中国台风研究进展的可视化分析

林茹馨，叶金玉，2

(1.福建师范大学地理研究所，福建 福州 350007；2.福建省陆地灾害监测评估工程技术研究中心，福建 福州 350007)

0 引言

21 世纪以来，全球范围内发生各种灾害频繁，且灾情严重，已引起世界各地对灾害的重新认识和特别关注，其中，台风灾害是造成人类生命财产损失和环境破坏最严重的自然灾害之一[1]。中国位于台风灾害发生频率最高、强度最强的西北太平洋西北部，由台风影响造成的经济损失呈现逐年上升的趋势。 台风灾害的高风险性已经引起了政府和学术界的高度关注[2]，以台风为主题的研究文献逐年增加，研究方法更加多样，研究范围越来越广。 陈香等[3]以2005 年的“龙王”台风为例，对福建省的台风灾害链特征进行分析；牛海燕等[2]对中国沿海地区的台风灾害风险进行评价；叶金玉等[4]基于空间参数对中国台风灾害的暴露性进行分析；Zhang Y 等[5]对长三角地区的台风灾害风险进行评估；魏章进等[6]对中国东南沿海的台风灾害风险进行评估分析；周小梅等[7]对浙江省的台风灾害开展评估与区划；叶金玉[8]、朱婧等[9]分别采用不同方法对福建省的台风灾害风险进行评估；张悦等[10]对广东省各市台风灾害风险进行评估；莫建飞等[11]基于GIS 技术对广西省台风灾害的承灾体脆弱性进行评价；Guo X 等[12]以云南省江家市为例，进行基于台风来临时前期降雨设置的泥石流预警阈值的研究；汤剑雄等[13]利用无人机航拍影像，开发评估系统，对超强台风“莫兰蒂”造成的树木倒伏数量及其固碳释氧的生态服务价值损失开展定量评估；林江豪等[14]建立基于BP 神经网络和空间向量模型(VSM)的综合评估模型，实现台风灾害经济损失评估；郭桂祯等[15]以2014 年“威马逊”台风为例，通过对台风-洪涝灾害链机理研究，拟合东南沿海五省台风灾害房屋倒损脆弱性曲线模型；张传雄等[16]以台风“玛莉亚”为例，研究台风不同风场结构特征变化规律对建筑结构的风效应；顾成林等[17]以美国联合台风中心的热带气旋资料为基础，对1951—2015 年登陆中国的强热带气旋的变化特征以及与ENSO 的关系进行分析；Alexandros A 等[18]开发实时评估工具对美国新奥尔良地区的飓风灾害风险进行评估；Jason Sippel等[19]基于天气研究和预报模型(WFR)进行热带气旋“韦森特”的反演模拟，构建3D 模型，预测其登陆期间及之后的轨道、强度和降水等动态。 由此可见，国内外不同学者从不同出发点、不同角度对台风的成因、个案特征、影响规律、灾害损失评估、灾害风险评估等方面做了大量研究，相关研究文献海量涌现。

在大数据时代背景下，面对这些海量研究文献，如何便捷地了解台风研究进展状况及发展趋势成为亟待解决的问题。 利用信息技术和文献计量方法研究学科的发展已成为一种重要手段[20]。文献计量学是集数学、统计学、文献学为一体，运用数学和统计的方法，定量分析某一研究领域的科研论文的综合性科学体系，是目前科研量化评价的重要方法之一，受到越来越多学者的重视[20-21]。 科学知识图谱则将计算机和科学计量学等手段相结合，对海量文献数据信息进行分析，并通过绘制知识图谱将相关信息进行可视化展示，预测研究内容的发展前沿和趋势，让研究者对研究的内容、研究热点和学科关系及结构有清晰的把握[22]。 因此，本文将运用以上方法，开展以台风为主题的文献计量分析，以可视化的形式研究1980—2018 年中国台风研究进展的时空特征和研究热点等问题，从侧面认识台风研究的进展状况。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文使用的数据资料来源于中国知网期刊数据库(CNKI)，设置搜索主题为“台风”且篇名为“台风”，共检索到1958—2018 年相关文献9780篇，检索时间2019 年3 月15 日。 为了保证研究结果的有效性，对所得文献进行整理和筛选，获得发表时间在1980—2018 年且研究区域为中国的台风相关文献共6849 篇，对此进行统计分析。

