气导电子讲稿18h.ppt

海洋船舶气象导航 （Weather Routing of Ships）,李志华 制作,大连海事大学航海学院,第一章 气象导航概述 第二章 气象导航原理和方法 第三章 气象导航服务程序 第四章 气象导航与海事纠纷处理,前 言,远洋船舶在横渡大洋航行时，总希望能选择出一条既安全又经济的最佳航线，以便获得较好的航行效果。但是，长期以来由于技术条件的限制，使得跨洋航行船舶的航线选择往往达不到令人满意的结果。因此，它始终困惑着跨洋航行的船长和船舶驾驶人员。 近些年来，随着现代科学技术的飞跃发展，一门新兴的现代化航海技术发展起来-海洋船舶气象导航（Weather Routing of Ships ）,又称船舶最佳天气定线（Optimum Ship Weather Routing)。它是将气象学、海洋学、造船学和计算机等技术与航海技术有机地结合起来，为横渡大洋的船舶提供最佳天气航线，从而使船舶达到最佳航行效果。 大量的实践证明，气象导航具有显著的安全性和明显的经济效益，目前，已被全球的海运界跨洋航行的船舶广泛采用。,第一章 气象导航概述,第一节 气象导航发展史 第二节 气候航线与气象航线 第三节 气象导航的安全性与经济效益,第一节 气象导航发展史,古代利用风和海流冒险航行,19世纪利用气候规律航行,20世纪发展为气象导航,船舶航行在海洋和大气之间的极端界面上，天气和海洋是海上工作人员唯一无法加以控制却具有决定意义的因素。海洋环境的好坏直接影响到船舶的航行安全。因此，历来的航海家们都非常重视海洋环境对船舶航行的影响。他们在漫长的航海生涯中不断地追求、探索、开拓和拼搏，用生命推动航海事业的不断向前发展。,我国是个海洋大国，拥有300万平方公里的海洋国土和1.8万多公里长的海岸线，大小岛屿6500多个。我国也是一个航海大国，我国的航海曾具有悠久的历史和辉煌的成就。早在上古我们的先人就知道建造木筏和独木舟进行海上漂航活动，中国航海事业的发展经历了几个不同的时期： 初创期：夏、商、周，木筏、木板、独木舟漂航。 发展期：秦朝统一全国以后 ，秦始皇曾多次巡海，并派徐福率3000男女各种百工和五谷东渡日本。西汉年间，汉武帝七次巡海，开辟南亚海上丝绸之路。 繁荣期：唐、宋两代，造船技术的发展，指南针在航海上的应用，促进航海事业的发展。唐朝，日本也曾多次派遣唐使和大批留学生到我国求学。我国曾多次派高僧东渡日本讲学。这期间，中、日之间的交往几乎全靠中国船维系着海上交通。,我国古代航海,鼎盛期：明朝永乐年间，（1405-1433年）伟大的航海家郑和率200多艘船，27000多人，七下西洋，遍访了亚非30多个国家，将中国古代航海业推向顶峰。如此辉煌的成就源于他们先进的航海技术和勇于探索的精神，成功地完成了人类航海史上这一伟大的壮举。中华民族的航海史曾引领和推动世界航海史的发展和进步。 2005年是郑和下西洋600周年。 停滞期：明末、清初，采取“禁海”，抑制航海事业的发展。鸦片战争后列强侵华对中国的航运事业造成了极大的破坏，中国的对外贸易运输几乎完全被外国商船所占据。中国的海运事业论入了衰退期，这一时期长达109年之久。,帆船时代,帆船时代，航海主要是凭经验和简单的自然规律冒险航行。 15世纪末16世纪初，欧洲涌现出一批航海家如恩里克（1443年）、迪亚思(1484年)、哥伦布(1492年)、达伽马(1498年)、麦哲伦(1519年)等，在他们探险航海的生涯中，发现了很多大自然的奥秘，也从中找出了许多有规律的自然现象，并在航海中加以应用，推动航海事业不断向前发展。 随着科学的发展以及人民对自然界认识的提高，大气环流理论的产生，科学地划分了全球气压带和风带的分布，同时根据大气环流的理论得出了大洋洋流的环流模式。19世纪天气图和无线电报问世，这些为海上船舶的安全航行提供了有力的保障。,三圈环流和行星风带,哈德莱环流,极地环流,费雷尔环流,世界风带,赤道无风（Doldrums）平均位于南北纬10范围内。 信风带（Trades Wind Zone）平均位置在南北纬10-28附近。 副热带无风带（Horse Latitudes）平均位于南北纬30附近。 盛行西风带（Westerlies）位于副热带高压带与副极地低压带之间，在南北纬30-60之间。 极地东风带（Polar Easterlies）位于南北纬60-90之间。,世界大洋表层海流模式,Distribution of Current in the world Ocean,第二节 气候航线和气象航线,以气候资料为基础而制定的航线，称为气候航线。 19世纪初（1806年），法国人罗姆出版了“地球的风、海潮和海流图”，他在书中写道：“如果有一天大气和海洋运动的历史和理论能达到臻于完美的程度，它将成为航海家们制定航线，并宣告在更安全的条件下环游世界各国的时代到来”。 19世纪中叶，美国海军军官、著名的气象航海学家马修方丹莫里，他利用毕生的心血研究收集了大量的气象和海洋资料，绘制了逐月全球各大洋的风向气候图，并首次实现了船舶气候导航。,气 候 航 线（Climate Routes ）,最初，从纽约沿智利的合恩角到加里福尼亚州的航行平均需要180天以上，采用了莫里的航线缩短到125天，以后又缩短到100天。 