远洋船舶气象导航典型案例分析

范娟，王胜正，余敏，张永

（1.上海海阳气象导航技术有限公司，上海 201206；2.上海海事大学，上海 201306）

海上运输占全球贸易运输的80%以上，联合国贸易与发展会议发布的《2022 海运市场报告》中提到：预计2023 年至2027 年期间，海上贸易将以年均2.1%的速度增长[1]。海洋气象导航对海上运输的重要性不言而喻。

Zis 等[2]通过调查分析提出，近年来，有关船舶气象导航和航路优化方面的学术研究越来越多，强调了准确及时的气象信息对船舶经济安全航行的重要性。李志华等[3]对气象导航的发展史、安全性与经济效益、原理和方法等作了详细的分析介绍；李超[4]对气象导航的基本原理和重要性进行了分析。马全党[5]对气象导航在远洋运输中的运用作了概述。乔前防[6]对船舶自行气象导航、岸上气象导航和船岸结合导航三种导航方式的优缺点进行了对比分析，他提出船岸结合的导航方式是未来发展的必然趋势。

我国海洋气象导航始创于20 世纪80 年代初期，1985 年起中央气象台（中国气象局国家气象中心）开始开展海洋气象导航业务，21 世纪以后，因为体制改革等原因，导航业务未有进一步发展。2017 年，中央气象台从国家安全角度出发，重新开展气象导航业务[7]。张增海等[7]对全球多家船舶海洋气象导航公司进行了介绍，并提出国外导航机构的业务量在全球船舶气象导航总量中占据较大份额。目前，国内的上海海阳气象导航技术有限公司拥有自主研发的岸基船队监控云平台（e-Fleet）、通过中国船级社型式认可的船端智能航行辅助决策系统（e-Voyage）和电子海图显示与信息系统（ECDIS），采用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）精准的气象预报数据，为中远海运集装箱运输有限公司等国内各大航运企业和青岛韦立国际船舶管理有限公司等租船公司提供智能化、精细化气象导航服务，气象导航业务稳步发展。

作为世界大国，建设专业化的远洋气象导航服务体系和队伍、研发独立自主的智能气象导航系统、全面提高我国远洋气象导航技术与服务自主能力，这对于彻底打破国外气导公司在气象导航领域的垄断局面、维护国家商业贸易安全、服务国家海洋强国战略具有重要意义。

1 常规天气预报服务与远洋气象导航服务的差异

常规天气预报服务主要是指中央和各地方气象台为公众无偿提供的天气预报服务。各地方气象台是基于数值预报产品、卫星云图、雷达拼图等资料和本地天气实况，分析本地及周边地区的天气形势演变，包括未来冷、暖气团活动和高、低压系统的分布、发展及移动情况，制作常规的天气预报预警信息，主要包括逐3 小时临近预报、未来2-3 天短期预报、未来一周天气趋势预报、每月气候预测和各类灾害性天气预警信息。常规天气预报主要考虑气压、气温、湿度、风、云量、降水量和能见度等气象要素，重点关注高温、暴雨、暴雪、强对流、大风、大雾、沙尘暴、干旱和台风等天气。

远洋气象导航服务通常是指气象导航公司受航运公司或租船公司委托，为跨洋船舶提供的有偿服务。气象导航公司需综合考虑多变气象条件、特殊通航环境以及复杂船舶特性，利用准确有效的中长期气象预报数据，依托专门的岸端智能船队监控平台和智能气象导航系统，通过和船舶方、航运公司三方的信息互换，给船舶提供最优航线推荐，在保证航行安全的前提下，以优化运营过程来节省运营成本并提高燃油效率，航次完成后根据客户需求提供航次分析报告。船舶在海上航行，受海洋水文环境和大气气象环境共同影响，对船舶有直接影响的要素包括风、浪、流、雾、冰、潮等[7]。

2 数值天气预报模式简介

数值预报模式可分为全球模式和区域模式，全球模式可覆盖全球所有区域，预报时效长达约1-2 周，区域模式只覆盖部分区域，且预报时效只有几天，但区域模式的空间分辨率较全球模式高，尤其可用来对雷暴等强对流天气进行预报。现有的全球模式有ECMWF（欧洲中心）、GFS（美国）、ICON（德国）、GEM（加拿大）、GRAPES-GFS(中央台）等。

任何模式在短期内产生的误差都会随时间呈指数级增长，但研究表明，ECMWF 是目前性能最好的全球模式。由欧洲中心官网发布的统计图可知：2021 年ECMWF 高分辨率预报产品在1-5 天内的预报准确率依旧保持领先水平（见图1）。

图1 ECMWF 高分辨率预报产品(HRES)和其他预报产品对比

3 气象导航典型案例

3.1 恶劣天气规避案例

船舶海上航行时，经常会遭遇大风浪或者恶劣大风浪，有时候甚至是台风特殊天气，一般可以采取适度绕航或者高低速搭配的方式规避；班期富裕的情况下，相较绕航方案，漂航方案更节能。

