海洋環(huán)境數(shù)據(jù)在船舶及海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用

CCS海工業(yè)務(wù)處 李 萍

《中國及東南亞海域歷史海洋環(huán)境數(shù)據(jù)分析查詢平臺》是中國船級社自主研發(fā)的用于中國及東南亞海域的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)查詢、顯示及分析計(jì)算平臺，該平臺可為各類海洋工程裝備、國內(nèi)航行船舶、新型海洋經(jīng)濟(jì)類海工裝置/設(shè)施（如：海上風(fēng)電場設(shè)施、海洋牧場、海上旅游觀光平臺/設(shè)施）等提供全生命周期的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)。

考慮到海洋環(huán)境是直接關(guān)系到海洋工程裝備生命安全的核心要素，中國船級社于2011年著手對中國海域海洋環(huán)境條件進(jìn)行研究和分析。經(jīng)過近8年的研究，已建立完善的渤海、黃海、東海、南海及東南亞海域范圍內(nèi)包括風(fēng)、浪、流在內(nèi)的長時間序列海況數(shù)據(jù)庫；該數(shù)據(jù)庫基于數(shù)值后報(bào)方法建立，經(jīng)過了傳感器、浮標(biāo)、衛(wèi)星實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，具有精確度高、時間跨度長、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，為海洋工程裝備、海洋經(jīng)濟(jì)類海工裝置及國內(nèi)船舶全生命周期的海洋環(huán)境參數(shù)需求提供了完備的數(shù)據(jù)保障。此外，中國船級社根據(jù)《Petroleum and natural gas industries-Specific requirements for offshore structures-Part 1：Metocean design and operating considerations》ISO19901-1、《Derivation of Metocean Design And Operating Conditions》API RP 2MET的最新版規(guī)范，研發(fā)出一套適用于中國海域的風(fēng)、浪、流極值計(jì)算方法。目前，中國船級社自主研發(fā)的《中國及東南亞海域歷史海洋環(huán)境數(shù)據(jù)分析查詢平臺》已獲得國家版權(quán)局頒發(fā)的軟件著作權(quán)登記證書。

目前，中國船級社已建立了渤海、黃海、東海、南海及東南亞海域長期風(fēng)、浪、流海況數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包括五部分。具體信息如下：

1、渤海、黃海、東海細(xì)網(wǎng)格區(qū)域風(fēng)、浪、流數(shù)據(jù)庫：該部分?jǐn)?shù)據(jù)庫范圍包括45年內(nèi)以1小時為間隔的風(fēng)、浪、流數(shù)據(jù)，網(wǎng)格大小5.5Km×5.5Km（1/20°）。具體參數(shù)有：

● 水位：天文潮、風(fēng)暴增水；

● 風(fēng)：1小時平均風(fēng)速及風(fēng)向；

● 浪：有效波高、平均周期、跨零周期、譜峰周期、波向、波陡、波浪譜；

● 流：平均流速及流向（從海面至海底等分10層）。

● 風(fēng)：1小時平均風(fēng)速及風(fēng)向；

● 浪：有效波高、平均周期、跨零周期、譜峰周期、波向、波陡、波浪譜；

● 流：平均流速及流向（從海面至海底等分10層）。

2、渤海、黃海、東海粗網(wǎng)格區(qū)域風(fēng)、浪、流數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫范圍包括45年內(nèi)以1小時為間隔的風(fēng)、浪、流數(shù)據(jù)，網(wǎng)格大小13.5Km×13.5Km。具體參數(shù)有：

● 水位：天文潮、風(fēng)暴增水；

3、南海北部及北部灣第一套數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫范圍包括45年內(nèi)以1小時為間隔的風(fēng)、浪、流數(shù)據(jù)，網(wǎng)格大小27.5Km×27.5Km。具體參數(shù)有：

