【正文】 地表衛(wèi)星風(fēng)場資料 — MTCSWA， 該產(chǎn)品 運用了先進的風(fēng)場探測技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值分 析集成技術(shù)、現(xiàn)代計算機技術(shù)，更精細化的提供了臺風(fēng)風(fēng)場分布。 MTCSWA 運作平臺網(wǎng)址為： 結(jié)合多類型、多傳感器、多數(shù)據(jù)源的 臺風(fēng) 風(fēng)場資料綜合分析，信息每 6h 更新一次，以圖形和文本兩種方式顯示 臺風(fēng) 風(fēng)場信息。 其中，圖像產(chǎn)品有 9 種，在網(wǎng)頁上 公布的有 8 種，包括地表風(fēng)場分析（風(fēng)暴規(guī)模 )、地表風(fēng)場分析（內(nèi)核規(guī)模 )、 AMSU（ Advanced Microwave Sounding Unit，微波探測器）數(shù)據(jù)、 CDFT/WV（ Cloud Drift Winds/Water Vapor Winds，云跡風(fēng) /水汽風(fēng)）數(shù)據(jù)、 IRWD（ Infrared FlightLevel Proxy Winds，紅外代理風(fēng)）數(shù)據(jù)、SCAT/ASCT 數(shù)據(jù)、 MSLP（ Minimum Sea Level Pressure，最低海平面氣壓） /最大風(fēng)速 時間分析圖和 臺風(fēng) 紅外線分析 圖；最后未公布的圖像產(chǎn)品是 臺風(fēng) 中心 200km以內(nèi)高空集成動能與當(dāng)前 臺風(fēng) 強度 時間圖，用以劃分 臺風(fēng) 強度。以 2022 年 10 月3 日 臺風(fēng) “ 黃蜂 ”在 18 時（世界時）生成的圖像信息為例，見 圖 、 、 、。 文本產(chǎn)品主要是格式化的文件包含輸入、輸出和診斷信息，其有助于用于操作的用戶，便于獲取文本信息、應(yīng)用這些文件。這些數(shù)據(jù)可以 FTP 站點獲得，網(wǎng)址為 通過多種類型的圖像信息以及文本信息，互相取長補短，可以保證 臺風(fēng) 風(fēng)場信息的準(zhǔn)確、詳實和全面性。其中， AMSU、 CDFT/WV、 IRWD、 SCAT/ASCT 的數(shù)據(jù)圖主要用來作為產(chǎn)品的輸入數(shù)據(jù)；在輸出的分析產(chǎn)品中，地表風(fēng)場分析（風(fēng)暴規(guī)模 )、地表風(fēng)場分析（內(nèi)核規(guī)模 )兩種分析圖，簡單、直觀的繪出了臺風(fēng)風(fēng)場的分布，不僅給出 50kn（ 10 級）和 30kn(7 級 )風(fēng)圈分布，還進一步的精細化出臺風(fēng)船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場快速確定方法研究 27 周圍風(fēng)圈分布，有助于增加對 臺風(fēng) 風(fēng)場信息的掌握。并且，其兩種分析圖的橫坐標(biāo)為經(jīng)度，縱坐標(biāo)為緯度，易于判斷和標(biāo)繪出臺風(fēng)周圍風(fēng)場的具體分布，極大的提高了使用的便利性。 圖 臺風(fēng) “黃蜂 ”風(fēng) 暴規(guī)模、內(nèi)核規(guī)模的風(fēng)場分析圖 surface wind analysis charts at the storm scale and inner core scale 圖 臺風(fēng) “黃蜂 ” AMSU、 CDFT/WV 的數(shù)據(jù)圖 AMSU、 CDFT/WV datasets for TC VONGFONG 第 4 章 快速確定臺風(fēng)風(fēng)場研究 28 圖 臺風(fēng) “黃蜂 ” AMSU、 CDFT/WV、 IRWD、 SCAT/ASCT 的數(shù)據(jù)圖 AMSU、 CDFT/WV、 IRWD、 SCAT/ASCT datasets for TC VONGFONG 圖 臺風(fēng) “黃蜂 ”集成動能與當(dāng)前 TC 強度 時間圖和 MSLP/最大風(fēng)速 時間分析圖 The time series of the integrated kiic energy vs. current intensity, and the time series of the analyzed maximum wind speed and estimated MSLP for TC VONGFONG MTCSWA 風(fēng)場資料來源 MTCSWA 產(chǎn)品主要用來分析 臺風(fēng) 周圍的風(fēng)場分布，產(chǎn)品領(lǐng)域覆蓋全球，其資料來源主要是幾個熱帶氣旋預(yù)警中心。