遠洋船舶氣象導航典型案例分析

范娟，王勝正，余敏，張永

（1.上海海陽氣象導航技術有限公司，上海 201206；2.上海海事大學，上海 201306）

海上運輸占全球貿易運輸的80%以上，聯合國貿易與發展會議發布的《2022 海運市場報告》中提到：預計2023 年至2027 年期間，海上貿易將以年均2.1%的速度增長[1]。海洋氣象導航對海上運輸的重要性不言而喻。

Zis 等[2]通過調查分析提出，近年來，有關船舶氣象導航和航路優化方面的學術研究越來越多，強調了準確及時的氣象信息對船舶經濟安全航行的重要性。李志華等[3]對氣象導航的發展史、安全性與經濟效益、原理和方法等作了詳細的分析介紹；李超[4]對氣象導航的基本原理和重要性進行了分析。馬全黨[5]對氣象導航在遠洋運輸中的運用作了概述。喬前防[6]對船舶自行氣象導航、岸上氣象導航和船岸結合導航三種導航方式的優缺點進行了對比分析，他提出船岸結合的導航方式是未來發展的必然趨勢。

我國海洋氣象導航始創于20 世紀80 年代初期，1985 年起中央氣象臺（中國氣象局國家氣象中心）開始開展海洋氣象導航業務，21 世紀以后，因為體制改革等原因，導航業務未有進一步發展。2017 年，中央氣象臺從國家安全角度出發，重新開展氣象導航業務[7]。張增海等[7]對全球多家船舶海洋氣象導航公司進行了介紹，并提出國外導航機構的業務量在全球船舶氣象導航總量中占據較大份額。目前，國內的上海海陽氣象導航技術有限公司擁有自主研發的岸基船隊監控云平臺（e-Fleet）、通過中國船級社型式認可的船端智能航行輔助決策系統（e-Voyage）和電子海圖顯示與信息系統（ECDIS），采用歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）精準的氣象預報數據，為中遠海運集裝箱運輸有限公司等國內各大航運企業和青島韋立國際船舶管理有限公司等租船公司提供智能化、精細化氣象導航服務，氣象導航業務穩步發展。

作為世界大國，建設專業化的遠洋氣象導航服務體系和隊伍、研發獨立自主的智能氣象導航系統、全面提高我國遠洋氣象導航技術與服務自主能力，這對于徹底打破國外氣導公司在氣象導航領域的壟斷局面、維護國家商業貿易安全、服務國家海洋強國戰略具有重要意義。

1 常規天氣預報服務與遠洋氣象導航服務的差異

常規天氣預報服務主要是指中央和各地方氣象臺為公眾無償提供的天氣預報服務。各地方氣象臺是基于數值預報產品、衛星云圖、雷達拼圖等資料和本地天氣實況，分析本地及周邊地區的天氣形勢演變，包括未來冷、暖氣團活動和高、低壓系統的分布、發展及移動情況，制作常規的天氣預報預警信息，主要包括逐3 小時臨近預報、未來2-3 天短期預報、未來一周天氣趨勢預報、每月氣候預測和各類災害性天氣預警信息。常規天氣預報主要考慮氣壓、氣溫、濕度、風、云量、降水量和能見度等氣象要素，重點關注高溫、暴雨、暴雪、強對流、大風、大霧、沙塵暴、干旱和臺風等天氣。

遠洋氣象導航服務通常是指氣象導航公司受航運公司或租船公司委托，為跨洋船舶提供的有償服務。氣象導航公司需綜合考慮多變氣象條件、特殊通航環境以及復雜船舶特性，利用準確有效的中長期氣象預報數據，依托專門的岸端智能船隊監控平臺和智能氣象導航系統，通過和船舶方、航運公司三方的信息互換，給船舶提供最優航線推薦，在保證航行安全的前提下，以優化運營過程來節省運營成本并提高燃油效率，航次完成后根據客戶需求提供航次分析報告。船舶在海上航行，受海洋水文環境和大氣氣象環境共同影響，對船舶有直接影響的要素包括風、浪、流、霧、冰、潮等[7]。

2 數值天氣預報模式簡介

數值預報模式可分為全球模式和區域模式，全球模式可覆蓋全球所有區域，預報時效長達約1-2 周，區域模式只覆蓋部分區域，且預報時效只有幾天，但區域模式的空間分辨率較全球模式高，尤其可用來對雷暴等強對流天氣進行預報。現有的全球模式有ECMWF（歐洲中心）、GFS（美國）、ICON（德國）、GEM（加拿大）、GRAPES-GFS(中央臺）等。

任何模式在短期內產生的誤差都會隨時間呈指數級增長，但研究表明，ECMWF 是目前性能最好的全球模式。由歐洲中心官網發布的統計圖可知：2021 年ECMWF 高分辨率預報產品在1-5 天內的預報準確率依舊保持領先水平（見圖1）。

圖1 ECMWF 高分辨率預報產品(HRES)和其他預報產品對比

3 氣象導航典型案例

3.1 惡劣天氣規避案例

船舶海上航行時，經常會遭遇大風浪或者惡劣大風浪，有時候甚至是臺風特殊天氣，一般可以采取適度繞航或者高低速搭配的方式規避；班期富裕的情況下，相較繞航方案，漂航方案更節能。

