西北太平洋热带气旋大风圈统计特征及船舶防避热带气旋方法

杨亚新 夏剑东

摘要：为给航行中船舶防避热带气旋提供参考，利用西北太平洋1977—2018年的热带气旋资料，分别统计分析了热带气旋近中心最大平均风速、10级和7级大风圈的半径、10级和7级大风圈最大半径的偏向以及10级和7级大风圈半径与热带气旋强度的关系。在此基础上，提出一种综合考虑大风范围和位置预报误差的船舶避离热带气旋的方法，并举实例加以说明，为船舶防避热带气旋提供一种思路。

关键词： 西北太平洋; 热带气旋; 大风圈特征; 防避方法

Abstract： In order to provide reference for ships in navigation to avoid tropical cyclones， using the data of tropical cyclones in the Northwest Pacific from 1977 to 2018， the maximum mean wind speed near the centers of tropical cyclones， the radii of the gale circles of 10 and 7 levels， the deviation of the maximum radius of the gale circles of 10 and 7 levels， and the relationship between the radii of the gale circles of 10 and 7 levels and the intensity of tropical cyclones are analyzed， respectively. On this basis， a method for ships to avoid tropical cyclones is proposed， where the range of gale and the error of position forecast are considered synthetically. An example is given to illustrate this method， which provides a method for ships to avoid tropical cyclones.

Key words： Northwest Pacific; tropical cyclone; characteristic of gale circle; avoidance method

0 引 言

大风是影响船舶航行的重要天气之一。产生大风的天气系统很多，其中热带气旋产生的大风是各种天气系统产生的大风中最强的，它来临时带来的狂风、暴雨、巨浪和风暴潮对航行船舶造成巨大威胁。因此，了解热带气旋的大风分布特征，掌握其防避方法，對于船舶有效防避热带气旋以确保航行安全意义重大。对热带气旋大风的研究较多，如：杨玉华等[1]对我国登陆台风引起的大风分布特征进行了分析;曾欣欣等[2]从单个台风的角度对0515台风“卡努”影响浙江的强风进行了分析;董美莹等[3]分析了“麦莎”台风影响期间浙江的大风分布特征;俞燎霓等[4]分析了近60年来影响浙江的热带气旋大风的气候特征及其影响因素。已有研究大多集中在对影响某一区域的、登陆的或特定的热带气旋大风的研究，但对整个西北太平洋热带气旋大风分布特征，特别是10级和7级大风分布特征的研究较少。文献[5]虽然对西北太平洋热带气旋做了一些研究，但所用资料年限有限，分析不够全面。

本文旨在利用区域专业气象中心（regional specialized meteorological center，RSMC）东京台风中心提供的西北太平洋1977—2018年共42年的热带气旋资料[6]，对热带气旋大风圈特征进行较为全面的统计分析，得到10级和7级大风圈的平均半径，10级和7级大风圈的最大半径、最小半径、半径偏向等定量化结论，为船舶防避热带气旋提供参考依据，同时进一步丰富航海气象教学内容。在此基础上提出一种综合考虑热带气旋大风范围和位置预报误差的避离热带气旋的方法，并举实例加以说明，为船舶避离热带气旋提供一种思路。

1 资料与方法

热带气旋资料来源于RSMC东京台风中心，包括热带气旋的编号、位置、中心气压、近中心最大平均风速、7级和10级大风圈最大和最小半径及最大半径偏向等。热带气旋分类采用国际热带气旋分类标准，12级以上的热带气旋分类采用日本热带气旋分类标准[7]，见表1。7级和10级大风圈的平均半径分别采用其最大与最小半径的平均值。

2 热带气旋大风圈统计特征

2.1 近中心最大平均风速

1977—2018年西北太平洋共发生热带风暴强度等级以上的热带气旋1 075个，平均每年25.6个。这1 075个热带气旋近中心最大平均风速为35～140 kn，平均风速68.4 kn。近中心最大平均风速极值（140 kn）出现在7920台风中，时间为1979年10月12日06时，当时近中心最低气压为870 hPa。图1为各强度等级热带气旋的占比。从图1可以看出，热带风暴等级热带气旋占24.9%，强热带风暴等级热带气旋占21.4%，台风强度等级热带气旋占24.2%，强台风等级热带气旋占20.8%，超强台风等级热带气旋占8.7%。由此可见，西北太平洋75.1%的热带气旋近中心最大平均风速达到50 kn（10级）以上，53.7%的热带气旋近中心最大平均风速达到65 kn（12级）以上，29.5%的热带气旋近中心最大平均风速达到81 kn（14级）以上，近中心最大平均风速达到105 kn（16级）以上的超强台风相对较少，不到10%。由于热带气旋近中心最大平均风速很大，大洋上航行的船舶切不可穿越热带气旋，应尽可能采取绕航的办法来避离热带气旋。

