舟山嵊泗島際通航率預(yù)報研究

虞佳維 陶燁明 李可鵬 何晴

摘 要：針對由于無法預(yù)知開航情況導(dǎo)致民眾無法提前安排行程的問題，采用經(jīng)驗分析、統(tǒng)計分析及二元邏輯回歸分析等方法對航班數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到島際通航率指數(shù)中有效波高權(quán)重>風(fēng)力權(quán)重>能見度權(quán)重，建立島際通航率指數(shù)公式Sp=w+v+h（w為風(fēng)力權(quán)重，v為能見度權(quán)重，h為有效波高權(quán)重），推出島際通航率指數(shù)5級分級及相應(yīng)影響表。通過檢驗分析，說明公式基本能指導(dǎo)嵊泗通航，有助于交通運輸局和航運公司更為合理的安排日常客運航班和運力。

關(guān)鍵詞：島際通航率指數(shù);權(quán)重;經(jīng)驗分析;二元邏輯回歸分析

中圖分類號：U696? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）04-0100-03

嵊泗縣位于杭州灣以東、長江口東南，是一個典型的海洋大縣，陸域小縣[1]。除飛機(jī)以外，嵊泗與上海、舟山以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間來往均依賴于“水上公交”。從氣候上來看，嵊泗處在大陸與海洋氣候過渡地帶，各類災(zāi)害性天氣多發(fā)、頻發(fā)，災(zāi)害性天氣系統(tǒng)復(fù)雜，尤其是海上交通航線，常年受海上大風(fēng)、海霧等災(zāi)害性天氣的影響，給島際交通和旅游帶來了比較大的影響[2]。

為提高氣象數(shù)據(jù)對居民出行的指導(dǎo)意義，本文通過分析氣象要素和通航率之間的關(guān)系，篩選出高影響要素，并探討氣象要素對通航率的預(yù)報應(yīng)用。

1資料來源及分析

本文島際交通通行數(shù)據(jù)來源于嵊泗縣交通運輸局提供的2017年1月至2020年6月部分航班，航線主要選取上海方向沈家灣航線，舟山方向三江航線和東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線，每條航線均有高速客輪和常規(guī)客輪運行，其中沈家灣航線還有夜航班次。氣象數(shù)據(jù)主要來源于2017年1月至2020年6月各航線氣象自動站的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)以及海浪數(shù)據(jù)。

通常，沿海海面風(fēng)力越大、海浪越大、能見度越低，通航條件越差，降水、氣溫、濕度等其他氣象要素與海上交通關(guān)系不大。根據(jù)經(jīng)驗?zāi)Ｊ剑x取風(fēng)力、海浪、能見度三個要素進(jìn)行對比分析[3-5]。依次選取航線的上午（7-11時）、下午（12-17時）、夜間（18-21時）三個時間段內(nèi)出現(xiàn)的最大風(fēng)速值、最大海浪數(shù)據(jù)、最小能見度作為對應(yīng)航線的氣象數(shù)據(jù)。

通過統(tǒng)計分析，重點分析島際交通通航情況以及氣候狀況，通過二元邏輯回歸分析，重點分析各要素對島際交通通航影響程度，篩選出影響各航線島際交通主要氣象因子，對每種影響因子根據(jù)影響程度賦予不同的權(quán)重，給予量化;最后按照氣象指數(shù)設(shè)計原理，建立島際交通通航預(yù)測公式。

2島際通航氣象指數(shù)計算

通航率的問題本質(zhì)上是指數(shù)問題、概率問題，因此研究方法從指數(shù)的設(shè)計入手，依據(jù)是氣象要素的敏感性和依從性，將各種氣象要素進(jìn)行綜合的結(jié)果，是以不同的數(shù)學(xué)或統(tǒng)計函數(shù)來表征的。

氣象指數(shù)函數(shù)表達(dá)方式通常為[6-7]：

式中為島際通航氣象指數(shù)。其中氣象因子是經(jīng)過嚴(yán)格挑選的，能反映出它本身對氣象指數(shù)所具有的敏感性和依從性，是各種氣象要素綜合影響的結(jié)果。

島際通航氣象指數(shù)設(shè)計的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中： 為島際通航氣象指數(shù);為計算氣象指數(shù)的函數(shù);區(qū)間為氣象指數(shù)值域;為值域?qū)?yīng)的級別，為對應(yīng)級別的建議、措施等。

3航線資料和氣象統(tǒng)計資料分析

將缺失數(shù)據(jù)剔除，最終確定嵊泗至沈家灣航線及至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線各962組數(shù)據(jù)、嵊泗至三江航線共859組數(shù)據(jù)。

為客觀統(tǒng)計島際交通航班數(shù)據(jù)，對航班進(jìn)行定性處理，根據(jù)通航情況，分為了可通航和不可通航兩類，可通航情況又根據(jù)高速客船和常規(guī)客船進(jìn)行了細(xì)分。常規(guī)客船的抗風(fēng)浪能力較高速客船更強。綜上，對通航數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果如表1。