其中，南半球、印度洋和西北太平洋的 臺風(fēng) 位置和強度資料是由位于夏威夷火奴魯魯?shù)穆?lián)合臺風(fēng)預(yù)報中心提供；北太平洋的 臺風(fēng) 位置和強度資料是由位于夏威夷火奴魯魯?shù)?NCEP 中央太平洋颶風(fēng)中心提供；東北太平洋和北大西洋的 臺風(fēng) 位置和強度資料是由位于弗羅里達邁阿密的NCEP 熱帶氣旋預(yù)測中心提供 [46]。 船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場快速確定方法研究 29 該產(chǎn)品使用的數(shù)據(jù)是來自 AMSU、 CDFT/WV、 IRWD、 SCAT/ASCT 數(shù)據(jù)圖— 近地面風(fēng)分析的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，主要分為兩個大類，在兩個不同的大氣水平。一類是用于通用風(fēng)場；另一類是針對于 臺風(fēng) 產(chǎn)生的特殊風(fēng)場。風(fēng)場產(chǎn)品分為表面（通常 10m）和低空層（通常是 600～ 925hPa 之間）兩個大氣水平產(chǎn)品。其中，表面風(fēng)場是基于 Quick SCAT 和 ASCAT 衛(wèi)星，運用主動雷達設(shè)備或散射測量技術(shù)獲取的地表風(fēng)場分析資料；低空層風(fēng)場資料中， CDFT/WV 數(shù)據(jù)和 IRWD 數(shù)據(jù)主要基于靜止氣象衛(wèi)星， AMSU 數(shù)據(jù)基于 NOAA1 1 18 三顆衛(wèi)星。 Quick SCAT 是美國 NASA 于 1999 年 7 月發(fā)射了極軌 衛(wèi)星，主要應(yīng)用于天氣分析、預(yù)報和數(shù)值預(yù)報。該散射計風(fēng)場資料實現(xiàn)了散射計風(fēng)場資料的同化分析，改進了數(shù)值模式在常規(guī)觀測資料稀疏的南半球的天氣分析和預(yù)報，以及北半球海面上熱帶氣旋和溫帶氣旋的分析和預(yù)報，同時通過衛(wèi)星觀測資料獲得對新的觀測事實的認(rèn)識方面的應(yīng)用。但由于天線的問題， Quick SCAT 已于 2022 年 11 月 22日停止運行 [47]。 AMSU 是美國 NOAAKLM 系列極軌業(yè)務(wù)衛(wèi)星上的先進微波探測器，由AMSUA 和 AMSUB 兩部分組成。其中 AMSUA 以探測大氣溫度、大氣總的可降水量以及地球表面特征為目的 ； AMSUB 主要探測大氣濕度垂直分布。 AMSUA設(shè)有 15個通道，空間分辨率為 48km； AMSUB設(shè)有 5個通道，空間分辨率為 16km[48]。 與其他衛(wèi)星探測器相比 ， NOAA/AMSU 可以全天候觀測，能夠?qū)ε_風(fēng)中心移動路徑、臺風(fēng)結(jié)構(gòu)分析、海平面最大風(fēng)速、強度以及降水等特點進行分析研究，揭示臺風(fēng)發(fā)展過程中這些特征的變化，可為臺風(fēng)數(shù)值預(yù)報提供一定參考價值 [49]。 靜止氣象衛(wèi)星資料主要有 CDFT/WV 和 IRWD。靜止氣象衛(wèi)星屬于遙感類衛(wèi)星，其觀測資料具有較高的時間分辨率，適中的空間分辨率且覆蓋范圍大，是人類 對地觀測衛(wèi)星的重要組成部分。美國目前使用的是第三代業(yè)務(wù)靜止氣象衛(wèi)星 [50]。 MTCSWA 產(chǎn)品與現(xiàn)常用資料對比分析 MTCSWA 產(chǎn)品可為 航運安全指揮部門和船長們 提供 更加準(zhǔn)確、詳實的 TC 的周圍風(fēng)場分布 情況 。下面以 2022 年 10 月 21 日 臺風(fēng) “ 范斯高 ” 的風(fēng)場信息為例 進行應(yīng)用對比分析。 