2.2 10级大风圈统计特征

西北太平洋热带气旋10级大风圈半径为10～250 n mile，平均半径为78.4 n mile。79.3%的10级大风圈呈对称分布，20.7%的10级大风圈呈不对称分布。不对称分布的10级大风圈的最大半径在各个方位都有出现，但主要出现在N、NE、E、SE方位上（占95%以上），见图2。这可能是由于热带气旋一般向偏西或西北方向移动，以上几个方位正好位于热带气旋移动方向的右半圆，而右半圆与副热带高压相邻，气压梯度较左半圆大，风速相对也较大，大风范围广。不对称分布的10级大风圈最大半径的平均值为108.6 n mile，最小半径平均值为69.5 n mile，两者相差39.1 n mile。

10级大风圈半径大小与热带气旋强度有非常密切的关系。图3a和3b分别为10级大风圈平均半径与近中心气压和近中心最大平均风速的关系。由图3可知，随着热带气旋强度的增强，即近中心气压的降低、近中心最大平均风速的增大，10级大风圈平均半径呈二次曲线增大，其与近中心气压之间的相关系数R达到了0.988 8（R2=0.977 7），与近中心最大平均风速的相关系数R达到了0.997 1（R2=0.994 2）。10级大风圈平均半径与近中心最大平均风速的关系相对于其与近中心气压的关系更为密切。

利用图3或二次曲线拟合方程，船舶即可根据从天气预报中获知的热带气旋的近中心气压或近中心最大平均风速近似计算得到热带气旋10级大风圈平均半径，从而为其防避热带气旋提供参考。

2.3 7级大风圈统计特征

7级大风圈半径为20～637.5 n mile，平均半径为188.6 n mile。对称分布和不对称分布的7级大风圈各占一半。与10级大风圈相同的是，不对称分布的7级大风圈的最大半径在各个方位都有出现，但主要出现在N、NE、E、SE这4个方位上（占80%以上），见图4。不对称分布的7级大风圈最大半径的平均值为246.3 n mile，最小半径平均值为163.7 n mile，两者相差82.6 n mile。

同样，7级大风圈平均半径与热带气旋强度也有十分密切的关系。图5a和5b分别为7级大风圈平均半径与近中心气压和近中心最大平均风速的关系。

由图5可知，随着热带气旋强度的增强，即近中心气压的降低、近中心最大平均风速的增大，7级大风圈平均半径呈二次曲线增大，其与近中心气压之间的相关系数R达到了0.992 8（R2=0.985 7），与近中心最大平均风速的相关系数R达到了0.994 5（R2=0.989 0）。7级大风圈平均半径与近中心最大平均风速的关系稍优于其与近中心气压的关系。

3 船舶防避热带气旋方法

目前远洋船舶已经广泛应用商业气象导航服务，避离热带气旋是商业气象导航服務的重要内容，商业气象导航机构会应用多种来源的预报结果和精密的全球数值预报模式来计算避台航线。然而，船舶仍然需要掌握在某些特殊情况下自行防避热带气旋的方法。商业气象导航与船舶自行导航相结合，可以更有效地保障航行安全。

在船舶自行防避热带气旋的研究方面，有传统教科书上的扇形避离热带气旋法[8]，有作概率预报圆避离热带气旋法[9]，有根据气象预报图作安全距离避抗台风法[10]，等等。扇形避离热带气旋法只考虑了热带气旋中心移动方向的预报误差，未考虑热带气旋中心移动速度的预报误差，也未考虑对船舶安全航行造成严重威胁的大风范围;作概率预报圆避离热带气旋法，虽然同时考虑了热带气旋中心移向和移速误差，但是未考虑大风范围;根据气象预报图作安全距离避抗台风法虽然考虑了热带气旋大风范围，但未考虑热带气旋中心位置预报误差。