單上午和下午各航線通航情況，可知各航線航班停航率：至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線>至三江航線>至沈家灣航線，其中至沈家灣航線航班和至三江航線航班開航率高達(dá)90%以上，至沈家灣航線的夜間航班停航率最高，為37.91%。分析上午和下午各航線高速客輪和常規(guī)客輪通航情況，可知至沈家灣航線航班和至三江航線航班高速客輪通航率高達(dá)80%—90%，常規(guī)客輪通航率僅為10%-20%，至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線高速客輪的通航率略低，其中至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線下午的常規(guī)客輪通航率較為異常，即該航線在有異常天氣情況下，相對于采用常規(guī)客輪更多的是采用停航。

有效波高均采用海礁浮標(biāo)數(shù)據(jù)，不進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治觯鶕?jù)統(tǒng)計時段內(nèi)各航線航班通航數(shù)據(jù)分析，至沈家灣航線和至三江航線風(fēng)力達(dá)到8級以上、能見度小于500米占比相似略低于至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線。三條航線中大風(fēng)上午發(fā)生概率略低于下午發(fā)生概率，而大霧上午發(fā)生概率略高于下午發(fā)生概率。

4各氣象要素對島際交通通航率的影響

4.1經(jīng)驗分析

4.1.1風(fēng)力對通航率的影響

根據(jù)近30年氣象資料統(tǒng)計，一年中風(fēng)力大于8級天數(shù)有120余天。大風(fēng)對船舶的安全運行影響非常關(guān)鍵，海事和交通管理部門對超風(fēng)力航行管理嚴(yán)格。風(fēng)力的影響又分為大風(fēng)直接影響和因風(fēng)生浪的影響兩個方面。風(fēng)向、風(fēng)時要素均與通航相關(guān)。嵊泗冬季持續(xù)的東北風(fēng)，雖然極大風(fēng)速不大，但海面浪大，航行和靠泊條件均差。夏季南風(fēng)由于地形問題，易出現(xiàn)南大風(fēng)，但對通航影響不大。因此極大風(fēng)力的量級、方向、持續(xù)時間等要素均與通航條件密切相關(guān)。

4.1.2能見度對通航率的影響

由于嵊泗海域廣闊，大氣中水汽含量高，冷暖氣團(tuán)交匯或暖濕氣流北抬過程中，常出現(xiàn)低能見度天氣，尤以春季最為明顯。特別是暖濕氣流北抬，遇到較冷海面時出現(xiàn)的平流冷卻霧多發(fā)，持續(xù)時間長，分布不均。海霧的突發(fā)性、難預(yù)見性，對嵊泗海域的通航率影響較大。

4.1.3海浪對通航率的影響

嵊泗海域?qū)儆诜钦诒魏Ｓ颍舜罅骷薄臍夂蚪嵌戎v，春季多溫帶氣旋、夏秋季多熱帶氣旋、冬季多冷空氣，上述天氣系統(tǒng)均容易產(chǎn)生較大海浪，影響通航。海浪越大，船舶的航行和靠泊條件越差。海浪又分為風(fēng)浪和涌浪，風(fēng)浪和風(fēng)力相關(guān)，主要受風(fēng)速、風(fēng)時、風(fēng)域三要素的影響，而涌浪多與氣旋性天氣系統(tǒng)、潮汐等相關(guān)。

4.2二元邏輯回歸分析

將航線中存在風(fēng)力大于8級、能見度低于500米、有效波高大于2.5米的天氣（其中一項滿足即可）稱為災(zāi)害性天氣發(fā)生，將“航班開航與否”與“災(zāi)害性天氣發(fā)生與否”兩者間進(jìn)行二元邏輯回歸分析。通過分析發(fā)現(xiàn)，各航線與氣象數(shù)據(jù)之間建立的二元邏輯回歸模型與真實數(shù)據(jù)擬合狀況良好，能夠真實可靠的反映各變量與結(jié)果間的關(guān)系。OR值的結(jié)果表明，嵊泗站風(fēng)力以及各航線中指標(biāo)站能見度對航班開航與否的指示作用較差，但有效波高和洋山站（至沈家灣航線）、三江碼頭站（至三江航線）、嵊山站（至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線）風(fēng)力能較好的指示三條航線上午航班開航與否，其中有效波高的指示能力明顯強于風(fēng)力指示能力，三條航線下午航班開航與否僅能由有效波高的指示。

5島際通航率及其預(yù)報方法

島際通航率的預(yù)報本質(zhì)上是指數(shù)預(yù)報，根據(jù)氣象指數(shù)預(yù)報的設(shè)計方法，實際上就是找出具有敏感性的氣象要素與氣象指數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)以往經(jīng)驗及第4節(jié)的論述，影響島際通航率的氣象和海洋因子主要有風(fēng)、能見度和有效波高，將這3種因子對停航率的指數(shù)作用分布記作：w、v、h。

