臺風實時風場資料來源和應用分析

劉大剛， 劉 振， 張 翔， 劉寶龍， 王偉哲

(大連海事大學 航海學院，遼寧 大連 116026)

臺風實時風場資料來源和應用分析

劉大剛， 劉 振， 張 翔， 劉寶龍， 王偉哲

(大連海事大學 航海學院，遼寧 大連 116026)

獲取更為詳實的臺風實時風場資料對合理有效地確定船舶避臺方案、提高處理避臺航行突發狀況的能力及確保航運企業經濟效益而言具有重要的理論意義和實際應用價值。對此,通過分析目前常用的臺風風場資料來源，指出目前常用臺風風場資料存在精細化程度不夠高、不能滿足合理有效地繞避臺風和處理突發狀況需求等問題。在對美國NOAA網站提供的MTCSWA風場產品的種類、來源及其應用等進行詳細分析、介紹的基礎上，以臺風“范斯高”為例對不同來源的臺風風場信息進行實例應用對比分析。結果表明:MTCSWA風場產品可更為直觀、有效地給出臺風實時風場資料，可更為行之有效地供航運安全管理部門避臺決策使用。

水路運輸;海上交通安全；船舶避臺；臺風風場資料；精細化應用

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

鑒于臺風(以下簡稱TC)伴隨的狂風惡浪會對船舶構成嚴重威脅，各航運企業對船舶防抗TC給予高度重視。在防抗TC時，準確掌握TC的移動路徑、強度和大風浪范圍以選擇安全、合理的繞避航線是航運企業安全監管人員和船舶駕駛員最重要的任務之一。以中國遠洋運輸集團公司為例，其安監部一般通過綜合分析中、日、美等國家氣象部門發布的TC預報確定TC的移動路徑和8級風圈分布[1]，指導船舶合理避開8級風圈，保證其安全航行。

隨著科學技術水平不斷提高，更加準確、翔實地掌握TC的移動路徑和大風浪范圍有助于在保證安全航行的基礎上降低繞避TC的成本，提高航運企業的經濟效益。但是,在實際工作過程中，受TC預報不準確、船舶未合理繞避等因素影響，船舶可能并沒有及時避開8級風圈。因此,需相關部門進一步掌握TC周圍風浪等級分布情況，以對船舶進行合理指導，避免事故發生。

1 TC預報分析

我國船舶駕駛員平時應用最多、最為熟悉的TC預報是中、日、美等國的氣象部門發布的TC預報。[2]

1) 當西北太平洋出現TC時，我國中央氣象臺(NMC)通過互聯網和其他途徑每6 h發布一次TC當前的實況位置和強度，24 h、48 h和72 h的預報位置和強度，及對應的7～8級、9～10級和11～12級大風警戒區。[3]

2) 日本氣象廳(JMA)提供路徑預報圖、地面分析圖和預報圖、海浪分析圖和預報圖等氣象資料，通過分析這些資料可獲取TC的移動路徑、強度和大風浪范圍，其中路徑預報是通過氣象傳真機和互聯網發布的72 h TC路徑預報及相應的警告區域。JMA的做法實際上是給出TC中心當前的實測位置及10級大風(風速≥50 kn)的范圍;然后以未來24 h、48 h和72 h的TC預報位置為圓心,以近年來上述3個時間段的TC中心位置預報平均誤差為半徑,畫出TC中心未來落入概率為70%的概率圓;最后將10級大風半徑套在相應的概率圓外面,得到24 h、48 h和72h的10級以上大風警告區。[4]

3) 美國聯合臺風警報中心(JTWC)的TC警報圖中給出TC等級、美國編號、TC名稱、警報編號、TC當前的位置、移向、移速、最大顯著波高、未來72 h每12 h一次的TC預報位置、最大1 min平均風速和陣風風速及92 h和120 h的預報位置等信息；此外，圖中還以點線的形式標出美國海軍船舶的避讓區域。[5]

