趙學(xué)洋，周云山，王金林，儲(chǔ)凌劍

(中國衛(wèi)星海上測控部,江蘇江陰214431)

1 引言

西南太平洋海域氣象條件復(fù)雜多變，天氣系統(tǒng)演變較快，海況較為惡劣。航天測量船需經(jīng)常在此執(zhí)行測量任務(wù)，眾多測控設(shè)備集中在空間有限、動(dòng)態(tài)不定的船上，要使各設(shè)備構(gòu)成一個(gè)整體滿足測量工況要求，一定范圍內(nèi)對船舶航向、航速、橫搖等都作了限制。而該海區(qū)幾乎沒有常規(guī)的氣象觀測站[1]，氣象資料稀缺，國內(nèi)氣象機(jī)構(gòu)又極少關(guān)注，航天測量船不可避免的會(huì)受到天氣系統(tǒng)及其產(chǎn)生的惡劣海況的影響，在此海況下如何在保證船舶安全的前提下盡可能地提供測控支持成為亟待解決的新課題。

2 南太平洋海域主要天氣系統(tǒng)

影響西南太平洋海域的天氣系統(tǒng)主要有以下三個(gè)：南太平洋熱帶氣旋、源于澳洲大陸東部的溫帶氣旋和高緯冷空氣，有明顯的季節(jié)變化，但季節(jié)變化不如北太平洋顯著[2-4]。本文分12—3月為夏季，4—5月為秋季，6—9月為冬季，10—1月為春季來分析各天氣系統(tǒng)。全年風(fēng)浪的概況是冬季最強(qiáng)，夏季最弱，風(fēng)浪周期在夏季最短，冬季最長，長周期主要發(fā)生在西風(fēng)帶中。大浪頻率高緯大于低緯，在赤道附近大浪頻率幾乎為零。浪向基本是以33°S，90°W 為中心逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，盛行風(fēng)浪的傳播方向與盛行風(fēng)的方向基本一致。

2.1 熱帶氣旋

南太平洋上熱帶氣旋的年平均發(fā)生數(shù)為8.8個(gè)，占全球臺(tái)風(fēng)總數(shù)的11%。熱帶氣旋活動(dòng)主要出現(xiàn)在12—4月，并且主要集中在15°—25°S、110°E—170°W 的洋面上。熱帶氣旋的生命史較西北太平洋上的相對短一些，一般為2—5 天，最長的也僅9 天，各月的分布峰值主要出現(xiàn)在1—3月，次峰值出現(xiàn)在4月。它們的強(qiáng)度也較西北太平洋上的熱帶氣旋弱一些，中心最大風(fēng)速一般為20—30 m/s，極少數(shù)達(dá)到12級(jí)；中心最低氣壓一般為1000—980 hPa，極少數(shù)小于980 hPa[5]。

根據(jù)中國衛(wèi)星海上測控部所發(fā)行的內(nèi)部統(tǒng)計(jì)資料，熱帶氣旋的移動(dòng)路徑在生成初期為偏西和西南方向，在移動(dòng)發(fā)展過程中會(huì)轉(zhuǎn)向南和南偏東（見圖1）。其移速，偏西移時(shí)為6—8節(jié)，向西南方向轉(zhuǎn)向時(shí)一般為5—7節(jié)[6]。

2.2 溫帶氣旋

圖1 2000—2005年南太平洋熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)

西南太平洋上溫帶氣旋活動(dòng)較為頻繁，年平均數(shù)為15個(gè)，時(shí)段主要在5—9月，集中在30°S附近及其以南洋面，楊祖芳等[7]的研究也表明，澳大利亞東部是溫帶氣旋的主要源地，塔斯曼海是溫帶氣旋的主要形成海域[8]。溫帶氣旋常伴有一至兩條強(qiáng)冷鋒面，鋒面云系寬廣，影響范圍廣大，影響周期為4—5天。