从英国经合恩角到澳大利亚悉尼的船，沿过去的航线航行往返约需250天，按莫里的航线改为环球航行，即去时经好望角，返航时过合恩角，利用西风带的有利条件，只用了136天，这一记录直到1975年才被邮船“大不列颠”号和“肯特”号所打破。,1853年在布鲁塞尔召开了国际会议，制定了一个统一执行计划，确定了气象在航海中的地位。莫里的“大洋航路图” （Routing Chart)得到广泛应用，他的“航路指南”(Sailing direction)一书被译成了各国文字，促使航海气象的飞速发展。 气象学的发展一开始就与防止海难、保障海上航行安全联系在一起。所以说，航海需要气象，气象促进了航海。,气 象 航 线 （Weather Routing ）,随着科学的发展，机械动力船取缔了帆船，天气预报的水平逐步提高。世界海运业的竞争越来越激烈，保障海上船舶安全、经济航行，提高营运效益，使海上运输更趋安全、经济合理化。20世纪50年代气象导航首先在美国诞生了，随后，世界一些主要航运国家，如前苏联、英国、日本、德国、荷兰和挪威等国都相继创建了船舶气象导航公司，为跨洋航行的船舶制定气象航线，使船舶气象定线逐步趋于科学化、定量化和自动化。,气 象 航 线,气象航线：根据较准确的短、中期和有效的长期天气和海洋预报及大洋气候资料，结合船舶性能、装载特点、技术条件、航行任务等，为横渡大洋的船舶选择的最佳天气航线。 气象导航：根据较准确的短、中期及有效的长期天气和海洋预报及大洋气候资料，结合船舶性能、装载特点、技术条件、航行任务等，为横渡大洋的船舶选择的最佳天气航线。在航行中气象导航公司始终跟踪被导船舶，利用不断更新的天气和海况资料修正航线，指导船舶安全、经济航行的航海技术。这一导航过程俗称船舶气象导航。 既根据船舶性能和装载特点，把中短期天气和海况预报应用在优选航线和监视航行过程中，以达到在最短时间内和损失最小的情况下，安全完成航行的一种航海技术。,最 佳 航 线,最佳航线：是指在始发港和目的港之间寻找一条既能保证船舶航行安全，又能使航行时间最短的航线。 最佳航线的含义：安全、经济、舒适、省时。 最短航时航线:是使船舶自始发港到目的港之间的整个航程，在确保安全的条件下，航时最少，节省燃料，提高船舶的营运效益。该航线又称经济航线，多为一般货船采用。 最舒适航线:是要求在航行中尽量减少风浪的影响，使航行条件舒适。这种航线多为客船和旅游船采用。,推荐航线: 气象导航公司向船舶提供的最佳天气航线属于咨询服务性质的，故称为推荐航线（Recommanded Route）。它是集气象学、海洋学、航海学、造船学、船艺学、计算机应用和通讯技术等多种学科的综合应用，是一门新兴的现代化导航技术。 从20世纪50年代开始，世界各国相继创建了船舶气象导航公司。1952年由霍华德卡特先生领导创建世界上第一个船舶气象导航公司美国海洋气象导航公司(OCEAN ROUTES)。,OCEAN ROUTES气象导航公司,OCEAN ROUTES气象导航公司拥有专职人员250人，其中包括气象、海洋、航海、数字模式、电脑应用、造船及海洋工程等方面的专家。总部设有电脑中心、通讯中心、导航中心、天气海况预报中心，以及提供气象、海洋船舶动力咨询服务中心。 总部还分别在纽约、休斯顿、哈利法克斯（加拿大）、伦敦、阿伯丁（苏格兰）、阿布扎比（阿联酋）、佩思（澳大利亚）、新加坡、香港、东京和上海等地设有分公司。承担全球船舶气象导航业务。,中国气象导航,20世纪70年代末期，随着美国气象导航技术引进我国航运界，为适应我国航运事业的发展，国家气象中心、国家海洋预报中心、航运界和有关院校的科技人员对气象导航理论和技术进行了系统性的研究。在此基础上开始着手创建了自己的气象导航公司，1989年正式成立北京全球气象导航技术有限公司，开展全球海域的船舶气象导航服务，并取得了较好的成果。,AWT气象导航公司,AWT(Applied Weather Technology)气象导航公司成立于1994年。有5个分公司设于美国、英国、德国、韩国和中国香港。 服务项目包括：船舶气象导航服务、Bon Voyage System(BVS) 船舶气象导航系统、气象信息咨询、海况定点预报、海洋天气海况分析、季节性航线分析和用于解决海事仲裁的航线分析论证报告。 AWT的船舶气象导航系统BVS是一套全自动的船舶气象航线设计计算机软件，船长可以通过下载最新气象信息，输入船舶资料和航次要求，BVS系统的航线优化功能会通过筛选、计算自动选定一条最佳气象航线。,气象航线与气候航线的关系,气象航线是气候航线的发展，气候航线是气象航线的基础。 气候航线是前人宝贵经验的总结，它是建立在气候资料统计的基础上，气候航线主要根据大气环流、世界风带、季风和海流等方面的季节性资料和航海人员的经验来制定的。 气候航线经历了一个不断丰富和发展的过程，在相当长的时间内，它对大洋航行的船舶安全和船长的工作都起到很大的指导作用，至今仍有许多船长以它作为拟定航线的主要依据。可以说，它是某种气候条件下的较优航线。,气象航线与气候航线的关系,气候资料只能反映某一海域、某一季节天气和海况的平均状况，而船舶在气候航线上实际遇到的天气和海况往往与这种平均状况差别很大，甚至有时遇到恶劣的天气和海况，导致航行条件复杂化，给船舶航行带来一定困难，使航行达不到预期效果。有时甚至会因意外的灾害性天气和海况而造成船损、货损、费时等。 