1.2 研究方法

在数据分析及统计过程中主要采用文献计量分析法中的词频分析、共词分析法和数据挖掘方法中的中心度分析及社会网络关系分析方法。

词频分析方法是文献计量学的方法之一，指在某一领域的研究文献中，利用能够阐释、说明文献中心内容的主题词或关键词出现的频次来确定该研究领域的热点和发展趋势[23]。

共词分析方法是基于文献中的关键词或主题词，先统计出其词频，然后再统计高频关键词对，即统计出现在同一篇文献中高频关键词出现的频率，进而生成共现矩阵。 一般某个关键词对出现在同一篇文献中的次数越多，说明此词对之间的关系越紧密，由此可以在关键词对所构成的共词网络图中观察节点之间的大小和远近来反映研究的主题内容之间的亲疏关系[24]。

社会网络关系分析又称结构分析，它能够直观地揭示各要素之间关系的紧密程度和各自所处的地位[25]。 中心度分析是社会网络分析的重点之一，通过分析某点是不是处于整个社会网络关系的“中心”位置来反映该点在整个网络关系中所起的重要性作用[26]。 因此，通过对高频关键词进行中心度分析后构建的网络关系图谱进行分析，可以了解高频关键词在整个网络中的作用和所处的地位[22]。

由于关键词的设置受个人语言表达习惯影响，可能出现不规范和不统一的现象。 为使研究结果更科学可靠，采用以下方法对关键词进行人工处理:

(1)通过归并法将表达同一内容却用不同方式的词语进行统一归并，如报纸、报刊、新闻等归并为媒体报道；

(2)利用吸收法针对同一内容却采用上下位关系来表示的关键词进行吸收，如福建省、福州、泉州、厦门等，均采用福建省来表示；

(3)采用丢弃法对一些与研究内容无关或者表达太宽泛的关键词，对其进行舍弃，不包括在统计分析的范畴之内，如中共中央、中华人民共和国、分公司等。

2 结果分析

2.1 时间特征

对1980—2018 年的研究文献进行统计分析，如图1 所示。

从图1 可以看出:(1)近30 年间，中国台风研究的文献数量整体呈现增多的趋势，从1980 年的79 篇增到2018 年的589 篇；(2)1980—2004年文献数量相对较少，且增长速度相对缓慢，说明在这段时间内，中国学者对台风虽有一定研究，但研究数量相对较少；(3)2004 年之后文献数量呈现快速增长的趋势，尤其是2004—2006 年文献数量出现爆炸式增长，2006 年以后文献数量在400～600 篇波动变化，并在2014 年达到顶峰。

通过查阅有关文献资料，认为2004 年之后台风研究文献出现激增的原因可能有以下几点。(1)由于社会经济的发展，导致台风造成的灾害损失逐年增加，因此，政府部门不仅重视防灾减灾工程措施的建设，也加大了灾害科学研究的投入；(2)中国在积极响应国际减轻自然灾害十年(1990—1999)活动结束后，2000 年开始国际减灾战略(ISDR)的实施，灾害研究作为减灾实践的基础受到了国内越来越多学者的关注[27]，因此，有关台风研究的文献数量急剧增长；(3)GIS、遥感等空间信息技术为灾害研究提供了便捷的数据获取、处理及综合分析方法，进而促进台风研究的发展，但以GIS 为首的空间信息技术在我国的起步及发展相对较晚，主要在2000 年以后才广泛地应用于灾害的研究中。 总之，台风研究文献的年际变化特征在一定程度上反映了中国台风研究从初步摸索到逐步成熟的发展过程。