綜上可知，根據目前常用的TC實時風場資料源只能得到TC周圍的大致風場，即8級和10級風圈。我國航運安全指揮部門和船長通常采用的做法是指導避開8級大風圈，若依據目前的進行資料源決策，會很大程度地增加繞航成本，影響航運企業的經濟效益。[6]例如，僅2009年發生在西北太平洋上的第8號臺風“莫拉克”就造成上海遠洋運輸有限公司的船舶損失航行時間689.7 h，損失航程5 132.8 n mile，損失班期1 501.6 h;對于由船舶故障、駕駛員未按公司海監指揮人員指示及時繞避等原因造成的船舶進入8級風圈的突發情況，不能獲得更為詳細的風場資料以供指導。此時，迫切需要更加準確、翔實的TC實時風場資料，以進一步掌握TC的各級風圈分布，進而為船舶提供更為合理的指導。

2 MTCSWA產品簡介

多平臺熱帶氣旋地表風場分析(Multiplatform Tropical Cyclone Surface Wind Analysis,MTCSWA)是美國國家海洋和大氣局衛星與信息服務局研制的產品，主要基于多家氣象部門用來進行近地表風場分析的衛星提供的風場資料，運用了先進的風場探測技術、現代數值分析集成技術和現代計算機技術，可更精細化地提供TC風場分布。

MTCSWA運作平臺的網址為http://www.ssd.noaa.gov/PS/TROP/mtcswa.html，結合多類型、多傳感器和多數據源的TC風場資料進行綜合分析，信息每6 h更新一次，以圖形和文本2種方式顯示。

其圖像產品有9種，其中：網頁上公布的有8種，分別為地表風場分析(風暴規模)、地表風場分析(內核規模)、微波探測器(Advanced Microwave Sounding Unit，AMSU)數據[7]、云跡風/水汽風(Cloud Drift Winds/Water Vapor Winds，CDFT/WV)數據、紅外代理風(Infrared Flight-Level Proxy Winds，IRWD)數據、SCAT/ASCT數據[8]、最低海平面氣壓(Minimum Sea Level Pressure，MSLP)/最大風速-時間分析圖和TC紅外線分析圖[9]；未公布的圖像產品是TC中心200 km以內高空集成動能與當前TC強度-時間圖，用來劃分TC強度[10]。

通過綜合多種類型的圖像信息和文本信息，互相取長補短，可保證TC風場信息的準確、翔實和全面性。AMSU，CDFT/WV，IRWD及SCAT/ASCT的數據圖主要作為產品的輸入數據；地表風場分析(風暴規模)圖和地表風場分析(內核規模)圖，簡單、直觀地繪出了TC風場的分布，不僅給出了50 kn(10級)和30 kn(7級)風圈的分布，還進一步精細化了TC周圍風圈分布，有助于更好地掌握TC風場信息。此外，兩種分析圖取橫坐標為經度、縱坐標為緯度，易于判斷和標繪出TC周圍風場的具體分布，極大地提高了使用的便利性。

3 實際應用對比分析

MTCSWA產品可為航運安全指揮部門及船長提供更加準確、翔實的TC風場分布情況。這里以2013年10月21日的TC“范斯高”的風場信息為例進行應用對比分析。

在目前常用的TC風場來源中，首先，根據我國中央氣象臺2013年10月20日22時(UTC)發布的TC預報及相應的大風警告得知，“范斯高”中心附近在21時的最大風力有16級，中心最低氣壓為938 hPa，7級風圈半徑為300 km，10級風圈半徑為100 km。圖1為中央氣象臺2013年10月20日22時發布的TC 48 h路徑預報圖。

圖1 中央氣象臺2013年10月20日22時

分析日本JMA 2013年10月21日18時(UTC)發布的地面分析圖(見圖2)中給出的“范斯高”的簡報可知，該TC近中心的最大風速為90 kn，陣風130 kn；在氣旋中心東北部100 n mile，其他部位80 n mile的范圍內風速超過50 kn(10級)；在氣旋中心北半部270 n mile，其他部位240 n mile的范圍內風速超過30 kn(7級)。

圖2 日本JMA 2013年10月21日18時

通過分析美國JTWC 2013年10月20日18時(UTC)發布的TC“范斯高”警報圖(見圖3)可知，預計“范斯高”21日18時近中心最大風速為105 kn，陣風為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范圍內風速超過64 kn(12級)；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范圍內風速超過50 kn(10級)；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范圍內風速超過34 kn(8級)。

由以上分析可知，根據中、日、美等國氣象部門提供的TC風場信息只能得到TC的近中心最大風速、陣風風速，及7～8級、9～10級和11～12級風圈等風場信息，不能更精細地了解其他級風圈的分布。此外，各氣象部門提供的風圈分布較為粗略，數據不統一，不能使使用者準確、翔實地掌握TC周圍風場的信息。

