西南太平洋天气特征与航天测量船应急机动策略

2014-12-06赵学洋周云山王金林储凌剑

海洋预报 2014年1期

赵学洋，周云山，王金林，储凌剑

(中国卫星海上测控部,江苏江阴214431)

1 引言

西南太平洋海域气象条件复杂多变，天气系统演变较快，海况较为恶劣。航天测量船需经常在此执行测量任务，众多测控设备集中在空间有限、动态不定的船上，要使各设备构成一个整体满足测量工况要求，一定范围内对船舶航向、航速、横摇等都作了限制。而该海区几乎没有常规的气象观测站[1]，气象资料稀缺，国内气象机构又极少关注，航天测量船不可避免的会受到天气系统及其产生的恶劣海况的影响，在此海况下如何在保证船舶安全的前提下尽可能地提供测控支持成为亟待解决的新课题。

2 南太平洋海域主要天气系统

影响西南太平洋海域的天气系统主要有以下三个：南太平洋热带气旋、源于澳洲大陆东部的温带气旋和高纬冷空气，有明显的季节变化，但季节变化不如北太平洋显著[2-4]。本文分12—3月为夏季，4—5月为秋季，6—9月为冬季，10—1月为春季来分析各天气系统。全年风浪的概况是冬季最强，夏季最弱，风浪周期在夏季最短，冬季最长，长周期主要发生在西风带中。大浪频率高纬大于低纬，在赤道附近大浪频率几乎为零。浪向基本是以33°S，90°W 为中心逆时针方向旋转，盛行风浪的传播方向与盛行风的方向基本一致。

2.1 热带气旋

南太平洋上热带气旋的年平均发生数为8.8个，占全球台风总数的11%。热带气旋活动主要出现在12—4月，并且主要集中在15°—25°S、110°E—170°W 的洋面上。热带气旋的生命史较西北太平洋上的相对短一些，一般为2—5 天，最长的也仅9 天，各月的分布峰值主要出现在1—3月，次峰值出现在4月。它们的强度也较西北太平洋上的热带气旋弱一些，中心最大风速一般为20—30 m/s，极少数达到12级；中心最低气压一般为1000—980 hPa，极少数小于980 hPa[5]。

根据中国卫星海上测控部所发行的内部统计资料，热带气旋的移动路径在生成初期为偏西和西南方向，在移动发展过程中会转向南和南偏东（见图1）。其移速，偏西移时为6—8节，向西南方向转向时一般为5—7节[6]。

2.2 温带气旋

图1 2000—2005年南太平洋热带气旋统计

西南太平洋上温带气旋活动较为频繁，年平均数为15个，时段主要在5—9月，集中在30°S附近及其以南洋面，杨祖芳等[7]的研究也表明，澳大利亚东部是温带气旋的主要源地，塔斯曼海是温带气旋的主要形成海域[8]。温带气旋常伴有一至两条强冷锋面，锋面云系宽广，影响范围广大，影响周期为4—5天。

气旋的移动受南太平洋冷高压和新西兰岛地形影响显著，根据中国卫星海上测控部所发行的内部统计资料，其移动路径基本上自西向东移动，并且大多数为向北凸起的弧形路径。受冷高压和新西兰岛地形影响,在新西兰岛以西洋面移到50°S以南，当温带气旋跨过新西兰岛以后，迅速发展并东移（见图2，图中圈内数字为温带气旋序号）[9]。

图2 2000—2005年各年9月南太平洋温带气旋路径综合图

移动方向大多为东偏南，强度与黄海气旋相当。他们伴随着大风、强降水及低能见度等恶劣天气，对舰船航行造成较为严重的威胁。

船舶在距温带气旋中心12 个经纬距以外的海域航行时一般所受的影响不大，但如果附近海域还有锋等相关天气系统配合时，则影响范围要大得多；另一方面，温带气旋形成的时间短，引起海况变化十分突然，因此船舶航行时要提高警惕[10]，不能因为附近的气旋或低气压系统强度不大，船舶实测海况良好，就认为对船舶影响不大[11]。

2.3 南极冷空气

南半球的大范围的冷空气源地主要是靠近南极大陆的冰洋面，活动的平均周期是5—7 天左右。夏季频率小，大约一个月有4—5 次冷空气过程，而且冷空气位置偏南。冬季冷空气活动最频繁，一个月大约有6—8 次冷空气活动过程，而且强度强，位置偏北，春秋季冷空气活动介于冬夏季之间[12]。

冷空气在刚生成后的发展加强阶段向东北方向移动，在消亡阶段，当冷空气移到30°—40°S 以后，基本沿纬圈向东移动。根据中国卫星海上测控部所发行的内部统计资料，从全年平均来看，在东移的过程中有80%的冷中心都是沿45°—55°S这个纬度圈移动。在新西兰东部的太平洋海域是冷空气的一个减弱消失区，大部分的冷气团移到此处后都开始变性消失。如图3 所示，图中燕尾箭头表示冷空气的移动路径秃尾箭头表示冷空气从原地生成移出的路径，细箭头表示北移的冷空气路径，阴影部分为强消散区。

3 航天测量船航次天气情况统计

从1999—2008年，某航天测量船在西南太平洋执行了多次任务，对历次任务所遭遇的天气系统及采取的规避措施进行统计发现：每航次在该海域必然会遭遇1—3次天气系统的影响，在受天气系统影响时，都未能按计划进入测量海域，需要调整航线机动（见表1）。

