劉大剛， 劉 振， 張 翔， 劉寶龍， 王偉哲

(大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026)

臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料來源和應(yīng)用分析

劉大剛， 劉 振， 張 翔， 劉寶龍， 王偉哲

(大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026)

獲取更為詳實(shí)的臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料對(duì)合理有效地確定船舶避臺(tái)方案、提高處理避臺(tái)航行突發(fā)狀況的能力及確保航運(yùn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益而言具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對(duì)此,通過分析目前常用的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)資料來源，指出目前常用臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)資料存在精細(xì)化程度不夠高、不能滿足合理有效地繞避臺(tái)風(fēng)和處理突發(fā)狀況需求等問題。在對(duì)美國(guó)NOAA網(wǎng)站提供的MTCSWA風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品的種類、來源及其應(yīng)用等進(jìn)行詳細(xì)分析、介紹的基礎(chǔ)上，以臺(tái)風(fēng)“范斯高”為例對(duì)不同來源的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用對(duì)比分析。結(jié)果表明:MTCSWA風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品可更為直觀、有效地給出臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料，可更為行之有效地供航運(yùn)安全管理部門避臺(tái)決策使用。

水路運(yùn)輸;海上交通安全；船舶避臺(tái)；臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)資料；精細(xì)化應(yīng)用

Abstract: Real-time typhoon wind field data is of great importance to shipping safety managers and captains, who have the responsibility to determine TC avoidance routes for ships and to handle unexpected TC situations. This paper analyzes the typhoon wind field data from commonly used sources and points out that they are not appropriately accurate and in detail for effectively deciding TC avoidance routes and handling unexpected situations. The MTCSWA wind product provided by American NOAA website is introduced in detail, covering its types, sources and applications. The wind field information of TC Francisco from different sources is analyzed, and the results show that MTCSWA wind products can provide more straightforward and effective real-time wind field data of the typhoon, which can better help shipping safety managers with TC avoidance.

Keywords: waterway transportation; safety of marine traffic; TC avoidance; typhoon field data; fine application

鑒于臺(tái)風(fēng)(以下簡(jiǎn)稱TC)伴隨的狂風(fēng)惡浪會(huì)對(duì)船舶構(gòu)成嚴(yán)重威脅，各航運(yùn)企業(yè)對(duì)船舶防抗TC給予高度重視。在防抗TC時(shí)，準(zhǔn)確掌握TC的移動(dòng)路徑、強(qiáng)度和大風(fēng)浪范圍以選擇安全、合理的繞避航線是航運(yùn)企業(yè)安全監(jiān)管人員和船舶駕駛員最重要的任務(wù)之一。以中國(guó)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸集團(tuán)公司為例，其安監(jiān)部一般通過綜合分析中、日、美等國(guó)家氣象部門發(fā)布的TC預(yù)報(bào)確定TC的移動(dòng)路徑和8級(jí)風(fēng)圈分布[1]，指導(dǎo)船舶合理避開8級(jí)風(fēng)圈，保證其安全航行。

隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，更加準(zhǔn)確、翔實(shí)地掌握TC的移動(dòng)路徑和大風(fēng)浪范圍有助于在保證安全航行的基礎(chǔ)上降低繞避TC的成本，提高航運(yùn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是,在實(shí)際工作過程中，受TC預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確、船舶未合理繞避等因素影響，船舶可能并沒有及時(shí)避開8級(jí)風(fēng)圈。因此,需相關(guān)部門進(jìn)一步掌握TC周圍風(fēng)浪等級(jí)分布情況，以對(duì)船舶進(jìn)行合理指導(dǎo)，避免事故發(fā)生。

1 TC預(yù)報(bào)分析

我國(guó)船舶駕駛員平時(shí)應(yīng)用最多、最為熟悉的TC預(yù)報(bào)是中、日、美等國(guó)的氣象部門發(fā)布的TC預(yù)報(bào)。[2]

1) 當(dāng)西北太平洋出現(xiàn)TC時(shí)，我國(guó)中央氣象臺(tái)(NMC)通過互聯(lián)網(wǎng)和其他途徑每6 h發(fā)布一次TC當(dāng)前的實(shí)況位置和強(qiáng)度，24 h、48 h和72 h的預(yù)報(bào)位置和強(qiáng)度，及對(duì)應(yīng)的7～8級(jí)、9～10級(jí)和11～12級(jí)大風(fēng)警戒區(qū)。[3]