2.2 空间特征

将文献中研究区域的关键词按省级行政单位进行统计，结果显示，中国台风研究具有明显的区域差异性，研究区域主要分布于中国的东南部沿海地区，而中西部地区则相对较少。 表1列出了台风研究中文献数量排在前10 的省份(自治区)，由表1 可见，浙江省是研究文献数量最多的省份，其次是广东、福建、海南等省份。

表1 研究文献数量最多的前10 个省份(自治区)Tab.1 The top 10 provinces (autonomous regions) with the largest number of research literature

据台风数据中心统计，1945—2015 年中国沿海各省台风的登陆频次如表2 所示。

表2 1945—2015 年沿海各省登陆的台风频次统计Tab.2 Frequency statistics of typhoons landing in China's coastal provinces from 1945 to 2015

由表2 可以看出，台风登陆次数最多的省份均位于中国的东南部沿海地区，依次是广东、台湾、海南、福建、浙江、广西等，排在前五位的省份与表1 中研究文献最多的前五个研究地区基本一致。 此外，据牛海燕等[28]采用台风灾情评估模型计算出的1990—2007 年的中国沿海省市台风灾情指数数据(表3)可以看出，沿海各省(市)由台风造成的灾害损失从大到小的顺序为:浙江、福建、广东、广西、海南、江苏、山东、上海、河北、辽宁。 将这两组不同来源、不同方法的统计数据与表1 进行对比可知，中国台风研究文献数量的空间分布与中国历年台风登陆频率及灾害损失密切相关。

2.3 研究热点变化特征

关键词通常是文献的研究主题。 通过提取、收集文献里的关键词，运用Python 软件构建关键词共现矩阵，利用社会网络分析的中心度分析，获得的结果可以解释该领域的研究热点。利用1980—2018 年所有台风研究文献提取关键词，经归并、吸收和丢弃等处理，再进行频次统计，获得如表4 所示的高频词表。 从表4 可以看出，除了“台风”一词以外，“台风灾害特征”“台风特性”“台风结构”“灾害防御”“台风模拟”“台风路径”“台风成因”“台风预报”“台风天气(气候)”、 “台风中心”“台风风险”等词出现的频次都较高，说明这些主题均是台风的研究热点。

表3 1990—2007 年中国沿海省市台风灾害指数Tab.3 Typhoon disaster index of China's coastal provinces from 1990 to 2007

表4 1980—2018 年高频关键词统计表(部分)Tab.4 Statistic of part of high frequency keywords from 1980 to 2018

根据台风研究文献数量的时间变化特征，以2004 年为时间节点，将关键词分析分为2004 年之前和2004 年之后，因此，关键词的共词分析和可视化也相应地分为两个阶段。 采用Ucinet 网络软件生成中国台风研究高频关键词的社会网络关系图谱如图2 和图3 所示。 高频关键词由方形节点表示，节点越大则表示该关键词在整个关键词网络中的作用越大，也就越能够控制其他关键词，从而实现共现的能力，而图中的连线则代表关键词之间的关系，连线越粗表明关键词之间的相关性越强。

由图2 可以看出:(1)从节点大小及分布来看，位于网络图中间的关键词除“台风”外，还包括“台风灾害特征”“台风特性”“台风路径”“台风模拟”“台风成因分析”“台风结构”“台风预报”等，成为中国在1980—2004 年台风研究领域的核心关键词，代表这一时段内的研究热点。(2)从节点之间连线的粗细来看，台风与台风特性及台风灾害特征之间的连线最粗，表明三者之间的关系最紧密，反映研究者们比较关注台风本身的特性及由台风产生的灾害特征分析；此外，台风特性与台风结构、台风中心、台风路径、台风天气等关键词之间的连线也较粗，表明该时段内台风特性研究方面主要关注台风结构、台风路径及台风天气等。 (3)灾害评估、灾害损失、灾情等关键词处于网络图的边缘地带，与其他词的联系较少，属于研究的薄弱之处，说明在这一阶段，有关台风灾害评估的研究工作还相对较少。 (4)体现研究区域的关键词主要包括中国沿海、广东、福建、浙江、海南等，且多位于网络图的外围，表明这一阶段的台风研究区域主要集中于东南部沿海地区。

