【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 域 GRAPES 臺(tái)風(fēng)模式目前在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)上有 著 不錯(cuò)的表現(xiàn)，其路徑預(yù)報(bào)和強(qiáng)度預(yù)報(bào)均實(shí)現(xiàn)了初步的業(yè)務(wù)應(yīng)用，當(dāng)然 ， 在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)尤其 是臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)方面還有很大的提升空間。據(jù) 一份 檢驗(yàn)評(píng)估 報(bào)告 結(jié)果顯示， GRAPESTYM模式 對(duì)西北太平洋及南海 臺(tái)風(fēng) 的路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)性能均優(yōu)于 T213 全球臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式 。 本文 主要工作 (1)根據(jù) 2022 年和 2022 年的臺(tái)風(fēng)觀測(cè) 歷史資料 以及現(xiàn)有的臺(tái)風(fēng) 觀手段 研究成果， 經(jīng)過(guò)與具有豐富航海經(jīng)驗(yàn)遠(yuǎn)洋船長(zhǎng)的交流， 更加深刻的體會(huì)到臺(tái)風(fēng)對(duì)于海上船舶的威脅，并就臺(tái)風(fēng)影響下的大風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析，實(shí)踐中結(jié)合自身的抗風(fēng)浪等級(jí)如何制定避臺(tái)航線有了全面的了解。 (2)就 西北太平洋海域 ，船舶駕駛?cè)藛T及相關(guān)安全人員 獲得的風(fēng)場(chǎng)信息的 常用氣象網(wǎng)站及其 提供的 重要天氣圖進(jìn)行跟蹤研究 ， 并對(duì) 其提供的風(fēng)場(chǎng)圖 對(duì)比分析 ，并發(fā)現(xiàn)多家分析結(jié)果在指導(dǎo)精確避臺(tái)中的不足。 第 1 章 緒論 6 (3)經(jīng)過(guò)對(duì)大氣海洋管理局發(fā)布的風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品進(jìn)行分析，引入其 MTCSWA 產(chǎn)品，建立臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)精確風(fēng)場(chǎng)標(biāo)繪系統(tǒng)，并使用 VC++實(shí)現(xiàn)其功能，以實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)天氣下，利用 MTCSWA 風(fēng)場(chǎng)指導(dǎo)船舶高效避臺(tái)。 (4)使用本系統(tǒng)對(duì) 某船舶的實(shí)際航行 進(jìn)行實(shí)例仿真分析。 結(jié)果表明 ，該系統(tǒng)可以 直觀且較精確地顯示船舶與臺(tái)風(fēng)中心的相對(duì)位置，尤其 能夠給出 較為精確的風(fēng)場(chǎng)信息，可以對(duì)船舶航線安全性作出評(píng)價(jià)，為船舶駕駛員 及其相關(guān)安全負(fù)責(zé)人員選擇安全、經(jīng)濟(jì)的 避臺(tái)航線 提供重要的參考依據(jù) 。 船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)快速確定方法研究 7 第 2 章 船舶避臺(tái)方案制定過(guò)程分析 據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年發(fā)生在全球各海區(qū)的臺(tái)風(fēng)有 70 到 80 之多 ，而西北太平洋臺(tái)風(fēng)又是臺(tái)風(fēng)高發(fā)海域， 遠(yuǎn)高于其他海區(qū)，每年發(fā)生 28 個(gè)左右， 中國(guó)近海 及沿海地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響最為嚴(yán)重。給 海上 船舶帶來(lái)了極大的安全 威脅 。因此，各航運(yùn)企業(yè)都對(duì)船舶的防抗臺(tái)風(fēng) 工作 給予極高的重視。在各公司內(nèi)部，都建有防抗臺(tái)風(fēng)的安全管理體系， 就安全的角度而言，以避繞為主的“防臺(tái)”比臺(tái)風(fēng)襲來(lái)時(shí)的“抗臺(tái)”要安全得多。