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1、分 类 号 密 级 U D C 单位代码 10151 大 连 海 事 大 学硕士学位论文船舶绕避热带气旋风场快速确定方法研究Research on Method of Rapid Determination of Typhoon Wind Field for Typhoon AvoidanceA thesis Submitted toDalian Maritime UniversityIn partial fulfillment of the requirements for the degree ofMaster of EngineeringBy中 文 摘 要摘 要热带气旋是一种强烈的天气系
2、统，伴随其的狂风巨浪严重的影响船舶航行安全。当驾驶人员预知到未来航区会受到台风的影响，即会对台风周围危险区域做出分析，原航线做出调整，进行合理绕避。所以，在制定避台方案时，有一份精确、详实的台风风场资料作参考，更有利于船舶驾驶员及其相关人员设计出安全经济的避台航线。本文根据对目前常用的台风风场资料来源的分析，指出了目前常用台风风场资料存在着精细化程度不够，不能满足合理有效地绕避台风和处理突发情况等问题。然后，对美国国家海洋大气管理局（NOAA）网站提供MTCSWA风场产品的种类、来源及其应用等进行了详细的分析介绍的基础上，以台风“黄蜂”为例对不同来源的台风风场信息进行了实例应用对比分析，结果表
3、明，MTCSWA风场产品可更为直观、有效地给出台风实时风场资料，可更为行之有效地供航运安全管理部门避台决策使用。在此研究基础之上，然后根据风险分析理论，确定航线风险度等级，选取船舶在大风条件下安全性评价模型，利用逆向工程思维，基于分形理论，综合应用DP算法进行插值，最后用VC+语言实现船舶台风风场标绘程序。实例仿真分析表明，本系统可以快捷地将MTCSWA风场数据反映到电子海图上，详实、直观地显示出台风周围危险区域分布，对于航运企业安全管理人员和船长们来说，能够更好地应用气象部门利用现代科技手段获取的更为详实的台风实时风场资料，对合理有效地确定船舶避台方案、提高处理避台航行时突发情况的能力、进而
4、确保航运企业经济效益都具有重要的理论意义和实际应用价值。关键词：热带气旋；风场资料；台风标绘；安全保障英 文 摘 要ABSTRACTThe Tropical cyclone is a severe weather system, when it comes, the stormy weather, bring serious threat to the safety of vessels on sea. When the crews realized the route in the future may be affected by the typhoon, They would make
5、the analysis of typhoon danger zone around the original route to make adjustments for reasonable Avoidance. Therefore, when developing a plan to avoid the typhoon, there is a precise, detailed typhoon wind field data for reference, is more conducive to crew members and associated personnel to design
6、 a safe and economic route.Based on the analysis of typhoon wind field data sources, this paper points out that the fine degree of typhoon wind field data is not enough, typhoon avoidance route and handling unexpected situations are not reasonable. Then, the type, source and application of MTCSWA wi
7、nd product provided by American NOAA website is detailed introduced. Wind field information of typhoon VONGFONG is analyzed, the results show that MTCSWA wind products can provide the simple, intuitive and effective typhoon real-time wind field data, it can be used as an effective decision-making me
8、teorological products for shipping security managers.On the basis of above conclusions, according to the theory and technique of risk analysis, the route risk degree can be confirmed, and the dynamic safety evaluation model of ships in heavy sea. Using reverse engineering thinking, interpolating fra
