台风实时风场资料来源和应用分析

刘大刚， 刘 振， 张 翔， 刘宝龙， 王伟哲

(大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026)

台风实时风场资料来源和应用分析

刘大刚， 刘 振， 张 翔， 刘宝龙， 王伟哲

(大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026)

获取更为详实的台风实时风场资料对合理有效地确定船舶避台方案、提高处理避台航行突发状况的能力及确保航运企业经济效益而言具有重要的理论意义和实际应用价值。对此,通过分析目前常用的台风风场资料来源，指出目前常用台风风场资料存在精细化程度不够高、不能满足合理有效地绕避台风和处理突发状况需求等问题。在对美国NOAA网站提供的MTCSWA风场产品的种类、来源及其应用等进行详细分析、介绍的基础上，以台风“范斯高”为例对不同来源的台风风场信息进行实例应用对比分析。结果表明:MTCSWA风场产品可更为直观、有效地给出台风实时风场资料，可更为行之有效地供航运安全管理部门避台决策使用。

水路运输;海上交通安全；船舶避台；台风风场资料；精细化应用

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

鉴于台风(以下简称TC)伴随的狂风恶浪会对船舶构成严重威胁，各航运企业对船舶防抗TC给予高度重视。在防抗TC时，准确掌握TC的移动路径、强度和大风浪范围以选择安全、合理的绕避航线是航运企业安全监管人员和船舶驾驶员最重要的任务之一。以中国远洋运输集团公司为例，其安监部一般通过综合分析中、日、美等国家气象部门发布的TC预报确定TC的移动路径和8级风圈分布[1]，指导船舶合理避开8级风圈，保证其安全航行。

随着科学技术水平不断提高，更加准确、翔实地掌握TC的移动路径和大风浪范围有助于在保证安全航行的基础上降低绕避TC的成本，提高航运企业的经济效益。但是,在实际工作过程中，受TC预报不准确、船舶未合理绕避等因素影响，船舶可能并没有及时避开8级风圈。因此,需相关部门进一步掌握TC周围风浪等级分布情况，以对船舶进行合理指导，避免事故发生。

1 TC预报分析

我国船舶驾驶员平时应用最多、最为熟悉的TC预报是中、日、美等国的气象部门发布的TC预报。[2]

1) 当西北太平洋出现TC时，我国中央气象台(NMC)通过互联网和其他途径每6 h发布一次TC当前的实况位置和强度，24 h、48 h和72 h的预报位置和强度，及对应的7～8级、9～10级和11～12级大风警戒区。[3]

2) 日本气象厅(JMA)提供路径预报图、地面分析图和预报图、海浪分析图和预报图等气象资料，通过分析这些资料可获取TC的移动路径、强度和大风浪范围，其中路径预报是通过气象传真机和互联网发布的72 h TC路径预报及相应的警告区域。JMA的做法实际上是给出TC中心当前的实测位置及10级大风(风速≥50 kn)的范围;然后以未来24 h、48 h和72 h的TC预报位置为圆心,以近年来上述3个时间段的TC中心位置预报平均误差为半径,画出TC中心未来落入概率为70%的概率圆;最后将10级大风半径套在相应的概率圆外面,得到24 h、48 h和72h的10级以上大风警告区。[4]

3) 美国联合台风警报中心(JTWC)的TC警报图中给出TC等级、美国编号、TC名称、警报编号、TC当前的位置、移向、移速、最大显著波高、未来72 h每12 h一次的TC预报位置、最大1 min平均风速和阵风风速及92 h和120 h的预报位置等信息；此外，图中还以点线的形式标出美国海军船舶的避让区域。[5]

综上可知，根据目前常用的TC实时风场资料源只能得到TC周围的大致风场，即8级和10级风圈。我国航运安全指挥部门和船长通常采用的做法是指导避开8级大风圈，若依据目前的进行资料源决策，会很大程度地增加绕航成本，影响航运企业的经济效益。[6]例如，仅2009年发生在西北太平洋上的第8号台风“莫拉克”就造成上海远洋运输有限公司的船舶损失航行时间689.7 h，损失航程5 132.8 n mile，损失班期1 501.6 h;对于由船舶故障、驾驶员未按公司海监指挥人员指示及时绕避等原因造成的船舶进入8级风圈的突发情况，不能获得更为详细的风场资料以供指导。此时，迫切需要更加准确、翔实的TC实时风场资料，以进一步掌握TC的各级风圈分布，进而为船舶提供更为合理的指导。

