范娟，王勝正，余敏，張永

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

海上運(yùn)輸占全球貿(mào)易運(yùn)輸?shù)?0%以上，聯(lián)合國貿(mào)易與發(fā)展會議發(fā)布的《2022 海運(yùn)市場報(bào)告》中提到：預(yù)計(jì)2023 年至2027 年期間，海上貿(mào)易將以年均2.1%的速度增長[1]。海洋氣象導(dǎo)航對海上運(yùn)輸?shù)闹匾圆谎远鳌?/p>

Zis 等[2]通過調(diào)查分析提出，近年來，有關(guān)船舶氣象導(dǎo)航和航路優(yōu)化方面的學(xué)術(shù)研究越來越多，強(qiáng)調(diào)了準(zhǔn)確及時(shí)的氣象信息對船舶經(jīng)濟(jì)安全航行的重要性。李志華等[3]對氣象導(dǎo)航的發(fā)展史、安全性與經(jīng)濟(jì)效益、原理和方法等作了詳細(xì)的分析介紹；李超[4]對氣象導(dǎo)航的基本原理和重要性進(jìn)行了分析。馬全黨[5]對氣象導(dǎo)航在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸中的運(yùn)用作了概述。喬前防[6]對船舶自行氣象導(dǎo)航、岸上氣象導(dǎo)航和船岸結(jié)合導(dǎo)航三種導(dǎo)航方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比分析，他提出船岸結(jié)合的導(dǎo)航方式是未來發(fā)展的必然趨勢。

我國海洋氣象導(dǎo)航始創(chuàng)于20 世紀(jì)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(dǎo)航業(yè)務(wù)，21 世紀(jì)以后，因?yàn)轶w制改革等原因，導(dǎo)航業(yè)務(wù)未有進(jìn)一步發(fā)展。2017 年，中央氣象臺從國家安全角度出發(fā)，重新開展氣象導(dǎo)航業(yè)務(wù)[7]。張?jiān)龊５萚7]對全球多家船舶海洋氣象導(dǎo)航公司進(jìn)行了介紹，并提出國外導(dǎo)航機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)量在全球船舶氣象導(dǎo)航總量中占據(jù)較大份額。目前，國內(nèi)的上海海陽氣象導(dǎo)航技術(shù)有限公司擁有自主研發(fā)的岸基船隊(duì)監(jiān)控云平臺（e-Fleet）、通過中國船級社型式認(rèn)可的船端智能航行輔助決策系統(tǒng)（e-Voyage）和電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS），采用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）精準(zhǔn)的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，為中遠(yuǎn)海運(yùn)集裝箱運(yùn)輸有限公司等國內(nèi)各大航運(yùn)企業(yè)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(xì)化氣象導(dǎo)航服務(wù)，氣象導(dǎo)航業(yè)務(wù)穩(wěn)步發(fā)展。

作為世界大國，建設(shè)專業(yè)化的遠(yuǎn)洋氣象導(dǎo)航服務(wù)體系和隊(duì)伍、研發(fā)獨(dú)立自主的智能氣象導(dǎo)航系統(tǒng)、全面提高我國遠(yuǎn)洋氣象導(dǎo)航技術(shù)與服務(wù)自主能力，這對于徹底打破國外氣導(dǎo)公司在氣象導(dǎo)航領(lǐng)域的壟斷局面、維護(hù)國家商業(yè)貿(mào)易安全、服務(wù)國家海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略具有重要意義。

1 常規(guī)天氣預(yù)報(bào)服務(wù)與遠(yuǎn)洋氣象導(dǎo)航服務(wù)的差異

常規(guī)天氣預(yù)報(bào)服務(wù)主要是指中央和各地方氣象臺為公眾無償提供的天氣預(yù)報(bào)服務(wù)。各地方氣象臺是基于數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)拼圖等資料和本地天氣實(shí)況，分析本地及周邊地區(qū)的天氣形勢演變，包括未來冷、暖氣團(tuán)活動和高、低壓系統(tǒng)的分布、發(fā)展及移動情況，制作常規(guī)的天氣預(yù)報(bào)預(yù)警信息，主要包括逐3 小時(shí)臨近預(yù)報(bào)、未來2-3 天短期預(yù)報(bào)、未來一周天氣趨勢預(yù)報(bào)、每月氣候預(yù)測和各類災(zāi)害性天氣預(yù)警信息。常規(guī)天氣預(yù)報(bào)主要考慮氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)、云量、降水量和能見度等氣象要素，重點(diǎn)關(guān)注高溫、暴雨、暴雪、強(qiáng)對流、大風(fēng)、大霧、沙塵暴、干旱和臺風(fēng)等天氣。

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

2 數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式簡介

數(shù)值預(yù)報(bào)模式可分為全球模式和區(qū)域模式，全球模式可覆蓋全球所有區(qū)域，預(yù)報(bào)時(shí)效長達(dá)約1-2 周，區(qū)域模式只覆蓋部分區(qū)域，且預(yù)報(bào)時(shí)效只有幾天，但區(qū)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(qiáng)對流天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)。現(xiàn)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(nèi)產(chǎn)生的誤差都會隨時(shí)間呈指數(shù)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(wǎng)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)圖可知：2021 年ECMWF 高分辨率預(yù)報(bào)產(chǎn)品在1-5 天內(nèi)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率依舊保持領(lǐng)先水平（見圖1）。