9、ctal theory, integrated application D-P algorithm, Finally, using VC+ to compile the Program of ship-Typhoon wind field Plotting System.The simulation result shows that the system can reflect the MTCSWA wind field on the electronic chart data quickly, For shipping security managers and captains, it
10、has important theoretical and practical value to reasonably effectively determine ships typhoon avoidance route, to improve the ability to handle unexpected situations while avoiding typhoon and to improve the economics of shipping companies.Key Words：Tropical cyclone；Wind field；Typhoon plotting; Me
11、teorological safety Guarantee目 录目 录第1章 绪 论11.1 研究意义11.2 国内外研究现状31.2.1 基于常规观测资料的研究31.2.2 基于气象卫星资料的研究41.3 本文主要工作5第2章 船舶避台方案制定过程分析72.1 目标圆方法设计避台航线72.1.1 目标圆避台方法技术原理82.1.2 目标圆法避台过程分析102.2 真运动作图法设计避台航线122.2.1 真运动避台方法技术原理122.2.2 真运动避台过程分析13第3章 现在可用台风风场资料来源分析173.1 中国实时风场资料来源分析173.2 日本实时风场资料来源分析193.3 美国实时风场
12、资料来源分析233.4 当前可用风场资料的不足25第4章 快速确定台风风场研究264.1 基于多源信息的近地表卫星风场资料产品介绍264.1.1 基于多源信息的近地表卫星风场资料产品简介264.1.2 MTCSWA风场资料来源284.1.3 MTCSWA产品与现常用资料对比分析294.2 台风风场标绘系统344.2.1 台风风场标绘功能实现344.2.2 风场标绘过程分析35第5章 实例仿真结果395.1 船舶基本情况及天气条件395.2 仿真避台结果对比40第6章 结论与展望48目 录参考文献49致 谢52船舶绕避热带气旋风场快速确定方法研究第1章 绪 论1.1 研究意义热带气旋是发生在热带
13、洋面上的一种发展强烈的暖性气旋性祸旋，迄今为止，是地球上最强大的风暴,有 “风暴之王”之称。它带来的天气和海况特点是狂风、暴雨、巨浪、暴潮，严重的威胁着海上船舶的航行安全1。根据世界气象组织的分级标准，当其中心风力大于等于12级在西北太平洋称为台风，在北太平洋、北大西洋称为飓风，但是，按照中国国家气象局最新标准，在西北太平洋上风力达到8级以上的热带气旋都称为台风，但将台风又按原世界气象组织的分级标准分为热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风等。本文为方便起见，在本文中将所有的热带气旋都称为台风2。鉴于台风所带来的狂风恶浪对船舶可能构成的严重威胁，航运企业在其所属的船舶受到台风影响或可能受
14、到热带气旋影响时，一般都会采用海上机动绕避的方法，尽量减少因台风影响而带来的损失。当预知到未来航区会有台风过境时，船上驾驶人员一般都会对原航线进行调整，对台风造成的危险区域进行绕避，以保障船舶和人员的安全。因此，如何确定台风周围的危险区域成为指导避台的关键3。若与台风中心距离不够远，可能会因为受到台风中心附近狂风恶浪的影响，发生货损或船舶本身的损坏，造成风浪损失事故；若与台风中心距离太远，则会因绕航距离过大而产生过多的船期损失和燃油损失等非事故性损失，降低航运企业的经济效益4。所以，在制定避台方案时，有一份精确、详实的台风风场资料作参考，更有利于船舶驾驶员及其相关人员设计出既安全又经济的避台航
15、线5。对于海上气象资料，传统的测量方式如台站、浮标、船只、飞机等是常规资料的主要来源，但由于经费的缺乏，海上环境的恶劣、人为因素等，尤其是以传统测量方式进行海上测量的站台数量数量与广裹无际的海洋相比，极其稀少，且设站较稀，布点不均，所获得的资料无论从数量上还是从系统性上讲都少的可怜，无法实现大面积同步、长时间序列的观测，故无法提供精确的台风风场6。随着现代气象科学的发展，使陆地台站可以通过更多地手段和渠道获得有关台风的资料信息。尤其是现在空间遥感技术发展，其覆盖范围大、时空分辨率高、可连续观测等优点，在观测和研究中起着重要作用。7而卫星微波散射计可以穿透云层，全天候测量距海平面10m高度的洋面风场，具有更广阔的监测和应用前景。再加上新型观测仪器(如QUICKSCAT、TRMM、MSU、SSMI)不断研制成功和投入使用，使为海上航行船舶提供精确风场成为可能8。目前，通过对各大航运企业的走访和调研发现，就航行在海上的船舶而言，主要还是通过接收气象传真图，获得有关台风的资料信息。另外还可通过接收航行警告等文字信息进行补充，必要时还可寻求岸基支持。从中国远洋运输集团近几年的台风