所以 在防抗臺(tái)風(fēng) 實(shí)踐指導(dǎo)工作 工作中， 基本是 按“以防為主，防抗結(jié)合，適時(shí)早避，留有余地”的原則執(zhí)行 [22]。 船舶在航行中能否成功地避開(kāi)臺(tái)風(fēng)，取決于諸多因素， 首先 在制定繞避方案前， 駕駛 人員 應(yīng)當(dāng)充分考慮 船舶 的實(shí)際情況，如船舶在大風(fēng)浪中的失速，可能受到的最大風(fēng)力，與 臺(tái)風(fēng) 中心的最近 距離， 其次應(yīng)該充分 的掌握 主輔機(jī)等設(shè)備的 工況 ，船舶的操作性能及貨物的裝載情況等來(lái)確定自己的抗風(fēng)浪等級(jí) [23]。 然后根據(jù) 最新的氣象部門(mén)提供的臺(tái)風(fēng) 動(dòng)態(tài)， 其中最重要的就是臺(tái)風(fēng)中心強(qiáng)度和 臺(tái)風(fēng)路徑。再 結(jié)合自己船位動(dòng)態(tài)信息與臺(tái)風(fēng)的相對(duì)位置關(guān)系，確定危險(xiǎn)區(qū)域，以中遠(yuǎn)為例，一般要求船舶繞開(kāi) 8 級(jí)風(fēng)圈、 300nm 或者保持船舶處于氣壓不小于1000hpa 的范圍內(nèi)， 從而制定避臺(tái)決策方案 [24]。 目標(biāo)圓方法設(shè)計(jì)避臺(tái)航線 從之前資料上的記載總結(jié)的避臺(tái)方法大致有以下幾種，分別是 扇形避臺(tái)法、海圖作業(yè)法、最佳扇面法等，但 上述各方法均存在一定的弊病 ， 而在實(shí)踐中很少有人使用 。 經(jīng)過(guò)多年探索，學(xué)者們根據(jù)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的誤差概率和海浪場(chǎng)特點(diǎn)，制定出一套以臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)為背景、以船舶的抗風(fēng)能力和在海浪中的失速為限制條件、以臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)精度及其周?chē)＠藞?chǎng)分布特征為依據(jù)的船舶繞避臺(tái)風(fēng)的技術(shù)方法 — 目標(biāo)圓法 [25]。 第 2 章 船舶避臺(tái)方案制定過(guò)程分析 8 目標(biāo)圓避臺(tái)方法技術(shù)原理 目標(biāo)圓避臺(tái)法就是以 臺(tái)風(fēng) 預(yù)報(bào)的目標(biāo)圓為背景 ， 臺(tái)風(fēng) 周?chē)＠藞?chǎng)分布特征 （ 8級(jí)、 10 級(jí)風(fēng)圈半徑 ） 為依據(jù) ， 船舶抗風(fēng)能力和失速為限制條件 ， 劃分 出三個(gè)環(huán)形區(qū)域，即 安全區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)區(qū) ， 然后根據(jù)各類(lèi)船舶風(fēng)險(xiǎn)度選擇適合該船的避臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) ， 進(jìn)而為船舶設(shè)計(jì)安全避臺(tái)航線。 該方法 自 1996 年開(kāi)始探索并試用 至今 ， 取得了良好的效果 [26]。 實(shí)踐證明，臺(tái)風(fēng)中心的實(shí)際位置并非 與預(yù)報(bào)的位置完全吻合 ， 而是 分布在以預(yù)報(bào) 點(diǎn)為圓心、預(yù)報(bào)誤差 (WC)為半徑的圓形 區(qū)域 內(nèi)，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的不同 ，導(dǎo)致預(yù)報(bào)誤差 的 不同， 所以， 只用一個(gè)平均值來(lái)做目標(biāo)圓半徑的話， 結(jié)果有 時(shí)候 偏 大，有時(shí)候 偏 小。為了使避臺(tái)方案更加 高效和經(jīng)濟(jì) ，我們根據(jù)不同的臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向而選取不同的目標(biāo)圓 半徑以取代早先的同一目標(biāo)圓半徑值，以下稱(chēng)這一圓形區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)圓 [27]。圖 為 為 2 4 臺(tái)風(fēng)路徑 預(yù)報(bào)目標(biāo)圓示意圖。 