例如：大洋航路图上推荐的北太平洋中纬度习惯航线，350N或稍偏南。冬季西航时，可能是一条较差的航线。 某些气候上的优越航线，实践证明，在天气上有时却是很坏的航线。而某些气候资料认为不适航的海域，在某些时段会出现有利于航行的好天气。这正是气候航线的局限性和它不能满足今日航海需要之处。,北太 平 洋 航 线,印度洋航线,气象航线与气候航线的关系,气象航线充分考虑了航线上未来的各种天气过程，并在很大程度上克服了气候航线的局限性。气象航线对天气和海况预报的实效性要求较高。但是，目前国际上天气预报的水平只能提供较准确的5天中期预报，无法满足跨洋航线的需求。所以，在目前阶段，气象航线还不能完全取代气候航线。因此，在适当的气候航线基础上，选择气象航线可避免定线的盲目性，能大大减少工作量。在许多情况下，有些气象航线和气候航线比较接近。 气候航线是气象航线的基础，气象航线是气候航线的发展。,第三节 气象导航的安全性与经济效益,一、气象导航的安全性 狂风、巨浪、暴雨、浓雾、海流、海冰等恶劣天气和海况，严重威胁船舶航行安全。因此，最大限度的保障船舶安全是船舶航行的基本要求和船舶选择航线的首要问题。 船舶采用气象导航，在很大程度上改善了航行条件，安全性得到了很大提高，货损率、船损率大大降低。这无可质疑地表明，气象导航对跨洋航行船舶的安全具有重要保障作用。,重 大 海 事 减 少,重大海事减少：据美国Ocean Routes气象导航公司统计，该公司自19551980年25年中，共为6万艘次横渡大洋的船舶进行气象导航，仅有2艘被导船舶损失在其推荐的气象航线上，年平均船损率为0.02%，而在习惯的气候航线上航行的船舶，因恶劣海洋环境所造成的船损率，年平均为0.13%。可见，采用气象导航后船舶航行安全性明显提高。 美国斯坦佛大学对15万艘跨大西洋和太平洋航行的船舶所发生的海事进行的研究结果表明：严重海事的发生率，接受气导的船舶低于未接受气导的14%，一般海事的发生率低于未接受气导船舶的54%。,船 损、货 损 减 少,船损减少：采用气象导航公司推荐的气象航线，使船舶最大限度避开了恶劣天气和恶劣海况区，减少顶浪航行时机，持续的顶浪会造成船体损伤和断裂。据统计，船舶广泛采用气象导航后，因天气和海况造成的船损修理费用由平均每年每条船35万美元降低到6000美元左右。 货损降低：据统计，船舶采用气象航线，极大改善航海环境，使跨洋航行中的货物破损率由35%降到7%以下。,二 、气象导航的经济效益,气象导航的另一个重要目的是降低营运成本，提高经济效益。气象导航能充分利用有利的天气和海洋环境，如顺风、顺浪、顺流等，以提高船速或使船舶失速降到最低限度，达到缩短航时，提高经济效益之目的。 气象导航的经济效益，主要体现在缩短航时，减少燃料消耗，以此来提高经济效益。,缩短航时：采用气象导航缩短航时的办法有两方面，一方面使航程尽量短而合理，另一方面尽量避开强风、巨浪，特别是顶风、逆浪的海区，充分利用顺风、顺浪、顺流等有利条件。 在气象导航的推荐航线上顺风、顺浪的机会约在60%，航程比中纬度缩短500-1000海里。大大缩短了航时，有时缩短的航时可用天数计算。,节省燃料，降低成本：气象导航选择了比较合理的航线，能达到缩短航时的目的，同时，航时的缩短又带来燃料的节省和运输成本的降低。某公司航行于中美西、中加航线的船舶过去大都采用中纬度的习惯（气候）航线，不仅航时长，常遭遇顶风逆浪，船损、货损都很大。航时最短为21天，最长达29天，平均23-24天。采用气象导航后，最短航时仅15天，平均缩短4-5天。仅燃料费一个单航次可省3-4万美元。 其他经济效益：据统计，采用气象导航的船舶93%提前或准时抵达目的港装卸货物，而没采用气象导航的船舶38%晚到。 不能按时履行运输合同。,第二章 气象导航原理和方法,第一节 影响船舶运动的海洋环境因素 第二节 海洋环境资料来源及其预报 第三节 船舶耐波性与失速 第四节 气象导航优选航线方法简介,第一节 影响船舶运动的海洋环境因素,在船舶气象导航中欲求最佳天气航线，首先要了解和分析影响船舶运动的海洋环境因素和航线选择的客观因素。其中主要包括海洋环境因素和船舶自身的约束条件。 海洋环境主要包括：大气、海洋和海底地形地貌等。 影响船舶运动的海洋环境因素主要有：风、海浪、海流、海雾、海冰等及其它一些海上碍航物。,一、风 的 影 响,风（Wind）不仅直接影响船舶运动，而且它的作用还会通过海浪和海流间接的表现出来。 风对船舶的影响，一方面使船舶向下风漂移，另一方面使船舶产生偏转。 船舶因风压产生的横向漂移速度与风速、风舷角、船速、船舶水上受风面积和船舶形状等有关。 一般而言，客船受风影响最大、货船次之、油船最小。总之，风对船舶运动的影响主要视船舶类型、装载情况、干舷高度、上层建筑面积及船舶形状确定。,风对船速的影响,一般情况下，顶风减速，顺风加速。当风速小于20 kn时，顶风约减速5%，顺风约增速2%，其他舷角介于两者之间。当风速较大时，由风引起的中、大浪对船速影响很大，无论顺、逆风均使船速减小。当船速与风速相当时，即影响航速又影响航向，导致船舶产生偏荡运动。 如：一艘航速为 20kn的船遇到舷角60度的 7级风，且有4米高的大浪船速将下降20左右，降至16kn。同时为了防止船体受海浪的冲击等，船长可能有必要下令降低主机转数，使船速更慢。