2 MTCSWA产品简介

多平台热带气旋地表风场分析(Multiplatform Tropical Cyclone Surface Wind Analysis,MTCSWA)是美国国家海洋和大气局卫星与信息服务局研制的产品，主要基于多家气象部门用来进行近地表风场分析的卫星提供的风场资料，运用了先进的风场探测技术、现代数值分析集成技术和现代计算机技术，可更精细化地提供TC风场分布。

MTCSWA运作平台的网址为http://www.ssd.noaa.gov/PS/TROP/mtcswa.html，结合多类型、多传感器和多数据源的TC风场资料进行综合分析，信息每6 h更新一次，以图形和文本2种方式显示。

其图像产品有9种，其中：网页上公布的有8种，分别为地表风场分析(风暴规模)、地表风场分析(内核规模)、微波探测器(Advanced Microwave Sounding Unit，AMSU)数据[7]、云迹风/水汽风(Cloud Drift Winds/Water Vapor Winds，CDFT/WV)数据、红外代理风(Infrared Flight-Level Proxy Winds，IRWD)数据、SCAT/ASCT数据[8]、最低海平面气压(Minimum Sea Level Pressure，MSLP)/最大风速-时间分析图和TC红外线分析图[9]；未公布的图像产品是TC中心200 km以内高空集成动能与当前TC强度-时间图，用来划分TC强度[10]。

通过综合多种类型的图像信息和文本信息，互相取长补短，可保证TC风场信息的准确、翔实和全面性。AMSU，CDFT/WV，IRWD及SCAT/ASCT的数据图主要作为产品的输入数据；地表风场分析(风暴规模)图和地表风场分析(内核规模)图，简单、直观地绘出了TC风场的分布，不仅给出了50 kn(10级)和30 kn(7级)风圈的分布，还进一步精细化了TC周围风圈分布，有助于更好地掌握TC风场信息。此外，两种分析图取横坐标为经度、纵坐标为纬度，易于判断和标绘出TC周围风场的具体分布，极大地提高了使用的便利性。

3 实际应用对比分析

MTCSWA产品可为航运安全指挥部门及船长提供更加准确、翔实的TC风场分布情况。这里以2013年10月21日的TC“范斯高”的风场信息为例进行应用对比分析。

在目前常用的TC风场来源中，首先，根据我国中央气象台2013年10月20日22时(UTC)发布的TC预报及相应的大风警告得知，“范斯高”中心附近在21时的最大风力有16级，中心最低气压为938 hPa，7级风圈半径为300 km，10级风圈半径为100 km。图1为中央气象台2013年10月20日22时发布的TC 48 h路径预报图。

图1 中央气象台2013年10月20日22时

分析日本JMA 2013年10月21日18时(UTC)发布的地面分析图(见图2)中给出的“范斯高”的简报可知，该TC近中心的最大风速为90 kn，阵风130 kn；在气旋中心东北部100 n mile，其他部位80 n mile的范围内风速超过50 kn(10级)；在气旋中心北半部270 n mile，其他部位240 n mile的范围内风速超过30 kn(7级)。

图2 日本JMA 2013年10月21日18时

通过分析美国JTWC 2013年10月20日18时(UTC)发布的TC“范斯高”警报图(见图3)可知，预计“范斯高”21日18时近中心最大风速为105 kn，阵风为130 kn；在TC中心东北象限40 n mile，东南象限30 n mile，西南象限30 n mile和西北象限40 n mile范围内风速超过64 kn(12级)；在TC中心东北象限75 n mile，东南象限70 n mile，西南象限70 n mile和西北象限70 n mile范围内风速超过50 kn(10级)；在TC中心东北象限135 n mile，东南象限130 n mile，西南象限125 n mile和西北象限130 n mile范围内风速超过34 kn(8级)。

由以上分析可知，根据中、日、美等国气象部门提供的TC风场信息只能得到TC的近中心最大风速、阵风风速，及7～8级、9～10级和11～12级风圈等风场信息，不能更精细地了解其他级风圈的分布。此外，各气象部门提供的风圈分布较为粗略，数据不统一，不能使使用者准确、翔实地掌握TC周围风场的信息。