圖1 ECMWF 高分辨率預(yù)報(bào)產(chǎn)品(HRES)和其他預(yù)報(bào)產(chǎn)品對比

3 氣象導(dǎo)航典型案例

3.1 惡劣天氣規(guī)避案例

船舶海上航行時(shí)，經(jīng)常會遭遇大風(fēng)浪或者惡劣大風(fēng)浪，有時(shí)候甚至是臺風(fēng)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(guī)避；班期富裕的情況下，相較繞航方案，漂航方案更節(jié)能。

3.1.1 高低速搭配規(guī)避惡劣風(fēng)浪案例

服務(wù)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(dāng)時(shí)處于季節(jié)性鯨魚保護(hù)區(qū)）及抵港前40 nm 有12kts 限速（見圖2），其他時(shí)段對應(yīng)準(zhǔn)班理論需速約為STW 17.82 kts，如果按此需速推演，基于當(dāng)時(shí)氣象更新，預(yù)計(jì)12 月1 日后期至2 日受美加交界附近海域強(qiáng)低壓南壓影響，會有5-6米惡劣風(fēng)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(fēng)浪后再提速趕班，優(yōu)化后影響風(fēng)浪控制在5 米以內(nèi)。雖然高低速搭配方案會推遲抵港時(shí)間近一天，但從安全角度考慮，且推遲時(shí)間在可接受范圍之內(nèi)，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(qū)域分布

圖3 按準(zhǔn)班需速（STW 17.82 kts）推演方案

3.1.2 臺風(fēng)特殊天氣規(guī)避案例

服務(wù)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(dāng)時(shí)氣象更新，預(yù)計(jì)正常航速航行可能會在日本海遭受2211 號臺風(fēng)“軒嵐諾”（HINNAMNOR）外圍環(huán)流影響，有短暫5～6 米浪高?？紤]到后續(xù)臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)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(fēng)后（見圖4）。但船方擔(dān)心后續(xù)大風(fēng)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(jīng)和船公司、船方等多方溝通，最終船方執(zhí)行推薦航線，安全抵港。

圖4 氣導(dǎo)推薦方案（津輕海峽外滯航避臺）

圖5 2211 號臺風(fēng)“軒嵐諾”（HINNAMNOR）路徑圖

圖6 船方意向方案（盡可能縮短ECA 內(nèi)航程）

3.2 特殊區(qū)域的航線規(guī)劃

3.2.1 ECA 區(qū)域的航線規(guī)劃

排放控制區(qū)（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(qū)設(shè)立排放控制區(qū)，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(qiáng)制規(guī)定。2018 年11 月30 日，我國交通運(yùn)輸部也發(fā)布了《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實(shí)施方案》，對我國沿?？刂茀^(qū)和內(nèi)河控制區(qū)進(jìn)行了規(guī)定。

對于涉及到ECA 特殊區(qū)域的，要充分考慮船載輕油量，同時(shí)也要考慮ECA 內(nèi)航段能耗對總能耗的影響。當(dāng)船載輕油不充足時(shí)，需盡可能縮短ECA 內(nèi)的航程；當(dāng)船載輕油充足時(shí)，應(yīng)綜合考慮ECA 內(nèi)外航程、ECA內(nèi)外對應(yīng)油耗、燃料油價(jià)差比，規(guī)劃最經(jīng)濟(jì)節(jié)能航線。

服務(wù)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(jié)合船方意向，推薦ECA 內(nèi)最短方案。

3.2.2 洋流影響區(qū)域的航線規(guī)劃

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

服務(wù)船舶從肯尼亞蒙巴薩航往斯里蘭卡科倫坡，當(dāng)時(shí)預(yù)報(bào)顯示整個(gè)航程天氣海況良好，但考慮到印度洋夏季風(fēng)洋流影響（見圖7），建議船方離港后適度北繞，優(yōu)化后的航線可以較好地利用北面順流效應(yīng)、規(guī)避常規(guī)航線上的逆流影響。兩個(gè)方案對比顯示：推薦北繞方案較常規(guī)最短RL 方案，總航程多出35 nm，風(fēng)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(yōu)化后的方案可節(jié)省油耗約 24 mt。船方最終采納了氣導(dǎo)建議，執(zhí)行推薦方案，安全經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)班抵港。

圖7 印度洋夏季風(fēng)洋流分布

4 小結(jié)

綜上所述，本文列舉了遠(yuǎn)洋船舶氣象導(dǎo)航的一些典型案例，主要得出以下結(jié)論：

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

（2）涉及到ECA 區(qū)域時(shí)，需要充分考慮船載輕油量，同時(shí)也要考慮ECA 內(nèi)航段能耗對總能耗的影響。當(dāng)船載輕油不充足時(shí)，需盡可能縮短ECA 內(nèi)的航程；當(dāng)船載輕油充足時(shí)，應(yīng)綜合考慮ECA 內(nèi)外航程和油耗、燃料油價(jià)差比，規(guī)劃最經(jīng)濟(jì)節(jié)能航線。

（3）對于受洋流影響的區(qū)域，可以結(jié)合不同時(shí)期的洋流分布及走向，通過適度繞航的方式利用順流節(jié)能或減弱逆流影響，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)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(fù)雜，可能會遭遇接連多個(gè)低壓系統(tǒng)影響，也可能會碰到軍演區(qū)域或者冰區(qū)需要規(guī)避，還有許多不可預(yù)知的情況。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確度會不斷提高，船舶智能監(jiān)控平臺和船舶智能導(dǎo)航設(shè)備功能也會越來越完善，氣象導(dǎo)航工作者只有不斷進(jìn)行工作總結(jié)、積累經(jīng)驗(yàn)，才能提高應(yīng)變和服務(wù)能力。