由图3 中可以看出:(1)网络节点的数量明显增多，说明在2004 年之后的十多年中，中国台风研究在内容上增加了许多新主题，除了包括图3 中的大多数关键词外，有关台风灾害防御、灾害应急、台风监测、台风预报、灾害评估、风险等研究主题也出现在网络图中；有关GIS 的应用、遥感、无人机、雷达、大数据等也成为关键词，说明GIS及其相关的信息技术已被应用于台风研究中；此外，农业、林业、种植业、养殖业等也出现在网络图的边缘地带，说明台风研究领域不断拓宽，研究内容逐渐细化，研究方法、技术渐趋成熟。 (2)从节点大小来看，除台风灾害特征、台风结构、台风特性、台风模拟、成因分析等仍是研究热点外，灾害防御、台风风险、灾害应急、灾害评估等也位于网络图中较为中心的位置，成为新的研究热点，说明有关台风灾害防御、灾害评估及风险等领域的研究受到越来越多的关注。 (3)从节点之间连线的粗细程度来看，台风特性、台风灾害特征、台风结构、台风成因、台风模拟、台风预报、灾害防御、台风风险等关键词的关系较为紧密，说明这些研究主题密切相关，台风特性、台风灾害特征、台风结构、台风成因是台风模拟及风险评估的研究基础，台风模拟及风险评估是台风预报的前提，灾害防御则是研究的目的。 (4)从研究区域来看，广东、福建、浙江等台风影响的重点区域成为研究热点，位于网络图中较为中心的位置，江苏、山东、辽宁等也出现在网络图的边缘地带，说明被关注的台风影响区域越来越广，有关台风的研究越来越受重视，针对性更强。

3 结论

通过对中国台风研究的相关文献进行统计，利用共词分析法、社会网络关系分析法对研究文献的时空分布特征、研究主题变化特征进行分析及可视化表达，主要结论如下:

(1)从文献数量的年际变化上看，1980—2018 年以来中国台风研究文献数量总体上呈现增多的趋势。 其中，1980—2004 年文献数量相对较少，且增长速度相对缓慢；2004 年之后文献数量呈现快速增长的趋势，并在2014 年达到顶峰。

(2)从文献数量的空间分布上看，1980—2018 年中国台风研究区域的空间分布上具有较大差异性，研究区域主要集中于中国东南部沿海地区，而中西部地区则相对较少，说明研究文献数量的空间分布与中国历年台风登陆的频率及灾害损失密切相关。

(3)从研究热点看，2004 年之前的研究热点集中于台风自身的特征和灾害特征分析；2004 年之后，有关台风自身的特性及灾害特征的研究仍是热点，但有关台风评估、台风预报、灾害应急、灾害防御、台风风险等则成为新的研究热点；此外，GIS 及其相关的信息技术也广泛应用于台风研究中。 这些变化特征表明随着计算机技术、空间信息技术以及互联网的快速发展，不仅为台风特征分析、台风模拟、台风预报等研究提供新的技术手段，也为台风防灾预案、减灾策略、灾害评估、灾害应急和灾后恢复等提供决策支持。

在研究过程中，由于受数据资料及研究方法的影响，在人工归并、整理关键词、提取高频关键词等过程中可能存在一定的主观性，因此，在未来研究中，有关台风研究热点网络图等知识图谱的绘制及其变化特征分析还有待进一步完善。