图3 西南太平洋冷空气活动示意图

（1）冬春季影响该海域的天气系统主要是冷空气和温带气旋，两者都会对船舶安全及测控要求产生很大影响，都是影响航天测量船的主要灾害性天气系统。其中冷空气的影响在时间上和空间上较温带气旋更广，而温带气旋的灾害性更大。奥克兰以东海域一般会受温带气旋的影响，同时会受冷空气影响[13]；

（2）冷空气在发展时一般向东北移动，而在任务海域附近一般会沿纬圈向东移动，强度也会逐渐减弱。但在冷空气向北扩散中也会随着长短波槽侵入到30°S附近，其形成的冷平流对任务海域造成较大影响，而由梯度力和地面系统的冲击所造成的大风大浪影响的范围较大，时间较长，对执行任务和船舶安全的影响不容忽视；

（3）温带气旋在30°S附近的移向一般为东南，和冷空气相比其影响范围较小，但它形成时间短，引起得海况变化十分突然，因此船舶航行时要提高警惕，不能因为附近的气旋或低气压系统强度不大，船舶实测海况良好，就认为对船舶影响不大，尤其当温带气旋中心离船舶较近时，其形成的大风大浪对船舶安全有很大影响。

表1 航天测量船历次任务海区情况统计表

4 应急机动策略

影响海域的天气系统,无论热带气旋、温带气旋还是冷空气，对船舶安全和测量任务的影响都可能是灾难性的，航海人员应尽可能多地收集到各种气象资料，综合利用各种气象资源，准确分析每一份气象信息，总结7次任务航海气象保障的成功案例，探讨各种天气系统时的船舶机动方案。

4.1 船舶机动原则

不论热带气旋还是温带气旋，在移动到测量海域附近时都是由西北向东南或偏东方向移动，而大风区位于其移动方向的左侧。此时要针对航天测量船相对于气旋的位置采取不同的方案，机动时一般坚持三项原则，一是目标海域相对远离气旋大风浪区；二是船舶机动不穿越气旋移动路径[14]，三是最大可能保证测量任务。

4.2 机动方案

4.2.1 单气旋作用

当测量海区位于气旋移动路径的左侧时。根据船舶机动三原则，由路径1、3 组成的扇形区域为航天测量船机动区域，可在此扇形区域内选择备用测量海区。路径2 与气旋的移动路径垂直，可以使船舶在最短的时间内远离气旋，路径1 离气旋大风区较近，海况最差。以到达船舶机动的最优化（见图4）。在执行航天测控任务3遭遇热带气旋、执行航天测控任务5遭遇温带气旋时即选择路径2成功进行了机动。

当测量海区位于气旋移动路径的右侧时。同样根据机动三原则，机动路径在4、6 组成的扇形区域，路径5由于与气旋的移动路径垂直，可以在最短的时间内远离气旋，路径6与气旋移动方向一致，恶劣海况持续时间最长，航天测量船要充分考虑到备用测量点及测量航向后才能确定最佳机动方案[15]。

图4 单气旋作用下的船舶机动方案

图5 冷空气作用下的船舶机动方案

图6 冷空气与气旋共同作用下的船舶机动方案

4.2.2 冷空气作用

当单一冷空气在测量点南部由西向东移动时，与冷空气移动路径垂直的机动路径2由于能最快远离其影响范围，是为最优选择，而路径1和路径3由于仍与冷空气距离较近，是为次要选择（见图5）。

4.2.3 冷空气与气旋共同作用

当测量海区遭受气旋和冷空气上下夹击时，机动余地非常小，所以应优先考虑船舶安全，再考虑测量支持，及时果断采取措施，使船舶尽快驶离危险海域。当然，如遇气旋和冷空气的势力并不强时，也可兼顾测量任务，此时的最优机动路径为正西方向。在执行航天任务7 时航天测量船即遭遇到温带气旋和冷空气的共同作用，航天测量船选择路径4实施机动[16]（见图6）。

当测量海区位于气旋和冷空气的北侧时。此时的机动余地比前者大，可以选择正北，东北和偏东等方向机动。航天测控任务6遭遇温带气旋和冷空气的共同影响时即按照此方案实施机动。

4.3 最优策略选择

（1）典型天气系统的预报。发现海区产生系统时，除充分利用海区现有的数值预报产品并接受气象报告外，还应密切注意现场气象要素的变化，使航天测量船始终保持在安全距离。一般认为安全距离大于系统的平均直径的一半，具体取值多少还应根据系统情况和船舶的性能而定；

（2）应急测量海区的选择。在遵守船舶机动三原则时应急测量海区是为重要因素。在系统强度不大时，船舶机动应尽可能考虑到满足测量任务的需要，由于测控航速、航向选择有限性，因此在选择机动方案时应早做准备，可将机动距离一并计入，采用边规避天气系统边执行任务的模式；

（3）航天测量船最优机动方案。选定方案时要考虑到各系统的平均范围、大风区分布、最外围闭合等压线的平均值等因素，不仅要考虑其离热带气旋越远越安全，且要考虑到海域及所应完成任务的实际情况,因此，最优方案往往不是测量圈次最多或规避系统最快。

5 结语

针对西南太平洋海域不同季节各系统的对海区的影响程度，航海人员应依托的各种气象产品进行深入分析，掌握号几种典型天气系统的特征，机动时应充分考虑任务要求和船舶特点，利用任务间隙进行高低速结合的方式，同时也将执行任务所产生的航程航时纳入到整个预案中，争取到了更多的机动时间，使船舶尽可能地向应急测量海域机动。

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