圖 臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)目標(biāo)圓 Target circle of typhoon tracking forecast 目前 ，絕 大多數(shù)船舶的抗風(fēng)能力都 達(dá)到 8 級(jí)以上 ，所以 一般認(rèn)為船舶 在 臺(tái)風(fēng) 8級(jí)風(fēng)圈之外航行是安全的，在 8 級(jí)至 10 級(jí)風(fēng)圈之間航行 是存在一定 風(fēng)險(xiǎn) 的 ，而在10 級(jí)風(fēng)圈和目標(biāo)圓之間船舶可能遭遇 10~12 級(jí)強(qiáng)風(fēng)， 則認(rèn)為存在一定的危險(xiǎn) ，如船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)快速確定方法研究 9 果航行在 目標(biāo)圓 內(nèi) ，便存在被卷入 臺(tái)風(fēng) 中心的可能， 可以認(rèn)為是禁區(qū)， 將對(duì)船舶安全構(gòu)成極 為嚴(yán)重威脅 [28]。 那么把 8 級(jí)風(fēng)圈和 10 級(jí)風(fēng)圈疊加到 臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的誤差概率圓 上 ， 如圖 所示可以把 臺(tái)風(fēng) 周?chē)Ｓ騽澐殖?始終落在 8 級(jí)風(fēng)圈以外的 安全區(qū)、 8 級(jí)風(fēng)圈至 10 級(jí)風(fēng)圈之間的 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、 10 級(jí)風(fēng)圈以?xún)?nèi)的 危險(xiǎn)區(qū) 和目標(biāo)圓內(nèi)部的 禁區(qū) [29]。同時(shí) 將船舶安全狀態(tài)與 船舶未來(lái)所處位置與相聯(lián)系， 即如表 所示， 評(píng)判出船舶在各種狀態(tài)下的風(fēng)險(xiǎn)度，進(jìn)而 選擇適合自己船舶的避臺(tái)等級(jí) ，為 制定 避臺(tái)方案提供進(jìn)一步的依據(jù) [30]。 表 船舶風(fēng)險(xiǎn)度和避臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) The level of vessel risk and typhoon avoidance risk 船舶位置 安全區(qū) 風(fēng)險(xiǎn)區(qū) 危險(xiǎn)區(qū) 風(fēng)險(xiǎn)度 1 級(jí)（安全） 2 級(jí)（有風(fēng)險(xiǎn)） 3 級(jí)（有危險(xiǎn)） 避臺(tái)等級(jí) 安全避臺(tái) 風(fēng)險(xiǎn)避臺(tái) 危險(xiǎn)避臺(tái) 圖 目標(biāo)圓風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)、安全區(qū)示意圖 The chart of risk area danger area and safety area for target circle 第 2 章 船舶避臺(tái)方案制定過(guò)程分析 10 目標(biāo)圓法避臺(tái)過(guò)程分析 在應(yīng)用目標(biāo)圓方法 避臺(tái)之前， 需繪制 未來(lái) 船舶一臺(tái)風(fēng) 綜合動(dòng)態(tài)圖， 如圖 所示。 即根據(jù)臺(tái)風(fēng)綜合預(yù)報(bào)結(jié)果和船舶允許航速 (根據(jù)運(yùn)營(yíng)航速、現(xiàn)行航速并考慮風(fēng)浪中失速而定 )， 推算 出每隔 3 一 6 小時(shí)的舶舶位置和 臺(tái)風(fēng)位置 (有時(shí)需畫(huà)出 8 級(jí)、10 級(jí)大風(fēng)圈 ) 并標(biāo)注 。 從眾多 時(shí)刻舶舶與臺(tái)風(fēng)位置的連線的變化 中 可以 直觀反映兩者之間相對(duì)位相和距離的演變，也可推導(dǎo)出船舶 何時(shí) 駛 入警戒區(qū)，以便及時(shí)進(jìn)行航線調(diào)整 [31]。 其流程如圖 所示。 圖 目標(biāo)圓 手動(dòng) 動(dòng)態(tài)標(biāo)繪圖 Manual plotting chart of target circle 船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)快速確定方法研究 11 圖 目標(biāo)圓法避臺(tái)流程示意圖 The chart of process for typhoon avoidance by target circle 從上圖可以獲知許多有用的信息， 可以根據(jù)船舶與臺(tái)風(fēng)的相對(duì)位置變化確定船舶進(jìn)入 8 級(jí)、 10 級(jí)大風(fēng)圈的時(shí)間及位置，以及船臺(tái)之間的最短距離和時(shí)間，如上圖所示，船舶 于 21 日 1300Z 駛 入 8 級(jí)大風(fēng)圈邊緣 M1 處 ，此時(shí)臺(tái)風(fēng)移至 O1， 如圖示 其目標(biāo)圓及 8 級(jí)、 10 級(jí)大風(fēng)圈。 