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台風情報をいつも楽しく拝見させていただいています。
さて、類似台風検索について、教えていただきたく連絡しました。ある台風イベントを選択すると、画面右下に類似台風として、経路のみ、もしくは経路と中心気圧の類似台風を選択できるようになっていますが、その方法について教えてもらいたいのです。
なにぶん、素人の分野なので、具体的に確立した手法があるのか、また類似台風を取得するときの条件について、教えていただけたらと思います。
まずご回答が遅くなりまして申し訳ありません。このコーナーは原則として2-3日中にお返事するつもりなのですが、今回だけは超多忙のため例外的に遅くなってしまいました。
さて類似経路検索については、これまで論文等ではまとまった説明をしておりませんので、現状では方法がブラックボックス化しています。まずはじめに、類似性の定義に関しては、私の知るかぎり確立した手法はないと思います。本サイトでは以下のような手法を利用しています。
まず経路のみの場合、Dynamic Time Warping (DTW)法という手法を使って、二つの台風経路間の距離を定義しています。これは二つの時系列データを比較するための一つの手法で、時系列データどうしで最も近い観測点のペアを、「時間の流れを逆転することなし」に探索していく方法です。この計算は、動的計画法という方法を利用すれば高速に実行できることが知られています。手法の詳細につきましては他の参考書や論文をご覧下さい。
こうして二つの時系列データ間で最も近い観測点ペアを確定した後、一つ一つのペアについて観測点間の距離を計算し、それをすべて積算すうることで二つの台風経路データの距離が得られ、この距離が近い順にソートすると類似台風のリストが得られます。なおベストトラック上での観測点の間隔は6時間に統一しています。
ここで注意すべき点は、この距離は交換則を満さないということです。つまり台風Aから見た台風Bの距離と、台風Bから見た台風Aの距離は一般に異なります。例えば、発生から消滅までの経路が短い台風を基準に計算する場合、発生から消滅までの経路が長い台風に対しては、その一部の経路によく一致する部分があるかどうかを探すことになります。したがって経路が短い台風から見れば、経路が長い台風も類似台風になることがありますが、その逆はまずありません。したがって類似台風リストについては、どちらの台風から見たリストなのかに注意する必要があります。
次に経路と中心気圧の類似台風について説明します。上記のように経路だけで台風を比較すると、台風の勢力は全くお構いなしに類似台風を検索しますが、これではあまり適切な検索結果とはならない場合があります。例えば日本に大きなインパクトを与えそうな台風が接近しているとき、検索したいのは単に経路が似ている弱い台風ではなく、経路はだいたい似ていてしかも大きなインパクトを与えた台風でしょう。このような検索を実現するためには、経路の近さに加えて勢力の近さも考慮した距離が必要になります。そこで、DTW法で対応がついた観測点どうしで中心気圧の差分の絶対値を取り、その総和を強さ(中心気圧)に関する距離とします。
最後に、経路距離と中心気圧距離を適当な重みづけで線形和すれば、最終的に経路+中心気圧の距離が得られ、距離が小さい順にソートしたものが類似台風のリストとなります。なおこの重みなどは現状では適当に定めていますので、あまり信頼できる結果とは言えません。あくまで参考程度にお使いください。
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