2) 日本氣象廳(JMA)提供路徑預(yù)報(bào)圖、地面分析圖和預(yù)報(bào)圖、海浪分析圖和預(yù)報(bào)圖等氣象資料，通過分析這些資料可獲取TC的移動(dòng)路徑、強(qiáng)度和大風(fēng)浪范圍，其中路徑預(yù)報(bào)是通過氣象傳真機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布的72 h TC路徑預(yù)報(bào)及相應(yīng)的警告區(qū)域。JMA的做法實(shí)際上是給出TC中心當(dāng)前的實(shí)測(cè)位置及10級(jí)大風(fēng)(風(fēng)速≥50 kn)的范圍;然后以未來24 h、48 h和72 h的TC預(yù)報(bào)位置為圓心,以近年來上述3個(gè)時(shí)間段的TC中心位置預(yù)報(bào)平均誤差為半徑,畫出TC中心未來落入概率為70%的概率圓;最后將10級(jí)大風(fēng)半徑套在相應(yīng)的概率圓外面,得到24 h、48 h和72h的10級(jí)以上大風(fēng)警告區(qū)。[4]

3) 美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心(JTWC)的TC警報(bào)圖中給出TC等級(jí)、美國(guó)編號(hào)、TC名稱、警報(bào)編號(hào)、TC當(dāng)前的位置、移向、移速、最大顯著波高、未來72 h每12 h一次的TC預(yù)報(bào)位置、最大1 min平均風(fēng)速和陣風(fēng)風(fēng)速及92 h和120 h的預(yù)報(bào)位置等信息；此外，圖中還以點(diǎn)線的形式標(biāo)出美國(guó)海軍船舶的避讓區(qū)域。[5]

綜上可知，根據(jù)目前常用的TC實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料源只能得到TC周圍的大致風(fēng)場(chǎng)，即8級(jí)和10級(jí)風(fēng)圈。我國(guó)航運(yùn)安全指揮部門和船長(zhǎng)通常采用的做法是指導(dǎo)避開8級(jí)大風(fēng)圈，若依據(jù)目前的進(jìn)行資料源決策，會(huì)很大程度地增加繞航成本，影響航運(yùn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。[6]例如，僅2009年發(fā)生在西北太平洋上的第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫拉克”就造成上海遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司的船舶損失航行時(shí)間689.7 h，損失航程5 132.8 n mile，損失班期1 501.6 h;對(duì)于由船舶故障、駕駛員未按公司海監(jiān)指揮人員指示及時(shí)繞避等原因造成的船舶進(jìn)入8級(jí)風(fēng)圈的突發(fā)情況，不能獲得更為詳細(xì)的風(fēng)場(chǎng)資料以供指導(dǎo)。此時(shí)，迫切需要更加準(zhǔn)確、翔實(shí)的TC實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料，以進(jìn)一步掌握TC的各級(jí)風(fēng)圈分布，進(jìn)而為船舶提供更為合理的指導(dǎo)。

2 MTCSWA產(chǎn)品簡(jiǎn)介

多平臺(tái)熱帶氣旋地表風(fēng)場(chǎng)分析(Multiplatform Tropical Cyclone Surface Wind Analysis,MTCSWA)是美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局衛(wèi)星與信息服務(wù)局研制的產(chǎn)品，主要基于多家氣象部門用來進(jìn)行近地表風(fēng)場(chǎng)分析的衛(wèi)星提供的風(fēng)場(chǎng)資料，運(yùn)用了先進(jìn)的風(fēng)場(chǎng)探測(cè)技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值分析集成技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，可更精細(xì)化地提供TC風(fēng)場(chǎng)分布。

MTCSWA運(yùn)作平臺(tái)的網(wǎng)址為http://www.ssd.noaa.gov/PS/TROP/mtcswa.html，結(jié)合多類型、多傳感器和多數(shù)據(jù)源的TC風(fēng)場(chǎng)資料進(jìn)行綜合分析，信息每6 h更新一次，以圖形和文本2種方式顯示。