(能产生风暴的天气系统),风暴 (Storm),76年3月，风暴横扫大西洋，时速110km，12级，希腊一艘27万5千吨的超级油轮“奥林匹克勇敢号”受风暴袭击，在比斯开湾布勒斯特附近一岛上触礁后断成两截沉没，造成了世界上损失最大的一次海事。 54年9月，一强台风袭击津轻海峡，使日本往返于函馆、青森的一艘交通船“洞爷丸”沉没，死亡1000多人。事后开凿青函隧道，长23海里、宽11m、高9m,64年动工，86年竣工，历时22年。 93年9月，大连“凤凰山”轮在珠江口遇15号台风沉没，仅存活3人。 2002年11月，“威望”号油轮载燃油7.7万吨在风暴中断裂，沉没在西班牙外海，导致大量溢油污染西班牙海岸。,二、浪 的 影 响,海浪（Sea Wave）是发生在海洋中的一种波动，是海水运动的主要形式之一。同是也是影响船舶运动的重要因素。船舶在海浪的作用下可以导致摇摆、偏荡、砰击、上浪和失速等现象。 当浪较小时，顶浪航行可使船速降低，顺浪可稍增加船速。 当达到中大浪或以上时，无论顺浪或顶浪航行都会减小船速（顺浪减速是船舶在大浪中产生偏荡运动的结果）。,海浪对船舶的影响,狂浪时，不仅使船舶减速，同时还会使船舶产生纵摇、横摇和升降运动。当横摇过大时会造成货物的位移，危及船舶安全。如果船舶的横摇周期与波浪周期相同时趋向共振，可产生谐摇导致船舶倾覆。 大的纵摇会产生严重的船首入水撞击船体（在风暴条件下，浪的冲击力可超过20tm2，有时会造成螺旋桨空车，降低舵效，损害推进设备。有时还会导致船舶出现中拱或中垂现象，会形成危险的应力强度，严重时会使船舶断裂。,海浪对船舶的影响,浅水区的升降运动也会对船舶构成极大的危胁。上述危及船舶安全的不利运动本身会大大降低船速，同时船长有时为了减少这些不利因素的影响，必要时会主动地降低船速或改变航向，从而延长航时或航程。 理论和实践证明，对于上层建筑不太臃肿和主机功率较大的现代船舶来说，船舶因风的阻碍作用引起的失速占全部失速率的13，而海浪引起的附加阻力作用产生的失速，占全部失速率的23。 由此可见海浪是使船舶失速和危及船舶安全的主要因素。(世界狂风恶浪海域),海浪 (Wave),1980年12月，日本野岛崎东800海里处，一艘日本3万吨油轮西航回国途中，遇9级大风，8米高浪，将船首1/3处切断沉没。 1986年6月，广远的5000吨级货轮“德堡”号因主机故障，在印度洋大风浪中沉没。35名船员仅存2名。 1994年6月，“阿波罗”轮在南非西南海域遇巨浪沉没，36名船员全部遇难。 1995年8月，“越洋”轮在海南岛遇台风被大风浪推向岸边礁石，坐礁沉没， 2名船员遇难。 1999年11月24日“大舜”在大风浪中翻沉282人丧生。,三、流 的 影 响,洋流（Ocean Current）是海水具有稳定流向、流速的水平流动。它主要是受大气环流的影响，同时还受海底地貌、海岸和岛屿等因素的影响。 洋流主要影响船舶的航速和航迹。船舶受洋流的作用相对海底的运动是流速与船速的两者合成，其影响大小视洋流本身的大小和不同舷角而异。顺流增加船速，逆流降低船速，横流主要影响航迹，其它舷角既影响航迹又影响航速。,流对船速的影响,洋流对船速的影响，一般以投影到船舶首尾线上的流速矢量大小为准，若此方向上流速分量大于05kn时，就要考虑流对船舶运动的影响。 例：有一艘船速为18kn的货船在某海区航行，受到一股流速为2kn，相对流向为30o的洋流影响，其船速将降低为164kn左右（如图），同时还会使船舶偏离原航线。,海流 (Ocean Current),1963年4月30日，我国制造第一艘万吨级远洋货轮“跃进号”满载13481吨玉米，自青岛首航日本名古屋，开辟日-中航线。5月1日，该船在海上发出sos后消失。 5月17日，新华社发表了关于“跃进号”遇难事件的声明，并派出调查“跃进号”失事原因的临时编队，东海舰队派11艘舰船组成编队。周总理指示“一定要有充分可靠的证据证明沉没原因，不能大概、可能，一定要找到这条船”。经过几天海上调查，终于查明了失事的真正原因。“跃进号”触到了顶部不足3平方米的适淹礁“苏岩”西南角而沉没，左舷钢板数处裂口，最大一处长17米，宽15厘米。其失事原因主要是忽视了一支北流的黑潮的影响，偏离了原航线，以至触礁沉没。 海流的利用：帆船时代利用海流航行，公元733年，唐朝,四、雾 的 影 响,雾(Fog)是影响能见度的主要因素之一。在雾中航行，稍有不慎，就会发生偏航、触礁、搁浅或碰撞的危险。 据统计，有60 70的海损事故发生在浓雾并伴有低压的恶劣天气中。 因此，跨洋航线的选择，雾是主要的参考因素之一。但是对全年都有可能发生雾的海域来说，跨洋航行要想完全避开雾区是不可能的。另外，海洋上有些大雾区往往又是大的渔场所在地，渔汛期间，渔船云集，加之雾的频繁出现，这就使得航行条件更加恶化。尽管气象导航的推荐航线考虑到了这一因素，但是欲求完全避离是不现实的，所以即使采用了气象导航也要有短时的雾航准备。,海雾 (Fog),1922年5月英“埃及”号邮轮在大西洋上航行，雾中被法国的破冰船“西奈”号撞沉，导致近百名旅客和8000公斤黄金、30000公斤白银沉入海底。 1974年11月9日，日本东京湾。日本的一艘43722吨油轮“第十雄洋丸”满载液化气丙烷和丁烷，与一艘利比亚10874吨散装钢材的“阿里木斯-太平洋”轮在东京湾相撞，引发了一场无法挽救的大火。 