氣旋的移動(dòng)受南太平洋冷高壓和新西蘭島地形影響顯著，根據(jù)中國衛(wèi)星海上測控部所發(fā)行的內(nèi)部統(tǒng)計(jì)資料，其移動(dòng)路徑基本上自西向東移動(dòng)，并且大多數(shù)為向北凸起的弧形路徑。受冷高壓和新西蘭島地形影響,在新西蘭島以西洋面移到50°S以南，當(dāng)溫帶氣旋跨過新西蘭島以后，迅速發(fā)展并東移（見圖2，圖中圈內(nèi)數(shù)字為溫帶氣旋序號(hào)）[9]。

圖2 2000—2005年各年9月南太平洋溫帶氣旋路徑綜合圖

移動(dòng)方向大多為東偏南，強(qiáng)度與黃海氣旋相當(dāng)。他們伴隨著大風(fēng)、強(qiáng)降水及低能見度等惡劣天氣，對艦船航行造成較為嚴(yán)重的威脅。

船舶在距溫帶氣旋中心12 個(gè)經(jīng)緯距以外的海域航行時(shí)一般所受的影響不大，但如果附近海域還有鋒等相關(guān)天氣系統(tǒng)配合時(shí)，則影響范圍要大得多；另一方面，溫帶氣旋形成的時(shí)間短，引起海況變化十分突然，因此船舶航行時(shí)要提高警惕[10]，不能因?yàn)楦浇臍庑虻蜌鈮合到y(tǒng)強(qiáng)度不大，船舶實(shí)測海況良好，就認(rèn)為對船舶影響不大[11]。

2.3 南極冷空氣

南半球的大范圍的冷空氣源地主要是靠近南極大陸的冰洋面，活動(dòng)的平均周期是5—7 天左右。夏季頻率小，大約一個(gè)月有4—5 次冷空氣過程，而且冷空氣位置偏南。冬季冷空氣活動(dòng)最頻繁，一個(gè)月大約有6—8 次冷空氣活動(dòng)過程，而且強(qiáng)度強(qiáng)，位置偏北，春秋季冷空氣活動(dòng)介于冬夏季之間[12]。

冷空氣在剛生成后的發(fā)展加強(qiáng)階段向東北方向移動(dòng)，在消亡階段，當(dāng)冷空氣移到30°—40°S 以后，基本沿緯圈向東移動(dòng)。根據(jù)中國衛(wèi)星海上測控部所發(fā)行的內(nèi)部統(tǒng)計(jì)資料，從全年平均來看，在東移的過程中有80%的冷中心都是沿45°—55°S這個(gè)緯度圈移動(dòng)。在新西蘭東部的太平洋海域是冷空氣的一個(gè)減弱消失區(qū)，大部分的冷氣團(tuán)移到此處后都開始變性消失。如圖3 所示，圖中燕尾箭頭表示冷空氣的移動(dòng)路徑禿尾箭頭表示冷空氣從原地生成移出的路徑，細(xì)箭頭表示北移的冷空氣路徑，陰影部分為強(qiáng)消散區(qū)。

3 航天測量船航次天氣情況統(tǒng)計(jì)

從1999—2008年，某航天測量船在西南太平洋執(zhí)行了多次任務(wù)，對歷次任務(wù)所遭遇的天氣系統(tǒng)及采取的規(guī)避措施進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：每航次在該海域必然會(huì)遭遇1—3次天氣系統(tǒng)的影響，在受天氣系統(tǒng)影響時(shí)，都未能按計(jì)劃進(jìn)入測量海域，需要調(diào)整航線機(jī)動(dòng)（見表1）。

圖3 西南太平洋冷空氣活動(dòng)示意圖

（1）冬春季影響該海域的天氣系統(tǒng)主要是冷空氣和溫帶氣旋，兩者都會(huì)對船舶安全及測控要求產(chǎn)生很大影響，都是影響航天測量船的主要災(zāi)害性天氣系統(tǒng)。其中冷空氣的影響在時(shí)間上和空間上較溫帶氣旋更廣，而溫帶氣旋的災(zāi)害性更大。奧克蘭以東海域一般會(huì)受溫帶氣旋的影響，同時(shí)會(huì)受冷空氣影響[13]；

