关键词：风暴潮、专家系统、信息系统、预报。
一、总则
二、系统详细设计基础框架
1、台风、强风暴潮延时与实时资料数据库的建立。
对可能获得的各种渠道的海洋、气象及海洋灾害信息进行计算机加工处理，建立相应的数据库。这些信息包括台风、风暴潮的常规和非常规的监测资料、数值天气预报背景场，国家气象局、国家海洋预报中心的台风与风暴潮信息及邻省江苏、浙江、福建沿海的海洋实时监测资料。对信息采用自动、定时存储和程序检索存储两种方式，检索简便、迅速，可随时调用，以便制作各种图形、图像加工成预报警报产品。
该库包含以下内容：
（1）1949年以来上海地区风暴增水超过80厘米（以外高桥站为基准）的过程实况（包括吴淞、黄浦公园、大戢山、金山嘴、芦潮港、洋山等测站）及预警报目标台风的相应增水实况。
（2）1949年以来西北太平洋台风路径库，着重为引发上海地区风暴增水大于80厘米的台风源数据库及预警报目标台风的相应路径实况。
（3）由国家气象局上海台风研究所发布1949年以后台风年鉴的数据。
（4）国家海洋预报中心的台风与风暴潮信息及邻省江苏、浙江、福建沿的收集、整理、校核资料。
（5）收集上海地区沿海地形场的变化，着重刻画洋山海域地形场情况，以便数值模型的准确运用；集外高桥、吴淞、黄浦公园、大戢山、金山嘴、芦潮港、洋山等测站建站以来的强风暴潮过程实况并加以整理校核。
数据库的建模方法：
采用标准的数据库建摸方法，先绘制出E-R关系图，再利用PowerDesigner数据库建模软件，将数据表结构，字段类型，以及表与表之间的关系，充分利用了关系数据库的优势。既简化了数据量，又使得数据最大可用性。
图一、数据基本流程
b.实时资料与国内外台风信息及邻省江苏、浙江、福建海洋预报台风暴潮监测资料的接入可设置数据接口由监测资料信息传输网络系统直接进入并归类，并能在系统平台上查询；
c.人机交互式资料录入，实时数据输入自动补充；
d.具有统计分析功能；
2、建立台风、强风暴潮预报服务工作站的建立。
建立具有较强的监测、诊断和预报服务功能，包括多种客观和定量预报模式和方法（强风暴潮数值预报方法、客观预报方法以及综合集成预报等）的预报工作站；预报范围为上海（长江口、杭州湾北岸）以及洋山海域。设计结构如下：
图2、具有专家系统功能的预报工作站设计框图
风暴潮专家系统作为该课题需要建立的一个主要内容将贯穿于整个系统的各个环节，其主要包括如下几个方面：
a.建立预报准则库
根据延时数据库资料，建立专家准则，并将准则定量化。在应用时，采用专家准则的方法，根据实时数据库的资料，确定各类预报模型中所用的非实测经验参数。该准则在预报过程结束后，根据评估系统的结果和新的样本重新确定，完成专家学习过程。
b.建立知识推理系统
知识推理系统为专家系统的核心，利用中心风暴潮预报多年的经验，进行数值量化并作为预报的准则，所以知识的选取决定了系统的成败，我们准备选取以下一些要素作为主要影响因子：
台风路径因子：主要考虑影响台风移动的主要因子如：引导气流，副高脊线位置，副高形状，台风中心到副高边缘的距离等。
台风强度因子：主要考虑影响台风未来强度的主要因子有海温，台风登陆后衰减，西风槽和锋面等。
前哨站因子：主要考虑影响风暴潮未来影响本地时的外围变化因子。如：嵊山站的水文气象要素变化，大戢山站水文气象要素的变化等。
个例评估因子：主要考虑历史上类似台风影响风暴潮的情况。
数值预报因子：从国内外台风数值预报中提取的未来台风变化要素如：预报位置、强度等
采用框架结构表示因子：如
DISST(台风中心距副高边缘的距离)
（level
(0“<20km”）
(1“20km—80km”)
(2“80km-200km”)
…)))
预报规则引进可信度的概念，采用逻辑方法表示如：
R01[规则名]
E01[结论名]
c．专家系统的知识的获取与更新
专家系统的获取主要采取类比和归纳的方法。可信度的取值采用对历史数据的统计获得。最后可信度的计算采用概率方法计算如：
根据规则R01该台风的移动速度为15公里，可信度0.80，根据规则R03，该台风的强度为980HPA，可信度0.90。总的可信度为0.80*0.90=0.72。
