船舶西风带布放气象浮标作业窗口与操纵技术

2020-11-02沈权赵炎平汪雷肖志民

航海 2020年5期

沈权赵炎平汪雷肖志民

摘要：随着极地科考、旅游和其他商业行为越来越多，如何确保船舶安全通过西风带的关键因素之一就是获取准确的天气预报。尽管世界上绝大部分区域的气象分析和天气预报精准度较高，但西风带是少数预报精度较差的区喊之一。为了提高天气预报精度，在西风带布放气象浮标是必要环节。因此，本文通过介绍“雪龙”号科考船实施我国第一次西风带布放气象浮标的作业过程，为其他船舶西风带作业发现难点并找到解决方案提供经验。

关键词：西风带;作业窗口;操纵技术

1作业背景

近年来，在各个政府加大南极洲科学考察的基础上，由于其特有的地理位置、自然风光和资源丰富等特点，逐渐吸引了更多国家和公司加入到南极洲科学考察和商业开发中来。前往南极洲的主要交通工具为船舶，由于南极洲与其他大陆之间横亘着南大洋（南纬40°-60°之间称为“西风带”），如何保障船舶安全穿越南大洋，顺利进入南极洲，成为航行安全亟须解决的问题。

2作业必要性

2.1西风带可供实测气象水文数据的陆地资源少，影响气象预报精度

除了麦夸里岛、赫德岛和凯尔盖朗岛等几个岛屿外，广阔的南大洋上没有其他适合建立气象台的陆地。陆基气象水文观测点仅能提供少量的实际观测数据，无法为气象预报提供大数据支持。到目前为止，西风带仍是世界上气象预报准确性较差的地区之一。

该区域气象预报精度缺少更多的手段对天气资料进行实时的观测和发布，所以布放浮标收集和发布实时天气数据对特定区域的预报资料进行补充、提升天气预报的正确性，以便更好地提高气象预报的准确性，更好地为来往科考船及邮轮提供航行安全保障。

2.2西风带气象预报精度影响船舶航行安全

西风带气旋的生成、发展以及消亡变化的速度很快，来得快、强度大、路径变化大，常年平均风力5—6级，海况4-6级为主（浪高5-6m），最大时可达20m以上的惊涛骇浪，被称为“咆哮西风带”;再者，该水域气象预报精度较差，对于穿越南大洋的船舶，如果选择穿越和作业的时间窗口有较大的偏差，将会面临较大的航行安全风险。

因此，布放气象浮标收集和发布实时天气数据对南大洋的预报资料进行补充、提升天气预报的正确性，以便更好地提高气象预报的准确性，更好地为穿越西风带或在西风带作业的船舶提供航行安全保障。

3作业难点

3.1作业窗口少，时间短

根据历年气象资料统计得知，西风带出现满足气象浮标布放条件的海况占比约为5%，作业窗口非常少。即使出现了窗口期，窗口时间也比较少。如何在这样的环境中找到适合作业的窗口（2-3级海况下方可进行浮标的布放），是完成本次作业的先决条件，也是南大洋进行浮标布放面临最大的困难。

3.2航次计划受气象条件约束大

气象浮标布放作业站位于53°S、176°E附近，新西兰基督城至该作业站约580n mile。航次计划需要充分考虑如何在前后两个气旋的影响下找到一条航线，快速进入西风带，按时抵达预定位置，为浮标布放和继续穿越西风带争取较长的窗口时间。