其圖像產(chǎn)品有9種，其中：網(wǎng)頁上公布的有8種，分別為地表風(fēng)場(chǎng)分析(風(fēng)暴規(guī)模)、地表風(fēng)場(chǎng)分析(內(nèi)核規(guī)模)、微波探測(cè)器(Advanced Microwave Sounding Unit，AMSU)數(shù)據(jù)[7]、云跡風(fēng)/水汽風(fēng)(Cloud Drift Winds/Water Vapor Winds，CDFT/WV)數(shù)據(jù)、紅外代理風(fēng)(Infrared Flight-Level Proxy Winds，IRWD)數(shù)據(jù)、SCAT/ASCT數(shù)據(jù)[8]、最低海平面氣壓(Minimum Sea Level Pressure，MSLP)/最大風(fēng)速-時(shí)間分析圖和TC紅外線分析圖[9]；未公布的圖像產(chǎn)品是TC中心200 km以內(nèi)高空集成動(dòng)能與當(dāng)前TC強(qiáng)度-時(shí)間圖，用來劃分TC強(qiáng)度[10]。

通過綜合多種類型的圖像信息和文本信息，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，可保證TC風(fēng)場(chǎng)信息的準(zhǔn)確、翔實(shí)和全面性。AMSU，CDFT/WV，IRWD及SCAT/ASCT的數(shù)據(jù)圖主要作為產(chǎn)品的輸入數(shù)據(jù)；地表風(fēng)場(chǎng)分析(風(fēng)暴規(guī)模)圖和地表風(fēng)場(chǎng)分析(內(nèi)核規(guī)模)圖，簡(jiǎn)單、直觀地繪出了TC風(fēng)場(chǎng)的分布，不僅給出了50 kn(10級(jí))和30 kn(7級(jí))風(fēng)圈的分布，還進(jìn)一步精細(xì)化了TC周圍風(fēng)圈分布，有助于更好地掌握TC風(fēng)場(chǎng)信息。此外，兩種分析圖取橫坐標(biāo)為經(jīng)度、縱坐標(biāo)為緯度，易于判斷和標(biāo)繪出TC周圍風(fēng)場(chǎng)的具體分布，極大地提高了使用的便利性。

3 實(shí)際應(yīng)用對(duì)比分析

MTCSWA產(chǎn)品可為航運(yùn)安全指揮部門及船長(zhǎng)提供更加準(zhǔn)確、翔實(shí)的TC風(fēng)場(chǎng)分布情況。這里以2013年10月21日的TC“范斯高”的風(fēng)場(chǎng)信息為例進(jìn)行應(yīng)用對(duì)比分析。

在目前常用的TC風(fēng)場(chǎng)來源中，首先，根據(jù)我國(guó)中央氣象臺(tái)2013年10月20日22時(shí)(UTC)發(fā)布的TC預(yù)報(bào)及相應(yīng)的大風(fēng)警告得知，“范斯高”中心附近在21時(shí)的最大風(fēng)力有16級(jí)，中心最低氣壓為938 hPa，7級(jí)風(fēng)圈半徑為300 km，10級(jí)風(fēng)圈半徑為100 km。圖1為中央氣象臺(tái)2013年10月20日22時(shí)發(fā)布的TC 48 h路徑預(yù)報(bào)圖。

圖1 中央氣象臺(tái)2013年10月20日22時(shí)

分析日本JMA 2013年10月21日18時(shí)(UTC)發(fā)布的地面分析圖(見圖2)中給出的“范斯高”的簡(jiǎn)報(bào)可知，該TC近中心的最大風(fēng)速為90 kn，陣風(fēng)130 kn；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50 kn(10級(jí))；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30 kn(7級(jí))。

圖2 日本JMA 2013年10月21日18時(shí)

通過分析美國(guó)JTWC 2013年10月20日18時(shí)(UTC)發(fā)布的TC“范斯高”警報(bào)圖(見圖3)可知，預(yù)計(jì)“范斯高”21日18時(shí)近中心最大風(fēng)速為105 kn，陣風(fēng)為130 kn；在TC中心東北象限40 n mile，東南象限30 n mile，西南象限30 n mile和西北象限40 n mile范圍內(nèi)風(fēng)速超過64 kn(12級(jí))；在TC中心東北象限75 n mile，東南象限70 n mile，西南象限70 n mile和西北象限70 n mile范圍內(nèi)風(fēng)速超過50 kn(10級(jí))；在TC中心東北象限135 n mile，東南象限130 n mile，西南象限125 n mile和西北象限130 n mile范圍內(nèi)風(fēng)速超過34 kn(8級(jí))。

由以上分析可知，根據(jù)中、日、美等國(guó)氣象部門提供的TC風(fēng)場(chǎng)信息只能得到TC的近中心最大風(fēng)速、陣風(fēng)風(fēng)速，及7～8級(jí)、9～10級(jí)和11～12級(jí)風(fēng)圈等風(fēng)場(chǎng)信息，不能更精細(xì)地了解其他級(jí)風(fēng)圈的分布。此外，各氣象部門提供的風(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、翔實(shí)地掌握TC周圍風(fēng)場(chǎng)的信息。