1994年5月25日，“桃河”轮与“威海”轮在汕头正东55海里处，雾中相撞，造成30000吨级的“威海”轮沉没，幸无人员伤亡。,五、海冰的影响,冬季，船舶在高纬度航行时，常常会受到海冰(Seaice)的影响，海冰的形式很多，影响船舶航行主要有以下几种： 冰山（Iceberg）：冰山水下的体积远大于水面上的体积，因此对船舶航行的威胁很大，轻者会使船体、推进器和舵受到损伤，严重时会造成船舶的倾覆。 海冰（Seaice）：由海水冻结而成的冰。 船体积冰:当气温下降到海水冰点以下时，打到船上的海水会迅速凝结成冰依附在船体上，称为重冰集结或甲板冰。,冰山 (Iceberg),电影“TITANIC”和“冰海沉船”记述了一个真实的故事。 1912年,当时最豪华的英国客轮“Titanic”号，在北大西洋触冰山沉没，导致了1556人死亡，是震惊世界的重大海事。 Titanic号是英国建造的一艘豪华巨轮，载重量46326T，船长268m，四台主机，最大航速25节，有15个水密堵隔，其中任意两个舱灌满水，仍能保持浮力不沉，因此，当时人们称它为“不沉之舟”。 该轮10/4载客1316人，船员891人，共2207人，从英国南安普敦出发开赴纽约作处女航。船长史密斯59岁是位具有40年航海经验的老船长。 开航后收到它船发出的冰情报告，但一直未见到冰，船长认为该月份流冰不可能达到40N。因此，在14日19时气温从6.1C,降到21时的0.55C仍未引起警惕，23时40分水手发现冰山，通知驾驶台，但已来不及，船的右舷与冰山相撞，撞开近100米长的大口子，船体迅速下沉，出事后不到3h（15日02时20分）全船沉没在纽芬兰东南约300海里处。 1913年由14个国家组成了一个通报冰山情况的专门机构冰海巡逻队。,六、其它碍航物的影响,航海中的主要碍航物包括：浅滩、暗礁、沉船、军事禁区，爆炸物倾倒区和战区等。 浅滩的影响使船体下沉，船舶在浅水区的垂直运动是非常危险的。暗礁、沉船的位置及其周围的水深情况必须详细了解，尽量远离。对于一些军事禁区、危险区、战区等不可盲目进入，在选择航线时必须迂回。所以，这些碍航物在很大程度上限制了船舶的活动范围。 上述海洋环境对船舶的运动都有不同程度的影响，因此，在船舶选择航线时都是必须考虑的因素。,七、 船舶约束条件,船舶自身条件、载货情况、船员素质及船长的特殊要求等，这些都是气象导航机构在制定航线时必须予以考虑的另一类约束条件。 船舶条件：主要指船型、吨位、类别、新旧程度、航海性能（摇摆性、浮性、抗沉性、稳性和操纵性等）、考虑到船体的锈蚀程度，避免遭遇过大的风浪而导致船舶漏水；船舶的耐波性、抗风浪能力、船速和续航力等。,货物的配载情况：空载还是满载、货物种类、吃水情况、有无甲板货等。空载时吃水浅，受风面积大，不利于充分发挥车、舵效应；满载时，干舷低，容易发生甲板上浪而损坏船体及货物。货物的种类，是散装货、杂货，大件货还是集装箱等，有无危险品、贵重或精密货物，以及封仓、衬垫和绑扎情况等等。 船长的经验和船员的素质、应变能力及船长的特殊要求等。 考虑到上述船舶约束条件，就可以确定出船舶的抗风浪上限。保证船舶安全航行在气象导航机构推荐的航线上。 以上是影响船舶运动的海洋环境因素和船舶条件，气象导航机构在选择推荐航线时必须加以综合考虑，以便使推荐航线达到最佳效果。,第二节 海洋环境资料来源及其预报,一、海洋环境资料来源 海洋环境因素与航海有着十分密切的关系。可靠及时的水文气象情报和准确无误的海洋环境预报是全面实施船舶气象导航的关键和保障。 在气象导航业务服务中，通常所用的水文气象资料基本上可分为天气资料和气候资料两大类。这些资料气象导航公司可通过各种不同的途径和方法获得。,水文、气象资料来源,大范围水文、天气实况和预报资料是实施船舶气象导航和跟踪服务的基础。岸上导航机构需要有详细的、准确的、全球性的天气、海洋资料。这些资料的来源往往是多渠道的，例如美国OCEAN ROUTES导航公司的资料来源是：世界气象组织、美国海军舰队数值海洋中心、美国联邦航空管理机构、商船协作报告网、国家气象中心、美国、英国、日本海道测量部、欧洲中期天气预报中心、加拿大冰情预报中心以及接受气象导航的船舶天气报告等。,水文、气候资料来源,海上气候资料可以从一些专用的航海图书或表册中查得，船舶也必须备有多种航海水文气候资料，如常用的有： 世界气候图（WORLD CLIMATIC CHART） 世界大洋航路（OCEAN PASSAGES FOR THE WORLD） 航路设计图（ROUTING CHARTS） 航路指南（SAILING DIRECTION） 天气手册（ WEATHER HANDBOOK） 航海家手册（ THE MARINER S HANDBOOK） 气候图和表层海流图（ CLIMATOLOGICAL AND SEASURFACE CURRENT CHART）等等。 在这些图书中列入了各大洋的风、浪、流、涌、气温、气压、海温、雾和海冰等月平均状况。另外还列入了冰山的分布和冰界线，风暴出现频率和热带气旋路径等平均资料。,使用气候资料注意事项,了解该资料的观测序列长度。 资料的观测序列长度可以决定所用资料的可靠程度，若观测序列少于25年使用时要特别小心，因为这样的序列不可能包含全部可能发生的现象，最大值和最小值可能落不到序列范围内。