西南太平洋天氣特征與航天測量船應急機動策略

趙學洋，周云山，王金林，儲凌劍

(中國衛星海上測控部,江蘇江陰214431)

1 引言

西南太平洋海域氣象條件復雜多變，天氣系統演變較快，海況較為惡劣。航天測量船需經常在此執行測量任務，眾多測控設備集中在空間有限、動態不定的船上，要使各設備構成一個整體滿足測量工況要求，一定范圍內對船舶航向、航速、橫搖等都作了限制。而該海區幾乎沒有常規的氣象觀測站[1]，氣象資料稀缺，國內氣象機構又極少關注，航天測量船不可避免的會受到天氣系統及其產生的惡劣海況的影響，在此海況下如何在保證船舶安全的前提下盡可能地提供測控支持成為亟待解決的新課題。

2 南太平洋海域主要天氣系統

影響西南太平洋海域的天氣系統主要有以下三個：南太平洋熱帶氣旋、源于澳洲大陸東部的溫帶氣旋和高緯冷空氣，有明顯的季節變化，但季節變化不如北太平洋顯著[2-4]。本文分12—3月為夏季，4—5月為秋季，6—9月為冬季，10—1月為春季來分析各天氣系統。全年風浪的概況是冬季最強，夏季最弱，風浪周期在夏季最短，冬季最長，長周期主要發生在西風帶中。大浪頻率高緯大于低緯，在赤道附近大浪頻率幾乎為零。浪向基本是以33°S，90°W 為中心逆時針方向旋轉，盛行風浪的傳播方向與盛行風的方向基本一致。

2.1 熱帶氣旋

南太平洋上熱帶氣旋的年平均發生數為8.8個，占全球臺風總數的11%。熱帶氣旋活動主要出現在12—4月，并且主要集中在15°—25°S、110°E—170°W 的洋面上。熱帶氣旋的生命史較西北太平洋上的相對短一些，一般為2—5 天，最長的也僅9 天，各月的分布峰值主要出現在1—3月，次峰值出現在4月。它們的強度也較西北太平洋上的熱帶氣旋弱一些，中心最大風速一般為20—30 m/s，極少數達到12級；中心最低氣壓一般為1000—980 hPa，極少數小于980 hPa[5]。

根據中國衛星海上測控部所發行的內部統計資料，熱帶氣旋的移動路徑在生成初期為偏西和西南方向，在移動發展過程中會轉向南和南偏東（見圖1）。其移速，偏西移時為6—8節，向西南方向轉向時一般為5—7節[6]。

2.2 溫帶氣旋

圖1 2000—2005年南太平洋熱帶氣旋統計

西南太平洋上溫帶氣旋活動較為頻繁，年平均數為15個，時段主要在5—9月，集中在30°S附近及其以南洋面，楊祖芳等[7]的研究也表明，澳大利亞東部是溫帶氣旋的主要源地，塔斯曼海是溫帶氣旋的主要形成海域[8]。溫帶氣旋常伴有一至兩條強冷鋒面，鋒面云系寬廣，影響范圍廣大，影響周期為4—5天。

氣旋的移動受南太平洋冷高壓和新西蘭島地形影響顯著，根據中國衛星海上測控部所發行的內部統計資料，其移動路徑基本上自西向東移動，并且大多數為向北凸起的弧形路徑。受冷高壓和新西蘭島地形影響,在新西蘭島以西洋面移到50°S以南，當溫帶氣旋跨過新西蘭島以后，迅速發展并東移（見圖2，圖中圈內數字為溫帶氣旋序號）[9]。