圖3 美國JTWC 2013年10月20日18時發布的TC警報圖

與之相比,從2013年10月21日12時(UTC)NOAA網站提供的MTCSWA地表風場分析產品中可清晰、直觀地看到TC“范斯高”的風場信息(見圖4)。

圖4 NOAA 2013年10月21日18時發布的表面風分析圖

TC“范斯高”的地表風場分析產品可知，首先可以從地表風場分析圖(風暴規模)中看出“范斯高”周圍風場的35 kn，50 kn，65 kn，80 kn風圈的分布；然后可以從地表風場分析圖(內核規模)中進一步看出“范斯高”中心附近的風場分布。同時，易于根據縱橫坐標的經緯度判斷和標繪出TC周圍風場的具體分布及船舶的相對位置，使用極其方便。例如，圖中詳細給出了80 kn風圈的具體分布，可簡單、直觀地看出最大風速的分布范圍，更為準確、翔實地顯示了TC周圍的風場分布。

綜上可知，根據NOAA網站提供的MTCSWA中地表風場分析產品能得到更為精細化的TC周圍風場分布，比目前常用的日本JMA提供的TC風場資料更為詳細，有助于航運企業安全管理人員和船長對船舶繞避TC作出更為合理的指導。

4 結束語

近年來，隨著航運市場競爭不斷加劇，企業的經濟效益愈加受重視。而依據當前常用的TC實時風場資料來源所作的決策會使船舶因繞避臺風而造成極大的航行時間、航程和班期損失，嚴重影響著企業的經濟效益。因此，尋求更加精細化的TC實時風場資料尤為迫切。

隨著天氣探測、處理等技術不斷發展，精細化的TC風浪場預報已做得比較準確。因此，根據當前先進的TC風場預報產品來進一步確定更為合理、有效的船舶避臺和避臺航行時應對突發情況的方案已成為可能。

美國NOAA網站提供的MTCSWA產品對TC周圍風場進行了精細化分析。航運安全指揮部門和船長依靠該產品可更加準確、翔實地掌握TC的周圍風場分布。這對于指導船舶更好地達到繞避臺風、處理突發情況及提高效益的目的具有較高的應用價值。

[1] 劉大剛, 劉正江, 吳兆麟. 基于多源預報的熱帶氣旋危險區域的確定方法[J]. 交通運輸工程學報,

2008, 8(2):80-84.

[2] 劉大剛, 李志華. 臺風預報現狀及其對船舶避臺決策的影響[J]. 中國航海, 2006，29(2):64-67.

[3] 陳杰偉. 可基于ECDIS的船舶-熱帶氣旋動態標繪系統的研究[D]. 大連:大連海事大學, 2013.

[4] 劉大剛, 劉正江, 吳兆麟. 船舶繞避中熱帶氣旋領域的研究[J]. 大連海事大學學報, 2008, 34(2):12-14.

[5] 張志兵, 馬闖關, 劉大剛. 西北太平洋常用網上天氣圖的應用[J]. 中國航海, 2009, 32(3):85-90.

[6] 劉大剛, 李國平, 吳兆麟. 氣象-經濟決策理論在大風浪中船舶航線的選優應用[J]. 中國航海, 2004，27(4):1-4.

[7] BESSHO K, DEMARIA M, KNAFF J A. Tropical Cyclone Wind Retrievals from the Advanced Microwave Sounder Unit (AMSU): Application to Surface Wind Analysis[J]. J. Climate Appl. Meteor., 2006(45):399-415.

[8] 林明森, 鄒巨洪, 解學通, 等. HY-2A微波散射計風場反演算法[J]. 中國工程科學, 2013(7):68-74.

[9] 邱紅, 方翔, 谷松巖, 等. 利用AMSU分析熱帶氣旋結構特征[J]. 應用氣象學, 2007, 18(6):810-820.

[10] 周旋, 周曉中, 吳耀平. 美國氣象衛星的現狀與發展[J]. 中國航天, 2006(1):30-33.

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目(KJXH2012-25)；中央高校基本科研業務費(3132013003)

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

1000-4653(2016)01-0095-04

P732

A