（2）冷空氣在發(fā)展時(shí)一般向東北移動(dòng)，而在任務(wù)海域附近一般會(huì)沿緯圈向東移動(dòng)，強(qiáng)度也會(huì)逐漸減弱。但在冷空氣向北擴(kuò)散中也會(huì)隨著長短波槽侵入到30°S附近，其形成的冷平流對任務(wù)海域造成較大影響，而由梯度力和地面系統(tǒng)的沖擊所造成的大風(fēng)大浪影響的范圍較大，時(shí)間較長，對執(zhí)行任務(wù)和船舶安全的影響不容忽視；

（3）溫帶氣旋在30°S附近的移向一般為東南，和冷空氣相比其影響范圍較小，但它形成時(shí)間短，引起得海況變化十分突然，因此船舶航行時(shí)要提高警惕，不能因?yàn)楦浇臍庑虻蜌鈮合到y(tǒng)強(qiáng)度不大，船舶實(shí)測海況良好，就認(rèn)為對船舶影響不大，尤其當(dāng)溫帶氣旋中心離船舶較近時(shí)，其形成的大風(fēng)大浪對船舶安全有很大影響。

表1 航天測量船歷次任務(wù)海區(qū)情況統(tǒng)計(jì)表

4 應(yīng)急機(jī)動(dòng)策略

影響海域的天氣系統(tǒng),無論熱帶氣旋、溫帶氣旋還是冷空氣，對船舶安全和測量任務(wù)的影響都可能是災(zāi)難性的，航海人員應(yīng)盡可能多地收集到各種氣象資料，綜合利用各種氣象資源，準(zhǔn)確分析每一份氣象信息，總結(jié)7次任務(wù)航海氣象保障的成功案例，探討各種天氣系統(tǒng)時(shí)的船舶機(jī)動(dòng)方案。

4.1 船舶機(jī)動(dòng)原則

不論熱帶氣旋還是溫帶氣旋，在移動(dòng)到測量海域附近時(shí)都是由西北向東南或偏東方向移動(dòng)，而大風(fēng)區(qū)位于其移動(dòng)方向的左側(cè)。此時(shí)要針對航天測量船相對于氣旋的位置采取不同的方案，機(jī)動(dòng)時(shí)一般堅(jiān)持三項(xiàng)原則，一是目標(biāo)海域相對遠(yuǎn)離氣旋大風(fēng)浪區(qū)；二是船舶機(jī)動(dòng)不穿越氣旋移動(dòng)路徑[14]，三是最大可能保證測量任務(wù)。

4.2 機(jī)動(dòng)方案

4.2.1 單氣旋作用

當(dāng)測量海區(qū)位于氣旋移動(dòng)路徑的左側(cè)時(shí)。根據(jù)船舶機(jī)動(dòng)三原則，由路徑1、3 組成的扇形區(qū)域?yàn)楹教鞙y量船機(jī)動(dòng)區(qū)域，可在此扇形區(qū)域內(nèi)選擇備用測量海區(qū)。路徑2 與氣旋的移動(dòng)路徑垂直，可以使船舶在最短的時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)離氣旋，路徑1 離氣旋大風(fēng)區(qū)較近，海況最差。以到達(dá)船舶機(jī)動(dòng)的最優(yōu)化（見圖4）。在執(zhí)行航天測控任務(wù)3遭遇熱帶氣旋、執(zhí)行航天測控任務(wù)5遭遇溫帶氣旋時(shí)即選擇路徑2成功進(jìn)行了機(jī)動(dòng)。

當(dāng)測量海區(qū)位于氣旋移動(dòng)路徑的右側(cè)時(shí)。同樣根據(jù)機(jī)動(dòng)三原則，機(jī)動(dòng)路徑在4、6 組成的扇形區(qū)域，路徑5由于與氣旋的移動(dòng)路徑垂直，可以在最短的時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)離氣旋，路徑6與氣旋移動(dòng)方向一致，惡劣海況持續(xù)時(shí)間最長，航天測量船要充分考慮到備用測量點(diǎn)及測量航向后才能確定最佳機(jī)動(dòng)方案[15]。