圖2 2000—2005年各年9月南太平洋溫帶氣旋路徑綜合圖

移動方向大多為東偏南，強度與黃海氣旋相當。他們伴隨著大風、強降水及低能見度等惡劣天氣，對艦船航行造成較為嚴重的威脅。

船舶在距溫帶氣旋中心12 個經緯距以外的海域航行時一般所受的影響不大，但如果附近海域還有鋒等相關天氣系統配合時，則影響范圍要大得多；另一方面，溫帶氣旋形成的時間短，引起海況變化十分突然，因此船舶航行時要提高警惕[10]，不能因為附近的氣旋或低氣壓系統強度不大，船舶實測海況良好，就認為對船舶影響不大[11]。

2.3 南極冷空氣

南半球的大范圍的冷空氣源地主要是靠近南極大陸的冰洋面，活動的平均周期是5—7 天左右。夏季頻率小，大約一個月有4—5 次冷空氣過程，而且冷空氣位置偏南。冬季冷空氣活動最頻繁，一個月大約有6—8 次冷空氣活動過程，而且強度強，位置偏北，春秋季冷空氣活動介于冬夏季之間[12]。

冷空氣在剛生成后的發展加強階段向東北方向移動，在消亡階段，當冷空氣移到30°—40°S 以后，基本沿緯圈向東移動。根據中國衛星海上測控部所發行的內部統計資料，從全年平均來看，在東移的過程中有80%的冷中心都是沿45°—55°S這個緯度圈移動。在新西蘭東部的太平洋海域是冷空氣的一個減弱消失區，大部分的冷氣團移到此處后都開始變性消失。如圖3 所示，圖中燕尾箭頭表示冷空氣的移動路徑禿尾箭頭表示冷空氣從原地生成移出的路徑，細箭頭表示北移的冷空氣路徑，陰影部分為強消散區。

3 航天測量船航次天氣情況統計

從1999—2008年，某航天測量船在西南太平洋執行了多次任務，對歷次任務所遭遇的天氣系統及采取的規避措施進行統計發現：每航次在該海域必然會遭遇1—3次天氣系統的影響，在受天氣系統影響時，都未能按計劃進入測量海域，需要調整航線機動（見表1）。

圖3 西南太平洋冷空氣活動示意圖

（1）冬春季影響該海域的天氣系統主要是冷空氣和溫帶氣旋，兩者都會對船舶安全及測控要求產生很大影響，都是影響航天測量船的主要災害性天氣系統。其中冷空氣的影響在時間上和空間上較溫帶氣旋更廣，而溫帶氣旋的災害性更大。奧克蘭以東海域一般會受溫帶氣旋的影響，同時會受冷空氣影響[13]；

（2）冷空氣在發展時一般向東北移動，而在任務海域附近一般會沿緯圈向東移動，強度也會逐漸減弱。但在冷空氣向北擴散中也會隨著長短波槽侵入到30°S附近，其形成的冷平流對任務海域造成較大影響，而由梯度力和地面系統的沖擊所造成的大風大浪影響的范圍較大，時間較長，對執行任務和船舶安全的影響不容忽視；

（3）溫帶氣旋在30°S附近的移向一般為東南，和冷空氣相比其影響范圍較小，但它形成時間短，引起得海況變化十分突然，因此船舶航行時要提高警惕，不能因為附近的氣旋或低氣壓系統強度不大，船舶實測海況良好，就認為對船舶影響不大，尤其當溫帶氣旋中心離船舶較近時，其形成的大風大浪對船舶安全有很大影響。

表1 航天測量船歷次任務海區情況統計表

4 應急機動策略

影響海域的天氣系統,無論熱帶氣旋、溫帶氣旋還是冷空氣，對船舶安全和測量任務的影響都可能是災難性的，航海人員應盡可能多地收集到各種氣象資料，綜合利用各種氣象資源，準確分析每一份氣象信息，總結7次任務航海氣象保障的成功案例，探討各種天氣系統時的船舶機動方案。

4.1 船舶機動原則

不論熱帶氣旋還是溫帶氣旋，在移動到測量海域附近時都是由西北向東南或偏東方向移動，而大風區位于其移動方向的左側。此時要針對航天測量船相對于氣旋的位置采取不同的方案，機動時一般堅持三項原則，一是目標海域相對遠離氣旋大風浪區；二是船舶機動不穿越氣旋移動路徑[14]，三是最大可能保證測量任務。