● 水位：天文潮、風(fēng)暴增水；

● 風(fēng)：1小時平均風(fēng)速及風(fēng)向；

● 浪：有效波高、平均周期、跨零周期、譜峰周期、波向、波陡、波浪譜；

● 流：平均流速及流向（從海面至海底等分10層）。

4、南海北部及北部灣第二套數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫范圍包括59年內(nèi)以1小時為間隔的風(fēng)、浪數(shù)據(jù)，采用嵌套式網(wǎng)格：5.5km & 27.5km。具體參數(shù)有：

● 風(fēng)：1小時平均風(fēng)速及風(fēng)向；

● 浪：有效波高、譜峰周期、平均波向、波浪方向分布系數(shù)、波浪譜。

5、南海南部及東南亞海域數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫范圍包括59年內(nèi)以1小時為間隔的風(fēng)、浪數(shù)據(jù)和20年期間的流數(shù)據(jù)，采用嵌套式網(wǎng)格：5.5km& 27.5km。具體參數(shù)有：

● 水位：天文潮、風(fēng)暴增水；

● 風(fēng)：1小時平均風(fēng)速及風(fēng)向；

● 浪：有效波高、譜峰周期、平均波向、波浪方向分布系數(shù)、波浪譜；

● 流：流速及流向（沿深度等分30層，及各指定水深處）；

● 其他：溫度及鹽度（沿深度分30層）。

通過中國船級社自主研發(fā)的“中國及東南亞海域歷史海洋環(huán)境數(shù)據(jù)分析查詢平臺”，可提供：

● 各選定位置網(wǎng)格單元的海況數(shù)據(jù)查詢；

● PoT海況參數(shù)樣本提取、年（月、季度）極值樣本提取功能；

● 重現(xiàn)期極值計(jì)算，各重現(xiàn)期風(fēng)速、有效波高、流速計(jì)算；

● 波浪散布圖、風(fēng)速風(fēng)向分布等二維統(tǒng)計(jì)，包括：HS-TP/Tz， HS-方 向，風(fēng) 速-風(fēng) 向， 流速-流向等統(tǒng)計(jì)；

● 區(qū)域散布圖、航道散布圖統(tǒng)計(jì)；

● 臺風(fēng)路徑及參數(shù)的查詢及臺風(fēng)動態(tài)演示；

● 水深查詢；

● 波高等高線查詢；

● 波浪譜查詢。

該查詢平臺作為海況數(shù)據(jù)圖形顯示及計(jì)算分析的大型專業(yè)軟件，可以連接CCS建立的各個海域的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)。其臺風(fēng)動態(tài)顯示、單點(diǎn)（航線、區(qū)域）散布圖統(tǒng)計(jì)、波浪譜以及極值分析是海上設(shè)施和船舶設(shè)計(jì)評估的基礎(chǔ)。該軟件彌補(bǔ)了該領(lǐng)域的國內(nèi)空白，其集成的數(shù)據(jù)分析計(jì)算功能可對海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行快捷高效的計(jì)算，只需簡單操作便可得到目的參數(shù)，減少了人為操作產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)。

隨著新型海洋經(jīng)濟(jì)的帶動和產(chǎn)業(yè)多樣化發(fā)展，除了傳統(tǒng)的海洋油氣和船舶工業(yè)外，新型海洋經(jīng)濟(jì)類海工裝置/設(shè)施，如：海上風(fēng)電場設(shè)施、海洋牧場、電力業(yè)、海上旅游觀平臺發(fā)展勢頭迅猛。這些裝備布設(shè)在我國沿海的各個海域，經(jīng)受著海洋中風(fēng)、浪、流的長期作用，海洋環(huán)境條件對其安全性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。CCS建立的中國及東南亞海域歷史海洋環(huán)境數(shù)據(jù)分析查詢平臺，可為這些海洋裝備提供全生命周期，包括：設(shè)計(jì)、安裝、拖航、運(yùn)營各階段，全面周到的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)，為傳統(tǒng)船舶、油氣設(shè)施，以及各種新型裝備保駕護(hù)航。