圖4 單氣旋作用下的船舶機(jī)動(dòng)方案

圖5 冷空氣作用下的船舶機(jī)動(dòng)方案

圖6 冷空氣與氣旋共同作用下的船舶機(jī)動(dòng)方案

4.2.2 冷空氣作用

當(dāng)單一冷空氣在測量點(diǎn)南部由西向東移動(dòng)時(shí)，與冷空氣移動(dòng)路徑垂直的機(jī)動(dòng)路徑2由于能最快遠(yuǎn)離其影響范圍，是為最優(yōu)選擇，而路徑1和路徑3由于仍與冷空氣距離較近，是為次要選擇（見圖5）。

4.2.3 冷空氣與氣旋共同作用

當(dāng)測量海區(qū)遭受氣旋和冷空氣上下夾擊時(shí)，機(jī)動(dòng)余地非常小，所以應(yīng)優(yōu)先考慮船舶安全，再考慮測量支持，及時(shí)果斷采取措施，使船舶盡快駛離危險(xiǎn)海域。當(dāng)然，如遇氣旋和冷空氣的勢力并不強(qiáng)時(shí)，也可兼顧測量任務(wù)，此時(shí)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)路徑為正西方向。在執(zhí)行航天任務(wù)7 時(shí)航天測量船即遭遇到溫帶氣旋和冷空氣的共同作用，航天測量船選擇路徑4實(shí)施機(jī)動(dòng)[16]（見圖6）。

當(dāng)測量海區(qū)位于氣旋和冷空氣的北側(cè)時(shí)。此時(shí)的機(jī)動(dòng)余地比前者大，可以選擇正北，東北和偏東等方向機(jī)動(dòng)。航天測控任務(wù)6遭遇溫帶氣旋和冷空氣的共同影響時(shí)即按照此方案實(shí)施機(jī)動(dòng)。

4.3 最優(yōu)策略選擇

（1）典型天氣系統(tǒng)的預(yù)報(bào)。發(fā)現(xiàn)海區(qū)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)，除充分利用海區(qū)現(xiàn)有的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品并接受氣象報(bào)告外，還應(yīng)密切注意現(xiàn)場氣象要素的變化，使航天測量船始終保持在安全距離。一般認(rèn)為安全距離大于系統(tǒng)的平均直徑的一半，具體取值多少還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)情況和船舶的性能而定；

（2）應(yīng)急測量海區(qū)的選擇。在遵守船舶機(jī)動(dòng)三原則時(shí)應(yīng)急測量海區(qū)是為重要因素。在系統(tǒng)強(qiáng)度不大時(shí)，船舶機(jī)動(dòng)應(yīng)盡可能考慮到滿足測量任務(wù)的需要，由于測控航速、航向選擇有限性，因此在選擇機(jī)動(dòng)方案時(shí)應(yīng)早做準(zhǔn)備，可將機(jī)動(dòng)距離一并計(jì)入，采用邊規(guī)避天氣系統(tǒng)邊執(zhí)行任務(wù)的模式；

（3）航天測量船最優(yōu)機(jī)動(dòng)方案。選定方案時(shí)要考慮到各系統(tǒng)的平均范圍、大風(fēng)區(qū)分布、最外圍閉合等壓線的平均值等因素，不僅要考慮其離熱帶氣旋越遠(yuǎn)越安全，且要考慮到海域及所應(yīng)完成任務(wù)的實(shí)際情況,因此，最優(yōu)方案往往不是測量圈次最多或規(guī)避系統(tǒng)最快。

5 結(jié)語

針對西南太平洋海域不同季節(jié)各系統(tǒng)的對海區(qū)的影響程度，航海人員應(yīng)依托的各種氣象產(chǎn)品進(jìn)行深入分析，掌握號(hào)幾種典型天氣系統(tǒng)的特征，機(jī)動(dòng)時(shí)應(yīng)充分考慮任務(wù)要求和船舶特點(diǎn)，利用任務(wù)間隙進(jìn)行高低速結(jié)合的方式，同時(shí)也將執(zhí)行任務(wù)所產(chǎn)生的航程航時(shí)納入到整個(gè)預(yù)案中，爭取到了更多的機(jī)動(dòng)時(shí)間，使船舶盡可能地向應(yīng)急測量海域機(jī)動(dòng)。

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