4.2 機動方案

4.2.1 單氣旋作用

當測量海區位于氣旋移動路徑的左側時。根據船舶機動三原則，由路徑1、3 組成的扇形區域為航天測量船機動區域，可在此扇形區域內選擇備用測量海區。路徑2 與氣旋的移動路徑垂直，可以使船舶在最短的時間內遠離氣旋，路徑1 離氣旋大風區較近，海況最差。以到達船舶機動的最優化（見圖4）。在執行航天測控任務3遭遇熱帶氣旋、執行航天測控任務5遭遇溫帶氣旋時即選擇路徑2成功進行了機動。

當測量海區位于氣旋移動路徑的右側時。同樣根據機動三原則，機動路徑在4、6 組成的扇形區域，路徑5由于與氣旋的移動路徑垂直，可以在最短的時間內遠離氣旋，路徑6與氣旋移動方向一致，惡劣海況持續時間最長，航天測量船要充分考慮到備用測量點及測量航向后才能確定最佳機動方案[15]。

圖4 單氣旋作用下的船舶機動方案

圖5 冷空氣作用下的船舶機動方案

圖6 冷空氣與氣旋共同作用下的船舶機動方案

4.2.2 冷空氣作用

當單一冷空氣在測量點南部由西向東移動時，與冷空氣移動路徑垂直的機動路徑2由于能最快遠離其影響范圍，是為最優選擇，而路徑1和路徑3由于仍與冷空氣距離較近，是為次要選擇（見圖5）。

4.2.3 冷空氣與氣旋共同作用

當測量海區遭受氣旋和冷空氣上下夾擊時，機動余地非常小，所以應優先考慮船舶安全，再考慮測量支持，及時果斷采取措施，使船舶盡快駛離危險海域。當然，如遇氣旋和冷空氣的勢力并不強時，也可兼顧測量任務，此時的最優機動路徑為正西方向。在執行航天任務7 時航天測量船即遭遇到溫帶氣旋和冷空氣的共同作用，航天測量船選擇路徑4實施機動[16]（見圖6）。

當測量海區位于氣旋和冷空氣的北側時。此時的機動余地比前者大，可以選擇正北，東北和偏東等方向機動。航天測控任務6遭遇溫帶氣旋和冷空氣的共同影響時即按照此方案實施機動。

4.3 最優策略選擇

（1）典型天氣系統的預報。發現海區產生系統時，除充分利用海區現有的數值預報產品并接受氣象報告外，還應密切注意現場氣象要素的變化，使航天測量船始終保持在安全距離。一般認為安全距離大于系統的平均直徑的一半，具體取值多少還應根據系統情況和船舶的性能而定；

（2）應急測量海區的選擇。在遵守船舶機動三原則時應急測量海區是為重要因素。在系統強度不大時，船舶機動應盡可能考慮到滿足測量任務的需要，由于測控航速、航向選擇有限性，因此在選擇機動方案時應早做準備，可將機動距離一并計入，采用邊規避天氣系統邊執行任務的模式；

（3）航天測量船最優機動方案。選定方案時要考慮到各系統的平均范圍、大風區分布、最外圍閉合等壓線的平均值等因素，不僅要考慮其離熱帶氣旋越遠越安全，且要考慮到海域及所應完成任務的實際情況,因此，最優方案往往不是測量圈次最多或規避系統最快。

5 結語

針對西南太平洋海域不同季節各系統的對海區的影響程度，航海人員應依托的各種氣象產品進行深入分析，掌握號幾種典型天氣系統的特征，機動時應充分考慮任務要求和船舶特點，利用任務間隙進行高低速結合的方式，同時也將執行任務所產生的航程航時納入到整個預案中，爭取到了更多的機動時間，使船舶盡可能地向應急測量海域機動。

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