根据规则E01该台风的移动速度为15公里，可信度0.80，根据规则R03，该台风的移动速度为15公里，可信度0.90。总的可信度为0.90。
当某一个台风过程结束后，通过评估系统的评估，将该过程从实时数据库转到延时数据库，再更新预报规则库，完成学习过程。
（1）预报站点的选取及分布
考虑到上海市沿海经济的开发及洋山深水港的建设，航行安全及防潮减灾的实际需要，选取外高桥、吴淞、黄浦公园、大戢山、金山嘴、芦潮港、洋山等7个具有代表性且分布均匀的测站作为预报指标站点，开展风暴潮数值预报。
（2）预报模型的选取
数值预报模型：选取已在预报台成熟运用的SLOSH模型及在试运行阶段的ECOM模型为本系统的主要预报方法，并整合“五区块模型”与“863—818项目的风暴潮模型”。
统计预报模型：选取“上海地区强风暴潮预警报及影响研究”课题的成果作为预报方法；
（3）台风路径和风场选取
台风路径和风场选取拟选用中央气象台提供的台风路径及台风中心等实况值，运用或移植上海台风研究所的台风预报数值模型，计算适应于预报海域的台风路径和台风参数最佳值；选定日本气象厅、欧洲中期天气预报中心的72小时形势预报作为建立时效为72小时数值预报模式中台风参数预报的基础。
正确选取台风参数和台风路径的预报是风暴潮模式预报准确与否的关键。
（4）建立客观定量的预报服务评估系统，对各种预报模式进行分析评估
评价系统的制定原则：标准客观、评定量化、操作方便。
主要评价内容：台风路径24、48小时预报平均误差、风暴潮最大增水幅度预报平均误差、实测高潮位与实测高潮时的预报平均误差。
评价指导思想：以延时数据库与实时数据库资料为标准，将各项预报要素于之相比较，得出相应的分值。
评价系统的具体实施标准(各个预报站点分别进行)：
①台风路经
24小时预报误差小于等于1.0纬距为100分,大于1.0纬距小于等于1.5纬距为80分,大于1.5纬距小于等于2.0纬距为70分，大于2.0纬距以上为50分。
48小时预报误差小于等于2.5纬距为100分,大于2.5纬距小于等于3.5纬距为80分，大于3.5纬距小于等于4.5纬距为70分，大于4.5纬距以上为50分。
以上各次24小时与48小时的平均分值即为台风路经过程预报得分。
②风暴潮预报
24小时预报高潮位误差小于等于15CM为100分；大于15CM小于30CM为80分；大于30CM小于等于40CM为60分；大于40CM为50分。
48小时预报高潮位误差小于等于25CM为100分；大于20CM小于等于40CM为80分；大于40CM小于等于60CM为60分；大于60CM为50分。
72小时预报高潮位误差小于等于35CM为100分；大于35CM小于等于55CM为80分；大于55CM小于等于65CM为60分；大于65CM为50分。
以上各次24小时、48小时与72小时预报评分的平均分值即为高潮位过程预报得分。
③高潮时预报
24小时预报高潮时误差小于等于10分钟为100分；大于10分钟小于等于20分钟为80分；大于20分钟小于等于30分钟为60分；30分钟以上为50分。
48小时预报高潮时误差小于等于15分钟为100分；大于15分钟小于等于25分钟为80分；大于25分钟小于等于40分钟为60分；40分钟以上为50分。
72小时预报高潮时误差小于等于30分钟为100分；大于30分钟小于等于40分钟为80分；大于40分钟小于等于50分钟为60分；50分钟以上为50分。
以上各次24小时、48小时与72小时预报评分的平均分值即为高潮时过程预报得分。
④整个预报过程的综合得分为：①*0.25+②*0.5+③*0.3。
评价系统的操作过程：将每次24、48预报小时的预报要素按照一定的格式生成数值化文件，由事先编好的评价软件自动评定。
3、建立台风、强风暴潮监测资料信息传输和预报服务网络系统。
1、Internet资料信息传输服务应用方案
