2010-2018 年黄海、东海海域台风数据集

王春晓，王旭，刘长华*，贾思洋，王彦俊

1. 中国科学院海洋研究所，山东青岛 266071

2. 中国科学院海洋大科学研究中心，山东青岛 266071

引 言

台风由热带洋面生成的热带气旋发展而来，是破坏性极强的灾害性天气系统[1]。我国因特殊的自然地理环境，成为全球受台风影响最严重的国家之一[2]。因此，深入开展台风基础研究，提高对台风的实时监测和预报能力，减少台风灾害造成的损失至关重要。然而缺乏台风长期实时观测数据是制约台风研究和影响台风预报精度的重要原因[3]。海上实时监测系统为我们提供了全新的手段，它能够较以往更早、更及时监测到台风环流系统引起的海上水文、气象要素的连续、实时变化，有利于更准确预报台风移动路径，提高风暴潮预警的准确率[4]。

基于海上实时监测系统建设的紧迫性和重要性，中国科学院海洋研究所在“十一五”至“十二五”期间在中国科学院三期创新项目的支持下，完成了以海洋水面观测浮标系统为主的黄海站和东海站的建设，具体包括海洋浮标观测系统、垂直剖面观测系统、综合观测潜标系统和自动气象站系统等，形成体系完整的海上实时监测网络，可对海洋气象、水文和水质参数进行长期监测[5-7]。

本数据集汇总了黄海站、东海站2010-2018 年期间每个浮标在台风经过时获取的极大风速和风向、最低气压、最大波高观测数据，以及每个浮标的风速-风向-气压变化曲线和风速-风向-波高曲线。有些浮标因获取的参数数据不全，只有观测数据，而无相关曲线。

1 数据采集和处理方法

1.1 浮标站位分布

黄海站、东海站的观测海域分布于我国北自鸭绿江口、南至舟山外海的广阔海域，主要观测区域包括以大连獐子岛为核心的北黄海海域，以荣成楮岛为核心的荣成外海海域，以青岛灵山岛为核心的青岛外海海域、日照外海和三山岛外海，以花鸟岛为核心的长江口至舟山群岛外海海域等，共4 个核心观测海域。两个海上观测研究台站的稳定运行，积累了大量包括气象（气温、湿度、气压和能见度）、水文（海流和波浪）和水质（水温、盐度、浊度、叶绿素、溶解氧）等类型的长期连续实时观测数据。黄海站、东海站于2009 年6 月布放首套浮标系统，截至2018 年12 月已有21 套浮标系统投入使用，具体位置分布见图1，其中有14 套浮标（表1）安装了全套气象传感器和水文水质传感器，获取了台风经过时的全面的观测数据。

图1 黄海站、东海站浮标站位分布

表1 黄海站、东海站获取台风观测数据的浮标情况

1.2 数据处理

黄海站、东海站各浮标的观测数据均是通过CDMA、GPRS 和北斗三种无线通信方式实时地发送到陆基数据接收系统进行展示和入库存储。在处理台风观测数据时，首先在中央气象台的台风网上从2009 年6 月起开始查询每个经过我国黄海和东海的台风信息，根据台风路径初步判断有哪些浮标可能获取到台风数据，并确定数据获取的大致时间范围。然后从数据库中提取相应浮标在该大致时间范围的最低气压、极大风速、极大风速的风向、最大波高数据，优先提取CDMA 数据。当出现数据缺失的情况，再查询对应时间是否有GPRS 数据或北斗数据，如果有，则进行补充。最后绘制气压变化曲线，由气压变化来判断各浮标是否获取到台风观测数据。对于获取到的台风观测数据依据台风经过时气压变化规律，以最低气压的时间点为中心，截取台风影响期间的数据作为浮标获取的台风完整观测数据，通过总结全部数据的规律，最终确定66 个小时为普遍台风影响时间范围。存在少数特殊情况，66 个小时的数据不足以体现台风观测数据变化的全过程，则经过具体分析后确定合适的数据截取时间范围。自2010 年8 月开始获取第一个台风数据以来，至2018 年12 月黄海站、东海站共获取28 个台风经过时的观测数据，每个台风的数据获取情况详见表2。

表2 黄海站、东海站台风数据获取情况

注：带“-”的浮标意为缺少某一个参数的数据。

1.3 曲线绘制方法

为了直观地描述台风观测数据各参数的变化情况，本数据集还包含了台风观测数据的变化曲线图。曲线绘制基于Vue 框架实现数据的逻辑交互，实现数据与表现图层的双向数据绑定，通过Echarts图形插件对数据进行表达，以折线的方式表现气压、波浪观测参数变化，风速变化除了使用折线方式，还以SVG 图形表现不同时间下的风向变化。风向标记形状参照中国天气网的形式，以22.5 °为间隔分为16 个方位（图2）。风向标记含义及对应的范围见表3。同时利用风向变化标记的颜色不同将风速分为5 个范围，各颜色对应的范围见表4。