風(fēng)力數(shù)據(jù)根據(jù)極大風(fēng)速按等級進(jìn)行劃分，分別為極大風(fēng)速<8級、8-9級、9-10級以及>10級三檔，用w來表示風(fēng)對各航線島際交通通航率的影響（表3）。

能見度最重要的是會嚴(yán)重影響駕駛員的視線，引發(fā)海損事故。能見度數(shù)據(jù)劃分為四級，分別為>500米、200-500米、50-200米、<50米，用v來表示能見度對各航線島際交通通航率的影響（表4）。

海浪越大，船舶的航行和靠泊條件越差。能見度數(shù)據(jù)劃分為四級，分別為<2.5米、2.5-4.0米、4.0-6.0米、>6.0米，用h來表示有效波高對各航線島際交通通航率的影響（表5）。

3個因子的影響權(quán)重相加得到交通氣象分級指數(shù)：

式中：w為風(fēng)力權(quán)重，v為能見度權(quán)重，h為有效波高權(quán)重。

統(tǒng)計得出島際通航氣象指數(shù)和相應(yīng)等級下對通航的影響（表6）。島際通航氣象指數(shù)共分為5級，級數(shù)越高，天氣現(xiàn)象對島際交通的影響越大。

6島際通航率指數(shù)檢驗

選用2020年7月1日—9月30日的數(shù)據(jù)，對照島際通航率指數(shù)分級及相應(yīng)影響將理論結(jié)果與實際結(jié)果進(jìn)行對比。除至沈家灣航線夜間航班存在9%的誤差，島際通航率指數(shù)為1的其他對應(yīng)結(jié)果較好;島際通航率指數(shù)為2的結(jié)果較好，通航率較高，但存在高速客輪受影響停航后，常規(guī)客輪也停航的狀態(tài);島際通航率指數(shù)為3時，理論結(jié)果和實際結(jié)果對比結(jié)果一般，雖滿足通航率結(jié)果一般的結(jié)論，但是常規(guī)客輪可通航率較低;島際通航率指數(shù)為4時，出現(xiàn)高速客輪開航的異常情況，具體原因有待考證。

7結(jié)論

本文提出的島際通航率指數(shù)，以量化值的方式，將原始?xì)庀髷?shù)據(jù)向氣象服務(wù)產(chǎn)品進(jìn)行了有效轉(zhuǎn)化，有利于社會公眾合理安排出行，提高交通運輸部門客運航班和運力合理性。

（1）各航線航班停航率：至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線>至三江航線>至沈家灣航線。至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線下午的航班在有異常天氣情況下，相對于采用常規(guī)客輪更多的是采用停航。至沈家灣航線和至三江航線風(fēng)力達(dá)到8級以上、能見度小于500米占比相似并略低于至東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)航線。

（2）根據(jù)經(jīng)驗分析、統(tǒng)計分析及二元邏輯回歸分析，島際通航率指數(shù)中，有效波高權(quán)重>風(fēng)力權(quán)重>能見度權(quán)重。

（3）島際通航率指數(shù)公式為：

式中：w為風(fēng)的權(quán)重，v為能見度的權(quán)重，h為有效波高的權(quán)重。

推出島際通航率指數(shù)分級及相應(yīng)影響表見表6，共分為5級，級數(shù)越高，天氣現(xiàn)象對島際交通的影響越大。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳琦，徐昕彥.離島不離心? 登記更便捷——嵊泗縣創(chuàng)新探索海島群眾財產(chǎn)繼承“一站式”登記模式[J].浙江國土資源，2020（11）：55-56.

[2]倪欣欣，馬仁鋒.海島旅游景區(qū)與輪渡的旅游空間關(guān)聯(lián)測度——以舟山群島為例[J].四川旅游學(xué)院學(xué)報，2020（02）：89-93.

[3]李弈茗， 舟山海域浪高與風(fēng)、潮相關(guān)關(guān)系研究. 浙江省，舟山市普陀區(qū)氣象局，2018-01-24.

[4]田剛，王繼竹，張華林，張帆，孟英杰.長江航運氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].氣象科技，2020，48（04）：503-510.

[5]俞小鼎.基于構(gòu)成要素的預(yù)報方法——配料法[J].氣象，2011，37（08）：913-918.

[6]德慶卓嘎，王曙東，次仁，吉律.西藏道路安全氣象指數(shù)的預(yù)報研究[J].高原科學(xué)研究，2018，2（02）：50-58.

[7]周傳瑞，曹彥，王瑩，韓基良.冬季交通氣象指數(shù)預(yù)報方法[J].黑龍江氣象，2008（03）：10-12.