當(dāng) 時(shí)間推移至 22 日 0300Z 時(shí)船臺(tái)間距離最短，船舶位于 M2 點(diǎn)，臺(tái)風(fēng)中心為 O2 點(diǎn)，這時(shí)船舶已經(jīng)入目標(biāo)圓內(nèi) ，即所謂的 禁區(qū)，安全受到嚴(yán)重威脅 [32]。 第 2 章 船舶避臺(tái)方案制定過(guò)程分析 12 此時(shí)，航海人員必須對(duì)原航線做出調(diào)整，以避開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)域。 如圖 所示， 可供選擇的避臺(tái)方案有兩種， 一種 當(dāng) M0 點(diǎn)向 以 O2 為圓心的 8 級(jí)大風(fēng)圈做切線，交于 N1 點(diǎn)， 船舶從 M0 點(diǎn)航至 N1 點(diǎn)，再到 P1 點(diǎn)，再逐漸回到計(jì)劃航線上，始終保持船舶處于安全區(qū)域，稱(chēng)之為安全避臺(tái)；另一種是當(dāng) M0 點(diǎn)向以 O2 為圓心的 10 級(jí)大風(fēng)圈做切線，交于 N2 點(diǎn)，船舶從 M0 點(diǎn)航至 N2 點(diǎn)，再到 P2，再逐漸回到計(jì)劃航線上，始終保持船舶處于風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，稱(chēng)之為風(fēng)險(xiǎn)避臺(tái)。 圖 目標(biāo)圓避臺(tái)航線示意圖 The chart of typhoon avoidance routing by target circle 真運(yùn)動(dòng)作圖法設(shè)計(jì)避臺(tái)航線 真運(yùn)動(dòng)避臺(tái)方法技術(shù)原理 雖然目標(biāo)圓避臺(tái)法可以把臺(tái)風(fēng)中心附近區(qū)域劃分為危險(xiǎn)區(qū)域、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域和安全區(qū)域， 也相應(yīng)給出了各個(gè)等級(jí)避臺(tái)航線的推薦路線， 駕駛?cè)藛T可以依據(jù)自身情況，選擇符合自己利益最大化的航線避臺(tái) [33]。 但是通過(guò)對(duì) 航運(yùn)企業(yè)的 實(shí)地 走訪和調(diào)研，發(fā)現(xiàn) 在實(shí)際避臺(tái)過(guò)程中，航海人員及 各大企業(yè)安監(jiān)部門(mén) 負(fù)責(zé)人 通常會(huì)用 “ 一刀切 ” 的方法， 依然會(huì)根據(jù) 以往 經(jīng)驗(yàn)設(shè)定幾個(gè)指標(biāo)，指導(dǎo)船舶不得駛?cè)胫笜?biāo)范圍內(nèi)的危險(xiǎn)區(qū)域，這些 指標(biāo) 通常是 8 級(jí)或船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)快速確定方法研究 13 10 級(jí)大風(fēng)圈、 200 或 300nm、 1000hpa 氣壓帶等。以中遠(yuǎn)為例，現(xiàn)在的慣用做法通常是指導(dǎo)船舶駛離 7 級(jí)或 8 級(jí)大風(fēng)圈。 真運(yùn)動(dòng)避臺(tái)法中決定船舶是否避臺(tái)以及何時(shí)避臺(tái)的重要基礎(chǔ)是通過(guò)推算船位和臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)，判斷現(xiàn)在和未來(lái)時(shí)刻 船舶和臺(tái)風(fēng)間的相對(duì)位置 變化是否構(gòu)成危險(xiǎn) ， 具體做法是 根據(jù)雷達(dá)標(biāo)繪原理， 在海圖上 用真運(yùn)動(dòng)作圖法標(biāo)繪船舶 — 臺(tái)風(fēng)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系圖， 求出未來(lái)時(shí)刻 船舶與臺(tái)風(fēng)之間的最近 會(huì)遇 距離 (DCPA)， 并推算出到達(dá)最近會(huì)遇點(diǎn)位置的時(shí)間 （ TCPA） ， 描繪 出相遇 時(shí)的 情況。 如圖 所示。 