图2 风向16 方位

表3 风向标记含义及范围对照表

表4 风速范围颜色对照表

2 数据样本描述

本数据集包括表格型数据和图形数据。表格型数据文件包含154 个csv 文件，存放每个浮标获取台风经过时的气压、风速、风向和波高数据。数据表单所包含的具体字段名称、类型和样例见表5。每个浮标的数据采集间隔根据浮标的供电系统情况、传感器的配置等进行设置，同一个浮标在不同时期的数据采集间隔也有所不同，包括10 min、30 min 和60 min 三种情况，具体见数据表单中日期时间的间隔。

表5 各浮标台风观测数据表内容

图形压缩文件包含每个台风各浮标观测数据的风速-风向-气压变化曲线和风速-风向-波高曲线，共304 张曲线图，图形格式为png，示例如图3 和图4。

图3 2010 年第4 号台风“电母”期间06 号浮标风速-风向-气压曲线

图4 2010 年第4 号台风“电母”期间06 号浮标风速-风向-波高曲线

3 数据质量控制和评估

黄海站、东海站各海洋观测浮标系统的设计参照海洋行业标准《小型海洋环境监测浮标》（HY/T143-2011）[8]和《大型海洋环境监测浮标》（HY/T142-2011）[9]执行；观测仪器的选择参照《海洋水文观测仪器通用技术条件》（GB/T 13972-2010）[10]执行；重要海洋气象、海洋水文、水质等参数的观测工作参照《海洋调查规范》（GB/T 12763-2007）[11]和《海滨观测规范》（GB/T 14914-2006）[12]执行。有关台风各观测参数的技术指标见表6。

表6 浮标台风各观测参数技术指标

由于海洋综合观测浮标在海上无人值守长期运行，复杂多变的海况气候或传感器自身问题以及人类活动破坏等，会造成传感器故障、采集器故障、通信系统故障或者浮标整体在岸上进行维修等情况，从而导致数据缺失或者数据无效。因此，在处理浮标台风观测数据时，根据浮标详细的运行维护历史记录确定每个台风期间各浮标是否运行，安装的各传感器是否都正常工作，剔除确定无效的观测数据，并结合实际情况剔除明显有悖事实的数据，但同时为最大程度地保证数据完整性，对于部分存在疑义的数据未进行剔除。如果某个浮标无相关数据或缺少的数据太多，无法体现台风经过引起的变化情况，则不进行曲线绘制。

4 数据价值

本数据集的台风观测数据全部由海上长期定点运行的浮标实时获取，无论浮标的数量还是观测时长均为国内之最，2010-2018 年经过我国黄、东海的台风几乎均被黄海站和东海站的浮标获取到实时观测数据，这些来之不易的数据弥补了我国在台风研究中缺乏长期实测数据积累的不足，可为台风基础研究的深入开展提供数据支撑，为台风预报预警工作提供参考，为沿海政府部门开展台风预防工作提供科学依据[6]。

为方便使用，本数据集除了提供csv 格式的各浮标台风观测的数据表，还提供了相应的数据曲线，采用曲线趋势与图标方向、颜色变化相结合的方式，更为直观形象地体现各参数在台风经过期间的变化情况。

5 数据使用方法和建议

为了方便数据使用和查询，本数据集的表单数据文件命名由年份、台风号、台风名称和浮标号组成，例如2010 年第4 号台风“电母”期间06 号浮标获取的观测数据文件名为“201004 电母_06”。曲线图命名由年份、台风号、台风名称、浮标号和参数代码组成，例如2010 年第4 号台风“电母”期间06 号浮标获取风速-风向-气压变化曲线文件名为“201004 电母_06-WP”，风速-风向-波高曲线文件名为“201004 电母_06-WW”。

2013 年第23 号台风“菲特”与同年第24 号超强台风“丹娜丝”形成“双台风”效应，几乎同时影响东海站所在海域，其中“丹娜丝”距离更近所以影响更为明显。因此，本数据集将浮标观测数据统一放在“丹娜丝”数据表中，并共同绘制观测数据曲线。

致 谢

感谢黄海站、东海站的毕靖雯在数据整理和曲线图绘制付出的工作，感谢黄海站和东海站维护船只的工作人员给予的支持。

数据作者分工职责

王春晓（1981—），男，内蒙古乌兰察布人，硕士，工程师，研究方向为海洋观测技术。主要承担工作：数据处理、曲线图绘制和数据集编制等。

王旭（1990—），男，山东烟台人，硕士，工程师，研究方向为海洋环流与气候环境变化。主要承担工作：原始数据获取和整理。

刘长华（1977—），男，山东临邑人，博士，正高级工程师，研究方向为海洋观测技术。主要承担工作：本数据集技术流程设计。

贾思洋（1981—），男，山东平阴人，硕士，高级工程师，研究方向为海洋观测技术。主要承担工作：原始数据获取和质量控制。

王彦俊（1988—），男，山东莱阳人，硕士，工程师，研究方向为海洋大数据分析、处理和可视化。主要承担工作：本数据集曲线绘制程序的编写和调试。