圖3 美國(guó)JTWC 2013年10月20日18時(shí)發(fā)布的TC警報(bào)圖

與之相比,從2013年10月21日12時(shí)(UTC)NOAA網(wǎng)站提供的MTCSWA地表風(fēng)場(chǎng)分析產(chǎn)品中可清晰、直觀地看到TC“范斯高”的風(fēng)場(chǎng)信息(見圖4)。

圖4 NOAA 2013年10月21日18時(shí)發(fā)布的表面風(fēng)分析圖

TC“范斯高”的地表風(fēng)場(chǎng)分析產(chǎn)品可知，首先可以從地表風(fēng)場(chǎng)分析圖(風(fēng)暴規(guī)模)中看出“范斯高”周圍風(fēng)場(chǎng)的35 kn，50 kn，65 kn，80 kn風(fēng)圈的分布；然后可以從地表風(fēng)場(chǎng)分析圖(內(nèi)核規(guī)模)中進(jìn)一步看出“范斯高”中心附近的風(fēng)場(chǎng)分布。同時(shí)，易于根據(jù)縱橫坐標(biāo)的經(jīng)緯度判斷和標(biāo)繪出TC周圍風(fēng)場(chǎng)的具體分布及船舶的相對(duì)位置，使用極其方便。例如，圖中詳細(xì)給出了80 kn風(fēng)圈的具體分布，可簡(jiǎn)單、直觀地看出最大風(fēng)速的分布范圍，更為準(zhǔn)確、翔實(shí)地顯示了TC周圍的風(fēng)場(chǎng)分布。

綜上可知，根據(jù)NOAA網(wǎng)站提供的MTCSWA中地表風(fēng)場(chǎng)分析產(chǎn)品能得到更為精細(xì)化的TC周圍風(fēng)場(chǎng)分布，比目前常用的日本JMA提供的TC風(fēng)場(chǎng)資料更為詳細(xì)，有助于航運(yùn)企業(yè)安全管理人員和船長(zhǎng)對(duì)船舶繞避TC作出更為合理的指導(dǎo)。

4 結(jié)束語

近年來，隨著航運(yùn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益愈加受重視。而依據(jù)當(dāng)前常用的TC實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料來源所作的決策會(huì)使船舶因繞避臺(tái)風(fēng)而造成極大的航行時(shí)間、航程和班期損失，嚴(yán)重影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，尋求更加精細(xì)化的TC實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料尤為迫切。

隨著天氣探測(cè)、處理等技術(shù)不斷發(fā)展，精細(xì)化的TC風(fēng)浪場(chǎng)預(yù)報(bào)已做得比較準(zhǔn)確。因此，根據(jù)當(dāng)前先進(jìn)的TC風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品來進(jìn)一步確定更為合理、有效的船舶避臺(tái)和避臺(tái)航行時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的方案已成為可能。

美國(guó)NOAA網(wǎng)站提供的MTCSWA產(chǎn)品對(duì)TC周圍風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了精細(xì)化分析。航運(yùn)安全指揮部門和船長(zhǎng)依靠該產(chǎn)品可更加準(zhǔn)確、翔實(shí)地掌握TC的周圍風(fēng)場(chǎng)分布。這對(duì)于指導(dǎo)船舶更好地達(dá)到繞避臺(tái)風(fēng)、處理突發(fā)情況及提高效益的目的具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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AReviewofSourcesofReal-TimeTyphoonWindFieldDataandTheirApplication

LIUDagang,LIUZhen,ZHANGXiang,LIUBaolong,WANGWeizhe

(Navigation College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China)

2016-01-25

天津市海洋局科技興海項(xiàng)目(KJXH2012-25)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(3132013003)

劉大剛(1961—)，男，遼寧大連人，教授，博士，從事航海氣象學(xué)、交通運(yùn)輸安全保障和防護(hù)技術(shù)及海上交通安全分析與應(yīng)急管理技術(shù)的教學(xué)和研究。E-mail: dgliu6108@aliyun.com 劉 振(1989—)，男，安徽亳州人，碩士生，從事航海氣象學(xué)、交通運(yùn)輸安全保障和防護(hù)技術(shù)研究。E-mail: dmuliuzhen@163.com

1000-4653(2016)01-0095-04

P732

A