本文在前人研究的基础上，结合前述热带气旋大风圈统计特征，提出一种综合考虑大风范围和位置预报误差的热带气旋防避方法——作修正大风圆避离热带气旋法。

3.1 作修正大风圆避离热带气旋法

3.1.1 作图方法

作修正大风圆避离热带气旋指根据从传真地面天气图或天气报告中获得的热带气旋的中心位置、强度、未来移动方向、移动速度、大风范围等，结合船舶的位置、航向和航速，在海图上作经中心位置修正后的大风圆，使船舶与热带气旋保持一定距离，作图方法见图6。

图6中：H1、H2、H3和H4分别代表世界时00：00：00、06：00：00、12：00：00和18：00：00时的热带气旋中心位置，A、B、C和D分别代表世界时00：00：00、06：00：00、12：00：00和18：00：00时的船舶位置。具体作图方法如下：

（1）查阅传真地面天气图或天气报告，获得00：00：00时热带气旋中心经纬度、未来移动方向和移动速度，在海图上点绘出00：00：00时热带气旋中心位置H1和船舶位置A，以H1为起点沿着热带气旋移动方向作一线段，线段长度等于热带气旋未来24 h的移动距离（用移动速度乘以24 h得到，在海图上一个纬距相当于60 n mile）。

（2）以线段末端为中心作第一个大风圆，大风圆的半径等于10级或7级大风圈半径与位置预报误差之和。

（3）大风圆作好后，再以H1为原点向大风圆两侧作切线，这样绘出的大风圆和与其相连的两条切线之间的扇形区域就是船舶在未来24 h内需要避让的危险区域。

（4）每隔6 h船舶将接收到新的传真地面天气图或天气报告，根据最新的热带气旋位置、移动方向和移动速度预报信息，按照上述步骤依次作出06：00：00、12：00：00、18：00：00时的大风圆2、大风圆3、大风圆4，同时绘出每隔6 h的船舶位置，通过不断调整航向使船舶与对应时刻大风圆保持一定的安全距离，直到船舶驶到已基本不受热带气旋影响的F点后，才可以改为沿计划航向航行。

3.1.2 大风圈半径与位置预报误差的计算

（1）大风圈半径的计算。10级或7级大风圈半径可根据传真地面天气图得到。在不能得到或及时收到传真地面天气图的情况下，10级或7级大风圈半径可根据热带气旋强度与大风圈半径的统计关系得到。根据预报的热带气旋强度（近中心气压或近中心最大平均风速）查图3或图5，即可得到该强度热带气旋10级或7级大风圈平均半径。值得注意的是：图3和图5是气候统计结果，反映的是大风圈半径的多年平均状况，与实际状况可能存在一定偏差;传真地面天气图上的热带气旋大风圈半径是结合当时天气状况、热带气旋强度等预测得到的结论，与实际天气状况结合紧密。因此，在能及时收到传真地面天气图的情况下，应用传真地面天气图上大风圈半径预报结果，安全性更高。

（2）位置预报误差计算。在传真地面天气图上绘制热带气旋未来24 h的位置预报误差圆（入圆率为70%），从中可知70%概率下热带气旋的位置预报误差。在不能及时收到传真地面天气图的情况下，可根据热带气旋的位置预报误差累积频率统计结果得到位置预报误差。所谓累积频率，就是某一位置预报误差值以下的频数占总频数的百分比，如位置预报误差为50 km的累积频率就是位置误差小于等于50 km的频数占所有位置误差频数的百分比。文献[9]统计分析了热带风暴（TS）、强热带风暴（STS）、台风（TY）和热带气旋（TC）以25 km为间

隔的位置预报误差的累积频率，见图7。由累积频?率图可查到小于等于某一位置预报误差数值出现的概率。如何选取累积频率很重要，累积频率大，位置预报误差数值也大，所绘制的大风圆半径相应也大，船舶为避台需绕航的距离也增大;累积频率小，位置预报误差数值小，所绘制的大风圆半径也小，虽然船舶为避台需绕航的距离减小了，但热带气旋入圆率低，船舶的危险性相应增大。因此，船舶需要选择一个合适的累积频率，在确保安全的情况下，尽可能缩短航程。目前，国内外的传真地面天气图基本上都采用70%概率位置预报误差圆作为船舶需避开的危险区域。