圖 真運(yùn)動(dòng)圖求 DCPA、 TCPA The chart of calculating for DCPA and DCPA by real motivation 真運(yùn)動(dòng)避臺(tái)過(guò)程分析 在航船舶附近海區(qū)有臺(tái)風(fēng)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)至少提前 72h 確定是否有可能進(jìn)入臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)區(qū)域，在距危險(xiǎn)區(qū) 48h 就應(yīng)進(jìn)入戒備狀態(tài)，并開(kāi)始著手設(shè)計(jì)避臺(tái)航線。從某一時(shí)刻 T0 為起始時(shí)刻，以該時(shí)刻船舶位置 S0 為起始位置，并標(biāo)出船舶的計(jì)劃航線CA，再按臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)路徑在海圖或臺(tái)風(fēng)標(biāo)繪圖上劃出移動(dòng)路徑圖 TA，如圖 。 第 2 章 船舶避臺(tái)方案制定過(guò)程分析 14 圖 船舶臺(tái)風(fēng)位置關(guān)系圖 The chart of the relationship between vessel and typhoon 上圖中，分別在船舶計(jì)劃航線上和臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)路徑線上，以 6 h 為間隔各自推算船舶位置和臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)位置，標(biāo)出 S1， S2， S3 和 T1， T2， T3 位置點(diǎn)。另過(guò) T2 點(diǎn)作 T2T2′ //S0S2 且 T2T2′ =S0S2，連接 T0T2′并延長(zhǎng)之，得到相對(duì)運(yùn)動(dòng)線 L。 T0T2′則為與上述相同時(shí)間間隔的相對(duì)航程。過(guò) S0 作相對(duì)運(yùn)動(dòng)線 L 的垂線 S0P， S0P 即為未來(lái)船舶與臺(tái)風(fēng)之間的最近相遇距離，即 DCPA。分別量取 T0T2′和 T0P 的長(zhǎng)度，當(dāng)臺(tái)風(fēng)從 T0 移到 T2 位置時(shí)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)線上的位置是 T2′，因此從 T0 到 T2′的時(shí)間是 12 h，由公式 即可求出 T0 到 P 的時(shí)間 X，即 TCPA。 （ ） 有時(shí)，船上收到的臺(tái)風(fēng)信息資料存在臺(tái)風(fēng)中心定位精度的問(wèn)題，因此，從安全角度出發(fā)，在分析本船與臺(tái)風(fēng)的相對(duì)位置時(shí)應(yīng)考慮精度問(wèn)題，應(yīng)始終把臺(tái)風(fēng)放在最不利本船 安全 的位置來(lái)考慮。 假設(shè)臺(tái)風(fēng)定位精度為 E，分別在原臺(tái)風(fēng)中心位置 T0、 T T T3 外套一個(gè)精度 E 為半徑的圓，連接對(duì)應(yīng)時(shí)刻本船 船位 與臺(tái)風(fēng)中心 位置點(diǎn)，分別交圓于 T00、 T1T2 T33，連接 T00、 T1 T2 T33 即得到定位精度 E 下對(duì)船舶最不利的臺(tái)風(fēng)路徑CT′ ，參照上例可以得到一條新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)線 L′ ，并可依據(jù)公式 求出本船與最不利的臺(tái)風(fēng)路徑會(huì)遇的 DCPA 和 TCPA，如圖 所示。 船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)快速確定方法研究 15 () 定位 精度 E 情況下的船舶臺(tái)風(fēng)位置關(guān)系圖 The chart of the relationship between vessel and typhoon under positioning accuracy E 當(dāng)確定了臺(tái)風(fēng)與本船的位置關(guān)系后，就可以對(duì)危險(xiǎn)程度就行判定，并采取措施，就以中遠(yuǎn)為例，認(rèn)為船舶處于 7 級(jí)大風(fēng)圈外是安全的，否則是危險(xiǎn)的，那么在上圖本船位置 S0 處以 7 級(jí)大風(fēng)圈為半徑畫(huà)圓。 如圖 所示，來(lái)看相對(duì)運(yùn)動(dòng)線是否穿越 7 級(jí)大風(fēng)圈