浏览器上运行Flash和ASP结合的方式，Flash通过ASP程序来取得数据服务器传来的数据。能够进行实时动态显示，信息数据可直接接入数据库系统。
2、独立客户服务应用方案
客户端程序直接与服务器进行通信。单独的客户端程序直接从服务器端获得数据。客户端与服务器建立套接口，向服务器发送请求包，然后取得服务器传来的数据包。
（1）、用户应用端
功能特点：
交互式人机界面具有人机对话智能功能，用户操作方便功能全面、细腻、丰富。
主要功能列表：
1.风暴潮预报结果和预警报。
2.相似台风路径查询。
3.风暴潮各站点情况查询。
4.台风、风暴潮历史资料查询。
（2）、预报服务端
交互式人机界面具有人机对话智能功能，操作方便。模块化，易扩展性。
1.风暴潮预报结果和预警报自动生成、提交和发布。
2.各数据库的维护。
3.用户信息的管理。
4.各延时与实时资料数据库的审核，各信息产品库的使用管理。
（3）、信息处理端
台风数值预报模型与风暴潮数值模型的有效衔接，结合台风、强风暴潮各站监测资料信息，与后台数据库相连，实现系统整合。
1.SSICAPS子系统
2.专家系统
3.台站资料通信系统，台站资料实时数据库的审核
4.预报员分析系统和预报服务工作站。
图三、风暴潮信息分析处理系统框
三、台风、风暴潮查询分析模块
（一）系统的主要内容
2.1949年以来引发上海地区风暴增水超过80厘米（以吴淞站为基准）的台风源资料库，包括台风路径及大风圈图。
3.1949-1999年历年台风资料汇总。
（二）系统的功能
1.历史资料的录入、编辑和打印，实时数据的增加和续补
（2）增水资料的编辑：实测潮位值、天文潮、风向风速和气压等资料的增加、删除和修改功能。
（3）台风资料和增水资料图形化的显示和保存。
2.资料检索查询
据不同的风暴潮研究或预报的需要能进行下列各项要素的查询：
按台风编号查询：
根据已知台风的路径，通过设置相似条件进行台风的相似查询。
按增水程度查询：
对查询的结果，系统具有显示台风路径图、台风参数以及各次台风各站实测、天文潮、增水过程等图表功能。
按极值要素查询：
用户可以选择不同要素值（包括最大增水、最高潮位、台风最大风速、台风最低气压和台风与上海的距离）查询得知相应的各次影响台风。并对各要素值进行排序，显示相应的台风路径图。
3．统计分析功能
1、相似分析
分析历史上符合目标台风形势相似条件的台风，其相似条件为：
(a)、路径相似：通过路径的起始点（经纬度）、路径的相似范围（相似点数和相似范围）来作为相似特征条件。
气压相似：台风的中心气压作为相似条件（±Pa）。其中（a）是相似分析的必要条件，(b)和(c)、为相似分析的附加条件，通过相似分析得出相似台风，并据此可查询相似台风的最大增水、最高潮位及过程曲线等。
2、特征分析：
历年吴淞站风暴潮增水大于某特定值（可用户自定义，例如：1.2米），或高潮位大于某特定值（可用户自定义，例如：4.8米）的台风频数。
各站最大增水、最高潮位及其台风编号、位置和强度。
（三）技术难点分析
1、在程序中采用动态内存管理，充分利用虚拟内存，实现大内存块的分配和释放，使得大信息量的查询任务快速方便的完成。
2、基于图形学方法，实现台风相似路径的快速判别算法。
4、在台风路径查询和分析过程中采用分层技术实现较为灵活，并且提高了稳定性。
5、程序设计过程中采用了面向对象(OOP)技术，为各种数据建立类，充分利用了OOP技术的优点：继承性、封装性等。
6、程序采用了多文档多视图结构，使得系统功能分割条理清楚，操作简便，并且图、表结合对同一数据源实现多种显示方式，便于客户理解。
7、数据曲线的显示，通过算法实现坐标刻度的自动选择和标注，具有智能化特点。
四、系统运行结果
9711相似路径图片
9711台风slosh模式运行结果和实测数据比较曲线
归纳法专家系统界面
五、总结
本着科学研究要为业务服务的宗旨，该系统从实际出发，从根本上解决了一个外行可以通过该系统进行东海区风暴潮预报。
在台风相似路径的算法上提出了通道法的基本算法，使得台风相似更加科学合理，在以前的文献和资料上，尤其是以计算机应用系统出现的，是首创。