观测序列应不少于 30年。 了解参数的数值变化幅度。 了解参数的数值出现频率。 如果振幅不大，而出现的频率却较高，可采用平均值。反之，在应用时应多加分析，慎重采用。,二、海洋环境预报,海洋环境预报的主体是海洋水文气象预报。它主要包括： 天气形势预报 气旋路径和大风预报 海浪预报 海雾预报 海冰预报 海温预报等,天气形势预报,天气形势预报是其它各种水文气象预报的基础。天气系统的发生、发展、移动都与天气形势有关。所以，天气形势决定天气变化。横跨大洋航行的船舶最佳航线的选择，往往取决于大型天气系统的演变过程。 目前在气象导航业务中使用的天气形势预报有： 比较精确的3天预报 精度稍差的35天预报 714天的趋势预报。 天气形势的预报方法有天气学方法、统计学方法、数值预报方法以及三者相结合的方法。,气旋路径和大风预报,在天气形势预报的基础上，结合获得的最新资料推算出气旋路径、强度和发生最强风、浪、涌的海区位置和发生时间。在海上能引起大风 浪，造成范围较大和持续时间较长的风暴天气系统主要是热带气旋和温带气旋。 热带气旋：引起的狂风、巨浪严重威胁船舶安全，一般在选择航线时要力求规避之。正确预报热带气旋路径和强度是气象导航的关键问题之一。目前，热带气旋的预报方法主要采用天气学中的引导气流法，在业务预报中也参考数值预报，统计预报以及相似路径预报等方法。 温带气旋：它与台风相比较，强度虽然较弱，但它的影响范围却很广，常造成长时间、大范围的大风浪天气。在气象导航的优选航线和跟踪导航服务中是必须考虑的重要因素。,爆 发 性 低 压,爆发性低压是指在中高纬度洋面上迅速发展加深的强温带气旋。它可在几到十几个小时内突然加深达到风暴程度。对于这种低压系统使预报工作者来不及作出使船舶避离的预报，以致造成某些海难和海损事故。爆发性低压发生的频率比正常发展的低压少得多。 在北太平洋上其多发区主要集中在日本以东洋面 3555oN， 140170oE范围内。另外在阿留申群岛南部和阿拉斯加湾的中部也有发生。 北大西洋发生在墨西哥湾流以北西部大西洋海域。 北半球104月都有发生，其中频率最大是在122月份。,爆 发 性 低 压,冬季在上述海域航行的船舶应加强海上观测，及时接收气象传真图，特别是卫星云图，它能较好的监视低压的加深。当遇到实际天气和海况比预报的更剧烈时，就要考虑是否有这种低压的出现。另外，若发现一个中等强度的低压向爆发性低压发生频率高值区靠拢，就应密切注视其变化，以便及早采取有效的规避措施。 温带气旋的路径和强度预报，主要有天气学、统计学和数值预报等多种预报方法。,海 浪 预 报,海浪是海洋环境预报中一项主要的预报项目，它影响着海上活动诸方面，大浪直接威胁着船舶航行安全。因此，准确、可靠的海浪预报将对海上运输的安全起着非常重要的作用。 海浪预报的方法比较多，早期的海浪预报是建立在天气学的基础之上的，根据预报得出的风级粗略地推算浪级。目前大多数国家的海浪预报主要还是采用半经验、半理论的经验统计和天气学预报方法。近年来随着海浪预报理论的进展，一些海洋技术发达的国家已进入了数值预报阶段，使海浪的预报质量和准确性有了较大的提高。,海 雾 预 报,雾是航海的天敌之一，它可使航行条件恶化。雾中航行对船威胁极大。另外，为了保证航行安全，要求船舶在雾中要降低航速，这样必然要延误航时，影响航运经济效益。所以，在选择航线时不得不考虑海雾的影响。尤其是对世界海洋上几个海雾的多发区，在选择航线时应充分考虑航区未来发生雾的可能性和雾区的范围。 作海雾预报时，首先要作出天气形势预报，以便结合天气形势特点判断有无出现海雾的可能，而后根据水温、水-气温差和空气的相对湿度等，经过综合分析作出判断。由于海雾发生、发展的机理还不太清楚，目前海雾预报还停留在天气图加统计指标的水平上，因而预报精度还不高。,海 流 预 报,海流对船舶航向和航速的影响是不可忽视的，尤其在强流区更应谨慎驾驶。在气象导航业务中，海流是必须考虑的主要因素之一。由于对海流机理研究得不够和缺乏应有的观测资料，至今没有比较成熟的预报方法。 现在多数国家只作表层流实况分析，仅有少数国家采用经验统计法作短期表层流预报，对海流的数值预报也作了一些试验。目前只有少数国家发布海流预报。,海 冰 预 报,目前，海冰的预报基本上以数理统计方法为主，数值预报方法也进入了研究和实验阶段。海冰预报也只有少数国家发布，其中原苏联的海冰预报方法和效果比较好。 我国自70年代开展了海冰预报业务，预报范围仅限于我国渤海和黄海北部，预报方法大多采用数理统计或天气学与统计学相结合的方法。 近年来美国、加拿大等国家在海冰预报方面作了大量的研究工作，提出了一些海冰数值预报模式，使海冰预报逐渐向数值预报方法发展。,三、海洋环境数值预报,数值天气预报：即在给定的初始条件和边界条件下，通过对大气的某些方程组进行数值积分，从而得到未来时刻大气的变化和气象要素的分布。 数值天气预报又称天气预报的流体力学方法，它是以流体力学、大气动力学、热力学等为理论基础，以计算机数学和高速计算机为实现手段的近代天气预报方法。 数值预报方法：首先是建立模式，即进行预报的数学计算方案。大气模式有许多种，目前，用于业务预报的模式达30多种，但大体上可将其划分为三大类。准地转模式 、平衡模式 和原始方程模式 。