3.2 举例说明

为更好地理解作修正大风圆避离热带气旋的方法，现举一实例加以说明。

实例：2018年7月26日12：00：00（世界时），某船位于（27.5°N， 155.0°E），向WSW方向航行，驶往菲律宾某港口，航速25 kn。此时，2018年第12号超强台风“云雀”（Jongdari）位于（23.5°N， 140.1°E），正在向NE方向移动，移动速度22 km/h。“云雀”每隔6 h的中心位置、强度、未来移动方向、移动速度数据见表2（数据来源于天气报告）。

根据每隔6 h“云雀”的位置作未来24 h修正大风圆，使船舶未来24 h不落入大风圆中，作图方法见图8。图8中，H1、H2、H3、H4和H5分别代表2018年7月26日12：00：00、26日18：00：00、27日00：00：00、27日06：00：00和27日12：00：00时的“云雀”中心位置，A、B、C、D和E分别代表相应时刻船舶的位置。

20180726T120000时，船舶位于A点，根据天气报告得知“云雀”中心位于H1，并得知未来移动方向为NE、移速为22 km/h（见表2），以H1为基点沿着NE方向（“云雀”移动方向）作一线段，线段长度等于“云雀”未来24 h的移动距离（用移动速度乘以24 h得到），再以线段末端为中心作修正大风圆。修正大风圆的半径为10级或7级大风圈平均半径加上位置预报误差数值。根据20180726T120000时“云雀”的近中心最大平均风速33 m/s（约66 kn），查图3和图5分别得到10级大风圈平均半径为65.7 n mile，7级大风圈平均半径为207.7 n mile;由于20180726T120000时“云雀”已达到台风（TY）等级，查图7中TY曲线，可得到概率为70%时的台风（TY）的平均预报误差为112.5 km（约60.7 n mile）。因此，本例经位置修正后的7级和10级大风圆半径分别为268.4 n mile（由207.7 n mile 与60.7 n mile相加而得）和126.4 n mile（由65.7 n mile与60.7 n mile相加而得）。再以H1为基点向7级或10级修正大风圆的两侧作切线，这样得到的修正大风圆以及与其相连的两条切线之间的扇形区域，就是船舶未来24 h内需要避开的危险区域。然后每隔6 h重新计算一次修正大风圆半径（见表3），依次作出修正大风圆2、大风圆3、大风圆4……，根据船舶与热带气旋之间的相对位置，将航向先后调整为S、SW，直到船舶航行至已基本不受热带气旋影响的E点后，才改为按计划航线WSW方向航行，直至到达目的地。在实际防避热带气旋的过程中，取7级还是10级大风圆作为危险区域可根据船舶的性能、抗风浪能力等确定。本例是取7级修正大风圆作为危险区域来作图避离热带气旋的，图8中也给出了10级修正大风圆（见图中实线圆）。

4 结束语

通过对热带气旋大风分布特征及其防避方法的研究，得到以下几点结论：

（1）熱带气旋近中心最大平均风速很大，西北太平洋75%以上的热带气旋近中心最大平均风速达到50 kn（10级）以上，50%以上的热带气旋近中心最大平均风速达到65 kn（12级）以上，近30%的热带气旋近中心最大平均风速达到81 kn（14级）以上。

（2）对称分布的10级大风圈居多（占80%左右），对称和不对称分布的7级大风圈各占一半。不对称分布的10级和7级大风圈最大半径偏向多为N、NE、E和SE（80%以上）。10级和7级大风圈平均半径与热带气旋强度有着非常密切的二次非线性关系，其值分别为78.4 n mile和188.6 n mile。

（3）以经位置预报误差修正后的大风圆作为船舶防避的危险区域，使船舶与该区域保持一定的距离，这种防避热带气旋的方法比单纯考虑位置预报误差或单纯考虑大风圈的方法更具有参考价值和安全性。

需要说明的是，本文提出的只是特殊情况下船舶的一种避台思路，是对现有教材中相关内容的补充和完善。建议远洋船舶尽可能应用商业气象导航服务，结合自行导航确定避台航线，以确保航行安全。在利用本文方法选取大风圈范围时，应尽可能依据各专业气象机构发布的热带气旋预报结论。近几年来，我国海洋气象预报发展迅速，很多专业气象机构如我国中央气象台、美国国家海洋和大气管理局、日本气象厅、欧洲中期天气预报中心等都发布多种关于热带气旋发展变化的监测和预警信息，船舶驾驶员可以综合利用这些预报信息来避离热带气旋。

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[7]張永宁， 黄磊. 航海学[M]. 北京： 人民交通出版社， 2012： 5.

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（编辑 贾裙平）