第 4 章 快速確定臺風(fēng)風(fēng)場研究 30 在目前常用的臺風(fēng)風(fēng)場來源中，首先，可以通過中央氣象臺 2022 年 10 月 20日 2200 時（世界時）發(fā)布的 臺風(fēng) 預(yù)報及相應(yīng)的大風(fēng)警告得知， 臺風(fēng) “ 范斯高 ”在2100 時 中心附近最大風(fēng)力有 16 級，中心最低氣壓為 938hpa， 7 級風(fēng)圈半徑 300km，10 級風(fēng)圈半徑 100km，如圖 。 然后，由 21 日 1800 時（世界時）日本 JMA 發(fā)布的地面分析圖 中給出的 臺風(fēng)“ 范斯高 ” 簡報 分析可知 ， 該 臺風(fēng) 近中心最大風(fēng)速為 90kn，陣風(fēng) 130kn， 在氣旋中心 東北部 100 n mile， 其他部位 80 n mile 的范圍內(nèi)風(fēng)速超過 50kn（ 10 級），在氣旋中心北半部 270 n mile、其他部位 240 n mile 的范圍內(nèi)風(fēng)速超過 30kn(7 級 )。臺風(fēng) “ 范斯高 ” 的風(fēng)場信息， 見圖 。 圖 2022年 10月 20日 22時發(fā)布 臺風(fēng) 48h路徑預(yù)報圖 Track forecast chart for 2022 made by NMC 船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場快速確定方法研究 31 圖 日本 JMA 于 2022 年 10 月 21 日 1800UTC 發(fā)布的地面分析圖 Surface analysis chart for 2022 made by JMA 最后，通過 美國聯(lián)合臺風(fēng)警報中心 20 日 1800 時（世界時） 發(fā)布的 臺風(fēng) “ 范斯高 ” 警報圖 分析得知，預(yù)計 臺風(fēng) “ 范斯高 ”于 21 日 1800 時 ，近中心最大風(fēng)速為105kn，陣風(fēng) 130kn， 在氣旋中心 東北象限 40 n mile，東南象限 30n mile，西南象限 30n mile 和西北象限 40n mile 的范圍內(nèi) 風(fēng)速超過 64kn（ 12 級），在氣旋中心 東北象限 75n mile，東南象限 70n mile，西南象限 70n mile 和西北象限 70n mile 的范圍內(nèi) 風(fēng)速超過 50kn（ 10 級） ， 在氣旋中心 東北象限 135n mile，東南象限 130n mile，西南象限 125n mile 和西北象限 130n mile 的范圍內(nèi) 風(fēng)速超過 34kn（ 8 級）。 臺風(fēng)“ 范斯高 ” 的風(fēng)場信息， 見圖 。 第 4 章 快速確定臺風(fēng)風(fēng)場研究 32 圖 美國聯(lián)合臺風(fēng)警報中心發(fā)布的 TC 警報圖 TC warning provided by JTWC 由上 可知， 我們提供過去熟悉中、日、美的 臺風(fēng) 風(fēng)場信息來源 只能得到 臺風(fēng)的 近中心最大風(fēng)速、陣風(fēng)風(fēng)速、 7～ 8 級 、 9～ 10 級 和 11～ 12 級 風(fēng)圈 等 風(fēng)場信息 ，而不能更精細化了解其它級風(fēng)圈的分布。并且，各家提供的風(fēng)圈分布較為粗略，數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，不能使使用者準(zhǔn)確、詳實的掌握 臺風(fēng) 周圍風(fēng)場的信息。 而從 2022 年 10 月 21 日 1200 時（世界時） NOAA 網(wǎng)站提供的 MTCSWA 產(chǎn)品中 地 表風(fēng) 場 分析產(chǎn)品看到， 臺風(fēng) “ 范斯高 ” 的風(fēng)場信息，見圖 。 船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場快速確定方法研究 33 圖 NOAA 于 2022 年 10 月 21 日 1800UTC 發(fā)布的表面風(fēng)分析圖 surface wind analysis charts for 2022 made by NOAA 由 臺風(fēng) “ 范斯高 ” 的 地 表風(fēng) 場 分析產(chǎn)品可知，首先， 地 表風(fēng) 場 分析圖（風(fēng)暴規(guī)模）可以看出 臺風(fēng) “ 范斯高 ” 周圍風(fēng)場的 35kn、 50kn、 65kn、 80kn 風(fēng)圈的分布；然后，根據(jù) 地 表風(fēng) 場 分析圖（內(nèi)核規(guī)模）可以進一步看出 臺風(fēng) “ 范斯高 ” 中心附第 4 章 快速確定臺風(fēng)風(fēng)場研究 34 近的風(fēng)場分布。