3.1.1 高低速搭配規避惡劣風浪案例

服務船舶于2022 年11 月18 日從中國香港開往美國洛杉磯。11 月28 日，船舶已東行過日界線，航次剩余航程，考慮SBB 航道有10 kts 限速（當時處于季節性鯨魚保護區）及抵港前40 nm 有12kts 限速（見圖2），其他時段對應準班理論需速約為STW 17.82 kts，如果按此需速推演，基于當時氣象更新，預計12 月1 日后期至2 日受美加交界附近海域強低壓南壓影響，會有5-6米惡劣風浪（見圖3）。綜合考慮船舶本身的特性及裝載情況，建議先低速STW 11.0 kts 過惡劣大風浪后再提速趕班，優化后影響風浪控制在5 米以內。雖然高低速搭配方案會推遲抵港時間近一天，但從安全角度考慮，且推遲時間在可接受范圍之內，最終船方采納了推薦航線，安全抵港。

圖2 2022 年美國長灘/洛杉磯港外限速區域分布

圖3 按準班需速（STW 17.82 kts）推演方案

3.1.2 臺風特殊天氣規避案例

服務船舶從美國長灘開往中國連云港，班期航速約13.5 kts，船舶西行過日界線后，基于當時氣象更新，預計正常航速航行可能會在日本海遭受2211 號臺風“軒嵐諾”（HINNAMNOR）外圍環流影響，有短暫5～6 米浪高。考慮到后續臺風路徑預報趨向一致，且該輪班期富裕，建議船舶津輕海峽外滯航6～12 h，保持安全距離過臺風后（見圖4）。但船方擔心后續大風浪影響，意向走大隅海峽回程。大隅海峽方案比推薦滯航方案繞航約130 nm，油耗多出近50 mt。綜合考慮安全、班期、油耗，經和船公司、船方等多方溝通，最終船方執行推薦航線，安全抵港。

圖4 氣導推薦方案（津輕海峽外滯航避臺）

圖5 2211 號臺風“軒嵐諾”（HINNAMNOR）路徑圖

圖6 船方意向方案（盡可能縮短ECA 內航程）

3.2 特殊區域的航線規劃

3.2.1 ECA 區域的航線規劃

排放控制區（Emission Control Area，簡稱ECA），在港口、海峽和一些航線密集、船舶流量大的海區設立排放控制區，對過往船舶排放廢氣中的硫氧化物、氮氧化物排放含量作強制規定。2018 年11 月30 日，我國交通運輸部也發布了《船舶大氣污染物排放控制區實施方案》，對我國沿海控制區和內河控制區進行了規定。

對于涉及到ECA 特殊區域的，要充分考慮船載輕油量，同時也要考慮ECA 內航段能耗對總能耗的影響。當船載輕油不充足時，需盡可能縮短ECA 內的航程；當船載輕油充足時，應綜合考慮ECA 內外航程、ECA內外對應油耗、燃料油價差比，規劃最經濟節能航線。

服務船舶從加拿大王子港南下去美國長灘，考慮到船載輕油不充足，最終結合船方意向，推薦ECA 內最短方案。

3.2.2 洋流影響區域的航線規劃

眾所周知，世界洋流存在著一定的分布規律，如北太平洋西部海域的黑潮、印度洋北部海域的季風洋流。航線規劃時可以通過適度繞航的方式來合理地利用順流節能或減弱逆流影響，從而實現節能減排。

服務船舶從肯尼亞蒙巴薩航往斯里蘭卡科倫坡，當時預報顯示整個航程天氣海況良好，但考慮到印度洋夏季風洋流影響（見圖7），建議船方離港后適度北繞，優化后的航線可以較好地利用北面順流效應、規避常規航線上的逆流影響。兩個方案對比顯示：推薦北繞方案較常規最短RL 方案，總航程多出35 nm，風浪影響因子接近，但流影響因子相差很大（分別為0.2 kts、-0.4 kts），優化后的方案可節省油耗約 24 mt。船方最終采納了氣導建議，執行推薦方案，安全經濟準班抵港。

圖7 印度洋夏季風洋流分布

4 小結

綜上所述，本文列舉了遠洋船舶氣象導航的一些典型案例，主要得出以下結論：

（1）受惡劣天氣影響時，一般可以采取適度繞航或者高低速搭配的方式規避；班期富裕的情況下，相較繞航方案，漂航方案更節能。

（2）涉及到ECA 區域時，需要充分考慮船載輕油量，同時也要考慮ECA 內航段能耗對總能耗的影響。當船載輕油不充足時，需盡可能縮短ECA 內的航程；當船載輕油充足時，應綜合考慮ECA 內外航程和油耗、燃料油價差比，規劃最經濟節能航線。

（3）對于受洋流影響的區域，可以結合不同時期的洋流分布及走向，通過適度繞航的方式利用順流節能或減弱逆流影響，從而實現節能減排。

船舶在瞬息萬變的海上航行，遇到的情況往往比示例中更復雜，可能會遭遇接連多個低壓系統影響，也可能會碰到軍演區域或者冰區需要規避，還有許多不可預知的情況。隨著現代科學技術的發展，氣象預報數據的精度和準確度會不斷提高，船舶智能監控平臺和船舶智能導航設備功能也會越來越完善，氣象導航工作者只有不斷進行工作總結、積累經驗，才能提高應變和服務能力。