3.1.1 高低速搭配规避恶劣风浪案例

服务船舶于2022 年11 月18 日从中国香港开往美国洛杉矶。11 月28 日，船舶已东行过日界线，航次剩余航程，考虑SBB 航道有10 kts 限速（当时处于季节性鲸鱼保护区）及抵港前40 nm 有12kts 限速（见图2），其他时段对应准班理论需速约为STW 17.82 kts，如果按此需速推演，基于当时气象更新，预计12 月1 日后期至2 日受美加交界附近海域强低压南压影响，会有5-6米恶劣风浪（见图3）。综合考虑船舶本身的特性及装载情况，建议先低速STW 11.0 kts 过恶劣大风浪后再提速赶班，优化后影响风浪控制在5 米以内。虽然高低速搭配方案会推迟抵港时间近一天，但从安全角度考虑，且推迟时间在可接受范围之内，最终船方采纳了推荐航线，安全抵港。

图2 2022 年美国长滩/洛杉矶港外限速区域分布

图3 按准班需速（STW 17.82 kts）推演方案

3.1.2 台风特殊天气规避案例

服务船舶从美国长滩开往中国连云港，班期航速约13.5 kts，船舶西行过日界线后，基于当时气象更新，预计正常航速航行可能会在日本海遭受2211 号台风“轩岚诺”（HINNAMNOR）外围环流影响，有短暂5～6 米浪高。考虑到后续台风路径预报趋向一致，且该轮班期富裕，建议船舶津轻海峡外滞航6～12 h，保持安全距离过台风后（见图4）。但船方担心后续大风浪影响，意向走大隅海峡回程。大隅海峡方案比推荐滞航方案绕航约130 nm，油耗多出近50 mt。综合考虑安全、班期、油耗，经和船公司、船方等多方沟通，最终船方执行推荐航线，安全抵港。

图4 气导推荐方案（津轻海峡外滞航避台）

图5 2211 号台风“轩岚诺”（HINNAMNOR）路径图

图6 船方意向方案（尽可能缩短ECA 内航程）

3.2 特殊区域的航线规划

3.2.1 ECA 区域的航线规划

排放控制区（Emission Control Area，简称ECA），在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区设立排放控制区，对过往船舶排放废气中的硫氧化物、氮氧化物排放含量作强制规定。2018 年11 月30 日，我国交通运输部也发布了《船舶大气污染物排放控制区实施方案》，对我国沿海控制区和内河控制区进行了规定。

对于涉及到ECA 特殊区域的，要充分考虑船载轻油量，同时也要考虑ECA 内航段能耗对总能耗的影响。当船载轻油不充足时，需尽可能缩短ECA 内的航程；当船载轻油充足时，应综合考虑ECA 内外航程、ECA内外对应油耗、燃料油价差比，规划最经济节能航线。

服务船舶从加拿大王子港南下去美国长滩，考虑到船载轻油不充足，最终结合船方意向，推荐ECA 内最短方案。

3.2.2 洋流影响区域的航线规划

众所周知，世界洋流存在着一定的分布规律，如北太平洋西部海域的黑潮、印度洋北部海域的季风洋流。航线规划时可以通过适度绕航的方式来合理地利用顺流节能或减弱逆流影响，从而实现节能减排。

服务船舶从肯尼亚蒙巴萨航往斯里兰卡科伦坡，当时预报显示整个航程天气海况良好，但考虑到印度洋夏季风洋流影响（见图7），建议船方离港后适度北绕，优化后的航线可以较好地利用北面顺流效应、规避常规航线上的逆流影响。两个方案对比显示：推荐北绕方案较常规最短RL 方案，总航程多出35 nm，风浪影响因子接近，但流影响因子相差很大（分别为0.2 kts、-0.4 kts），优化后的方案可节省油耗约 24 mt。船方最终采纳了气导建议，执行推荐方案，安全经济准班抵港。

图7 印度洋夏季风洋流分布

4 小结

综上所述，本文列举了远洋船舶气象导航的一些典型案例，主要得出以下结论：

（1）受恶劣天气影响时，一般可以采取适度绕航或者高低速搭配的方式规避；班期富裕的情况下，相较绕航方案，漂航方案更节能。

（2）涉及到ECA 区域时，需要充分考虑船载轻油量，同时也要考虑ECA 内航段能耗对总能耗的影响。当船载轻油不充足时，需尽可能缩短ECA 内的航程；当船载轻油充足时，应综合考虑ECA 内外航程和油耗、燃料油价差比，规划最经济节能航线。

（3）对于受洋流影响的区域，可以结合不同时期的洋流分布及走向，通过适度绕航的方式利用顺流节能或减弱逆流影响，从而实现节能减排。

船舶在瞬息万变的海上航行，遇到的情况往往比示例中更复杂，可能会遭遇接连多个低压系统影响，也可能会碰到军演区域或者冰区需要规避，还有许多不可预知的情况。随着现代科学技术的发展，气象预报数据的精度和准确度会不断提高，船舶智能监控平台和船舶智能导航设备功能也会越来越完善，气象导航工作者只有不断进行工作总结、积累经验，才能提高应变和服务能力。