,数 值 预 报,数值预报是一项非常复杂的工作，计算量十分庞大，需用高速、大容量电子计算机。计算时首先将起始时刻的天气图资料输入计算机，由计算机进行筛选，然后对方程求解，最后得出不同时刻、地点和高度上的要素和天气形势的客观、定量预报。 数值预报最初应用于天气预报，60年代后扩展到海洋预报。海浪的数值预报方法是建立在流体动力学基础上的。目前各主要海洋国家大多采用波谱预报方法进行海浪预报，它能够比较客观地描述海面波动的情况，代表了海浪预报的最新方向。 目前，世界上一些海洋技术发达的国家都开展了数值海浪预报，并将这项预报应用到气象导航业务中，获得了较好的效果。随着现代化科学的发展，海洋的不断开发，海洋环境预报必将进入一个崭新的发展阶段。,目前，普遍认为“欧洲中期天气预报中心”处于世界领先地位。预报准确率通常是用求预报变化和实际变化之间的相关系数来衡量。相关系数大于08为好的预报，大于05为可用的预报。据欧洲中期预报中心统计，1982年欧洲地区500hPa预报的相关系数，3天预报超过085，6天预报接近06。1000hPa预报3天约为08，6天为045。根据相关系数大于05为可用预报，那么，欧洲中期天气预报中心目前可用的预报时效已达5天左右。,数值预报准确率,近年来数值预报有了很大的进展，但是还不能稳定地作出一个星期的可用预报。对10天以上的长期预报目前预报准确率仍然较低。尤其是对严重天气的爆发性发展，如热带气旋和温带气旋的迅速加强和路径的突变，及中小尺度天气系统的预报，目前还没有可靠的预报方法。 虽然天气预报技术至今仍不能把数值预报作为唯一的方法，但它已成为天气预报现代化的主流，在天气预报技术整个领域中占着主导地位。使天气预报已从传统的以天气图经验为主的主观预报方法，向着以数值预报为主的客观预报发展，这将是天气预报发展的必然趋势。,数值预报的地位,概述：气象导航的目的之一是尽可能避开大风浪区域。但在跨洋航行中总会或多或少地遇到较大的风浪。因此，在气象导航中必须考虑船舶在不同的风浪条件下，特别是在大风浪中船舶的性能。 对气导机构来说，当接受气导的船舶遭遇大风浪前，可根据船舶的性能决策是否需要更改航线。 对航行中船舶本身，驾驶人员同时也可根据当时的环境、船舶性能采取合适的操纵措施，以保证船舶航行安全。,第三节 船舶耐波性与失速,一、 船舶耐波性,船舶耐波性（Seakeeping Quality）：是研究船舶在波浪中运动规律的一门学科。在波浪中航行的船舶，由于受到波浪的扰动，船舶会发生复杂的摇荡运动。这些复杂的摇荡运动可以分为三种线运动和三种回转运动，分别称为纵荡、横荡、垂荡（船舶沿三个坐标轴往复性移动）和横摇、纵摇、首摇（船舶沿三个坐标轴往复性转动）。其中运动显著而且严重影响安全的是纵荡、横荡、垂荡三种运动 。 船舶耐波性除摇荡运动外，还包含由于摇荡运动而引起的以下一些性能，如拍底、甲板上浪、失速、螺旋桨打空车和纵摇引起的横稳性下降等。,船舶摇荡运动的不良影响,船舶摇荡运动以及由摇荡引起的其它性能对船舶的航海性能和使用性能带来极不良的影响，主要表现在以下几方面。 对舒适性的影响 船员的工作能力受两种运动特性的影响，即加速度和横摇幅值。纵摇和垂荡而引起的加速度最大值发生在船首或船尾。一般当加速度超过02g（g为重力加速度）时，船员晕船就加剧，横摇幅在10o以上时，工作能力就会受到较大的影响。,对航行使用性的影响 由于纵摇与垂荡，使船舶造成失速，主机功率得不到充分利用。严重的拍底使船首部的结构损坏，使船体发生颤振。在压载航行时，驾驶人员主动减速主要是避免首部的严重拍底。甲板上浪使甲板机械损坏，船舶稳性下降，给船员造成恶劣的工作条件。满载船舶主动减速的重要原因是考虑上浪的频度。螺旋桨飞车使主轴受到极大的扭转振动；主机突然加速和减速，使主机部件损坏，推进效率降低；过大的摇荡使负荷加大，可能损坏船体结构，甚至断裂。大的波浪加上激烈的摇荡，给船舶操纵带来困难，使船舶难于维持或改变航向。,激烈的摇荡损坏了船舶的主要部件，船可能失去控制而造成惨重后果。大角度横摇可能使舱室进水，货物移动，严重时导致倾覆。 研究船舶耐波性的目的在于：了解船舶摇荡运动的规律及其影响因素，在航线选择模拟计算时掌握对耐波性能的预报方法；对航行中船舶而言，通过寻找良好的操船方法避免或减轻摇荡运动。,对安全性的影响,横 摇（ Rolling ）,横摇是船舶摇荡运动的主要形式之一。船舶在波浪中的横摇性也是耐波性的衡准之一。由 于船的横向尺度远小于纵向尺度，加之船体的外形光顺，因而横摇阻尼较小。在船舶波浪遭遇周期等于船舶固有横摇周期时，发生横摇谐摇幅值比纵摇情况下要大得多。大幅度横摇可能造成舱室进水，货物移动，严重时甚至倾覆。在航行中必须注意货物的装载和根据风浪情况来选择航向、航速等以力求减轻横摇。,船舶固有横摇周期： TR 船舶在规则波中作小角度（ 15）无阻尼横摇时的周期称为船舶固有横摇周期 。（即自一舷横倾至另一舷再回到初始横倾位置所需时间）。一般货船满载横摇周期在914s，货船压载710s。 波浪遭遇周期：TE 波浪相对于航行中的船舶的周期即波浪遭遇周期 。两者之比TR/TE1时，相当于GM值很大,船舶横摇较快，出现随波而摇的现象，船舶很少上浪。如果TR/TE1时，这种情况相当于大船处在极短的波浪上，此时船舶几乎不发生横摇运动。