3.3

非专业船舶布放

“雪龙”号船不是浮标专用布放船，浮标布放专用设备较少，船员相关操作经验不足，也是本次作业的难点之一。

4作业窗口的选择与验证

4.1作业窗口选择

根据2018年12月30日的气压场实况分析图（见图1），本次从新西兰穿越西风带和布放浮标主要是受到1和2号气旋影响。1号气旋（中心强度974hPa）在新西兰南部海域自西东移，2号强气旋（中心强度965hPa），当前位于100°E左右，未来将快速东移。浮标作业站位（简称A点）天气和海浪预测表明，A点受到1号气旋的涌浪影响，之后涌浪减小，2号气旋影响之前，A点最好风浪环境为风力4-5级、波高2-2.5m，预计时间2019年1月1日15：00-19：00。第二个因素是“雪龙”号需在1日15：00前到达A，此时新西兰东南海域正受到1号气旋的影响，若想在浮标作业窗口前到达A作业站，“雪龙”号需要2018年12月30日起航沿1号低压后部的4m涌浪南下。根据以上分析，“雪龙”船出发时间由原定31日20：00离港提前到30日22：00，为后续穿越和布放浮标打下基础。

等值线波高、矢量分别代表风速（灰色）、涌向（红色），1号低压引起的涌浪减弱到2 m，2号低压（965hPa）最大涌浪6-8m位于50°S、70°E附近;红旗为“雪龙”号1日实际船位，蓝旗为“雪龙”号2日计划船位。

4.2作业窗口验证

根据西风带气象窗口，“雪龙”号于2018年12月30日22：00沿1号低压大涌浪后部南下，顺利在1月1日下午抵达浮标布放地点（海浪预报见图2），并成功进行了西风带海洋环境监测浮标的布放，实时海洋气象资料表明涌浪在2 m左右，为此次西风带穿越中最好海况。1月1日完成西风带浮标布放后，“雪龙”号陕速直接南下。受2号气旋锋面的影响，1日夜间，航路风力增大到7级，涌浪波高增大到3m，并持续1天时间。1月2日晚，“雪龙”号到达60°S，成功完成西风带穿越。1月3日，在2号气旋影响下，浮标作业点的有效波高最大为10m，见图3。

5作业中船舶操纵技术

5.1浮标结构及特点

浮标由浮标体、监测与数据采集系统、数据传输系统、供电系统、安全防护系统和锚泊系统等组成，实现数据的自动采集、存储、传输等功能，见图4。根据预定站位4000-4500m水深情况，锚泊系统选用适用于水深3000-5000m的锚系结构，配置尼龙绳1500m l段，1000m 4段，500m 1段，70m锚链和1.5t抓力锚，以满足倒S型锚系形式的需求。

5.2布放方案

5.2.1布放原则

本次浮标作业中，根据浮标特点和海区水深情况，采取“先标后锚”方法，即先将浮标体吊放到水中，浮标体随风、水流或操作母船远离作业船，再布放锚泊系统6000m缆绳，最后布放沉底锚链和抓力锚。浮标体和缆绳从中甲板下水，锚泊用的锚链和抓力锚从船艉入水。

5.2.2布放程序

准备工作完成后，气象浮标布放程序主要分为4个阶段，分别为：

程序1：船舶稳住后，吊起浮标，通过止荡绳防止浮标摆动，待浮标接近水面后，释放脱钩器，浮标脱钩入水，回收止荡回头绳，浮标远离至船艉，如图5所示。

程序2：缆绳通过艉部A架入水，根据船速调节牵引缆绳的速度，避免缆绳打结或张力过大。释放缆绳过程中，利用绕羊角方式暂停缆绳下放，保证缆绳连接所需的时间，如图6所示。

程序3：待剩下约200m缆绳时，暂停施放缆绳，缆绳末端接头与锚链连接。完成后，继续下放缆绳。完成全部缆绳下放后，尾甲板人员将50m锚链和锚通过A架和绞车将锚链全部下放入水。锚链入水后，锚链脱钩，完成锚系入水，如图7所示。

6结论与展望

通过本次作业，作者认为西风带作业应该关注以下几点：

（1）作業窗口的合理选择是关键。西风带适合作业的天气概率只有5%，如何做好航次计划，顺利到达指定位置是关键。

（2）作业期间控制艏向和速度是基础。2 m的海浪已经是非常好的天气海况，但涌浪较长，如何稳住船艏并控制好船速，是气象浮标布放作业的核心。