際上我們在平時工作中會接觸到更加複雜、體量更大的數據,我們的工作就是對這些數據進行的進一步的加工分析並診斷,以便使大家能更容易讀懂颱風。

沒有颱風的日子,我們更辛苦,我們又要編程,我們又要畫圖!

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