同時，也易于根據(jù)縱橫坐標(biāo)的經(jīng)緯度，判斷和標(biāo)繪出 臺風(fēng) 周圍風(fēng)場的具體分布和船舶的相對位置，使用極其方便。 例如， 圖 中詳細給出 80kn 風(fēng)圈的 具體 分布 ，可簡單、直觀的看出最大風(fēng)速范圍的分布，而不是粗略的給出以臺風(fēng)中心為圓心的風(fēng)圈，更為準(zhǔn)確、詳實的顯示了 臺風(fēng) 周圍的風(fēng)場分布。 臺風(fēng)風(fēng)場標(biāo)繪系統(tǒng) 臺風(fēng) 風(fēng)場標(biāo)繪 功能實現(xiàn) 通過上述的資料對比分析，我們 可以清楚 知道 MTCSWA 風(fēng)場產(chǎn)品的優(yōu)越性，并且 能夠為精確化避臺提供有力的參考價值， 又 因為該產(chǎn)品信息并沒有資格準(zhǔn)入或其他條件的限制，船上駕駛?cè)藛T或陸 地上的安全保障人員皆可以通過互聯(lián)網(wǎng) 免費 獲取，所以本系統(tǒng)的氣象資料來源就是美國國家海洋大氣管理局的網(wǎng)站信息 [51]。 由于我們的網(wǎng)上獲得的風(fēng)場產(chǎn)品是一個圖形化既成結(jié)果，故無法直接導(dǎo)入電子海圖系統(tǒng)，這就給相關(guān)人員在在實際應(yīng)用使用該產(chǎn)品的過程中帶來了很大的不便[52]。 如何能夠 讓駕駛?cè)藛T方便的應(yīng)用此風(fēng)場資料， 本系統(tǒng)就是用 VC++編寫臺風(fēng)風(fēng)場標(biāo)繪系統(tǒng)， 利用逆向工程的思維將既定產(chǎn)品模型或?qū)嵨锬Ｐ娃D(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型從而進一步加以設(shè)計或再利用， 供駕駛?cè)藛T較快較精確掌握臺風(fēng)周圍風(fēng)場分布。 鑒于 MTCSWA 風(fēng)場分布足夠精細，對臺風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的風(fēng)力范圍描述也非常詳細， 但就 船舶避臺參考 而言 ，這里一般要求標(biāo)繪出 8 級和 10 級風(fēng)圈范圍即可。 逆向工程的核心問題是如何從采樣點出發(fā)重建出曲線、曲面模型。由已知的采樣點集擬合出一條或多條曲線 ， 反映出該點集的形狀和走向 ， 即曲線擬合的問題 。[53]本系統(tǒng)即基于分形理論，綜合應(yīng)用 D— P 算法進行插值 [54]。 風(fēng)場的曲線邊界 是由一系列坐標(biāo)點組成的點列來表示的 ， 插值就是根據(jù)比例尺的變化情況和原曲線的特征 ， 在每兩點間插入一定數(shù)量的描述細節(jié)特點的點 ，再按順序連起來 ， 得到新的數(shù)字化曲線 [55]。 比例尺越大，細節(jié)描述越詳細，越能準(zhǔn)確地反映實際的地理狀況。所以，本系統(tǒng)提供區(qū)域放大功能，使得結(jié)果能夠更加反映出精細特征，接近真實情況 [56]。 船舶繞避熱帶氣旋風(fēng)場快速確定方法研究 35 風(fēng)場標(biāo)繪過程分析 在臺風(fēng)來臨之際，或預(yù)計未來會有臺風(fēng)可能對本船構(gòu)成威脅時， 船舶應(yīng)即早做好準(zhǔn)備，確定臺風(fēng)及本船的相對位置，確定臺風(fēng)周圍的詳實的風(fēng)場分布并標(biāo)繪，為船舶防臺避臺做參考。 首先 從 MTCSWA 產(chǎn)品網(wǎng)站首頁獲取本船所在海區(qū)的詳細臺風(fēng)信息， 往返于我國的進出船舶一般獲取西北太平洋的臺風(fēng)居多，展開右側(cè)會顯示現(xiàn)在西北太平洋的 臺風(fēng) 活動情況，見最下方， 如圖 、 所示 。 圖 海區(qū)分類示意圖 The sort of sea area by MTCSW 圖 MTCSWA 多源數(shù)據(jù) Multisource data of MTCSWA 第 4 章 快速確定臺風(fēng)風(fēng)場研究 36 下面就