图3 美国JTWC 2013年10月20日18时发布的TC警报图

与之相比,从2013年10月21日12时(UTC)NOAA网站提供的MTCSWA地表风场分析产品中可清晰、直观地看到TC“范斯高”的风场信息(见图4)。

图4 NOAA 2013年10月21日18时发布的表面风分析图

TC“范斯高”的地表风场分析产品可知，首先可以从地表风场分析图(风暴规模)中看出“范斯高”周围风场的35 kn，50 kn，65 kn，80 kn风圈的分布；然后可以从地表风场分析图(内核规模)中进一步看出“范斯高”中心附近的风场分布。同时，易于根据纵横坐标的经纬度判断和标绘出TC周围风场的具体分布及船舶的相对位置，使用极其方便。例如，图中详细给出了80 kn风圈的具体分布，可简单、直观地看出最大风速的分布范围，更为准确、翔实地显示了TC周围的风场分布。

综上可知，根据NOAA网站提供的MTCSWA中地表风场分析产品能得到更为精细化的TC周围风场分布，比目前常用的日本JMA提供的TC风场资料更为详细，有助于航运企业安全管理人员和船长对船舶绕避TC作出更为合理的指导。

4 结束语

近年来，随着航运市场竞争不断加剧，企业的经济效益愈加受重视。而依据当前常用的TC实时风场资料来源所作的决策会使船舶因绕避台风而造成极大的航行时间、航程和班期损失，严重影响着企业的经济效益。因此，寻求更加精细化的TC实时风场资料尤为迫切。

随着天气探测、处理等技术不断发展，精细化的TC风浪场预报已做得比较准确。因此，根据当前先进的TC风场预报产品来进一步确定更为合理、有效的船舶避台和避台航行时应对突发情况的方案已成为可能。

美国NOAA网站提供的MTCSWA产品对TC周围风场进行了精细化分析。航运安全指挥部门和船长依靠该产品可更加准确、翔实地掌握TC的周围风场分布。这对于指导船舶更好地达到绕避台风、处理突发情况及提高效益的目的具有较高的应用价值。

[1] 刘大刚, 刘正江, 吴兆麟. 基于多源预报的热带气旋危险区域的确定方法[J]. 交通运输工程学报,

2008, 8(2):80-84.

[2] 刘大刚, 李志华. 台风预报现状及其对船舶避台决策的影响[J]. 中国航海, 2006，29(2):64-67.

[3] 陈杰伟. 可基于ECDIS的船舶-热带气旋动态标绘系统的研究[D]. 大连:大连海事大学, 2013.

[4] 刘大刚, 刘正江, 吴兆麟. 船舶绕避中热带气旋领域的研究[J]. 大连海事大学学报, 2008, 34(2):12-14.

[5] 张志兵, 马闯关, 刘大刚. 西北太平洋常用网上天气图的应用[J]. 中国航海, 2009, 32(3):85-90.

[6] 刘大刚, 李国平, 吴兆麟. 气象-经济决策理论在大风浪中船舶航线的选优应用[J]. 中国航海, 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, 邹巨洪, 解学通, 等. HY-2A微波散射计风场反演算法[J]. 中国工程科学, 2013(7):68-74.

[9] 邱红, 方翔, 谷松岩, 等. 利用AMSU分析热带气旋结构特征[J]. 应用气象学, 2007, 18(6):810-820.

[10] 周旋, 周晓中, 吴耀平. 美国气象卫星的现状与发展[J]. 中国航天, 2006(1):30-33.

AReviewofSourcesofReal-TimeTyphoonWindFieldDataandTheirApplication

LIUDagang,LIUZhen,ZHANGXiang,LIUBaolong,WANGWeizhe

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

2016-01-25

天津市海洋局科技兴海项目(KJXH2012-25)；中央高校基本科研业务费(3132013003)

刘大刚(1961—)，男，辽宁大连人，教授，博士，从事航海气象学、交通运输安全保障和防护技术及海上交通安全分析与应急管理技术的教学和研究。E-mail: dgliu6108@aliyun.com 刘 振(1989—)，男，安徽亳州人，硕士生，从事航海气象学、交通运输安全保障和防护技术研究。E-mail: dmuliuzhen@163.com

1000-4653(2016)01-0095-04

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A