当TR/TE1时，船的横摇运动滞后波浪90o。使横摇角越摇越大。这种现象称为谐摇，是航行最危险的现象。 GM 大横摇剧烈， GM 太小易翻，所以，GM必须0。一般要求GM 0.15,加上安全余量GM可取0.150.2。,各类船舶固有横摇周期的数值范围,纵 摇 和 垂 荡 (Pitching and Heaving),纵摇：当波浪通过船体时，随着船体附近波形的变化，浮心作前后方向的周期性移动，将引起船舶纵摇。 垂荡：当波浪通过船体时，由于其浸水面积变动，因而浮心亦随之上下变动。船舶重心在其垂直轴上的上下运动就是垂荡运动。 由于船首尾形状不对称，一般船在迎浪航行时，同时发生纵摇和垂荡，纵摇能引起垂荡，垂荡能引起纵摇。,纵摇产生的危险现象,拍底（slamming） 船舶以一定航速在恶劣海况中顶浪航行时，船的纵摇和垂荡激烈，且两者相位差不大，致使在某一瞬间，船首底部离开波浪表面。这时船首底部受到极大的水压力，不仅会使船体损伤，而且会引起船体自身作周期极短（1秒以下）的急剧颤振，这种现象就叫拍底。而船首侧部受到横浪冲击，但船体自身没有颤振现象称为拍击（panting）。,甲板上浪（deck wetness） 船在顶浪航行时，由于剧烈的纵摇和垂荡，使船首在刚刚越过波谷后而冲入波峰时，船首投入波浪中，海水淹没首部甲板。在波浪中航行，由于甲板上浪而影响稳性，同时，波浪的作用还会使船体上部建筑物直接遭受破坏。特别是装有甲板货时，造成绑扎索具损坏以至货物发生移动，可使适航性、安全性显著下降。 甲板上浪与船首干舷高度、船速及相对波高有关。船首干舷越低，船速越大，波高越高，甲板上浪也就越厉害。 尾淹（pooping） 顺浪航行时，当船尾陷入比船速快的波谷时，浪打上船尾甲板，称为尾淹。尾淹可出现航向不稳定，船首摇摆，甚至打横。此时，瞬间可产生很大的横倾，非常危险。若顺浪中出现该现象，应果断采取变速措施，否则危险很难避免。,剧烈的纵摇和垂荡，使船尾作剧烈的垂直上下移动，推进器的一部分就会周期性露出水面，称为推进器空转。空转时，推进器露出部分的负荷减小，转速剧增，从而使推进效率显著下降，船速下降。此外推进器、轴系和船体产生很大的振动，同时使它们受到很大的冲击压力，随时有可能受损。 空船状态容易发生空转现象。所以，螺旋桨直径，以确保桨叶的上端有充裕的吃水，同时还应尽可能使主机减速。此外，要及时调整航向和航速以减轻船舶纵摇和垂荡，以减少空转。,推进器空转（racing）,船舶在纵摇时，随着船的纵向倾斜，浮心以稳心为中心而移动，其高度作周期性的上升。此外，随着纵摇和波的通过，船的水线面形状发生变化，水线面的惯性力矩也作周期性的变化。以上两种原因均导致纵摇时初稳性高度GM减小，即横稳性下降。当波的遭遇周期与固有横摇周期之比TETR为12或 1时，较为显著。顺浪时，尤其是波速等于船速时，船可能呈现出静置于波峰或波谷的状态。当船静置于波峰上时（波峰在船中），船舶的初稳性高度GM值下降0.200.30m，且持续时间较长。,纵摇引起的横稳性下降,二、 船舶在波浪中的失速,船舶在海上航行时，由于受风和波浪的扰动，使得在主机功率不变的情况下航行的速度较静水条件时减小，这种船速下降现象称为失速，也就是自然失速。除了自然失速外，船舶在大风浪中航行时，由于波的冲击和剧烈摇荡而引起严重的拍底、甲板上浪、推进器空转致使船体受损和安全性下降。为了减轻这种危险现象而采取有计划的降低船速，则称为有意减速。估算船舶在波浪中的自然失速和在大风浪中人为的有意减速的界限，对于探讨气象导航技术以及在船舶性能设计中都是非常重要的。,自然失速,自然失速：是指推进动力装置功率一定时,由于剧烈的摇荡，船舶在波浪中较静水航行中航速的降低值。 自然失速的原因 l）风引起的附加阻力。 2）船体摇荡引起的阻力增加。 3）保向操舵、首摇引起的阻力增加。 4）风浪的表面流所引起的阻力增加。 5）海流的影响。,一般来说，风浪越大，速降越大；顶浪较顺浪速降大；船长较短的肥大型船，速降大。顺浪时，风力达到蒲氏风级45级时，速度可有几分增加，超过5级，速度便逐渐下降。多数船舶在顶浪时，波高小于2m，船速大致与风平浪静时相同，波高增大则汹涛阻力随之增加。对于风、浪阻力增加而引起的速降，一般认为，l3来自风的作用，23来自浪的作用。这是由于大型船舶吃水大、船速快，水线下船体受到阻力亦大。,失速大小估算的方法,船舶在风浪中自然失速的研究途径基本上有以下三种： 理论法：根据水一船体一空气系统能量平衡的原则，运用计算公式算出阻力的增加和自航要素的变化，在主机功率不变的情况下求得航速下降量。 试验法：借助水池和风洞的模拟试验，测得有关要素，从而确定失速值。 实验法：基于大量实测资料和船舶耐波性试验的结果，运用统计方法求得计算船舶在波浪中失速的经验公式或据此绘制的各种失速计算图表。 目前，第三种方法在实用中采用得较多。,船舶运动性能曲线图 Ships Performance Curve,波高-航速关系图：根据船舶与波浪的三种不同情况：顶浪、顺浪、横浪和浪高，从曲线中可以查算出航速。,船舶运动性能曲线图,近年来，美国气导公司进一步研究、统计得出20种船型在风浪作用下的船舶运动性能曲线。该图为船速为20节液化燃料船的性能曲线。,有意减速,船舶在大风浪中顶浪航行时，由于剧烈的纵摇和垂荡而引起的甲板上浪、拍底以