船舶安全航行实用台风浪场快速确定方法硕士论文.docx

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 Avoidance

A thesis Submitted to
Dalian Maritime University
In partial fulfillment of the requirements for the degree of
Master of Engineering

By

中 文 摘 要
摘 要
热带气旋是一种强烈的天气系统，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D—P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
ABSTRACT
The 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 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 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 wind 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 meteorological 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 fractal 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 has important theoretical and practical value to reasonably effectively determine ship's 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; Meteorological safety Guarantee

目 录
目 录
第1章 绪 论 1
1.1 研究意义 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 基于常规观测资料的研究 3
1.2.2 基于气象卫星资料的研究 4
1.3 本文主要工作 5
第2章 船舶避台方案制定过程分析 7
2.1 目标圆方法设计避台航线 7
2.1.1 目标圆避台方法技术原理 8
2.1.2 目标圆法避台过程分析 10
2.2 真运动作图法设计避台航线 12
2.2.1 真运动避台方法技术原理 12
2.2.2 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 17
3.1 中国实时风场资料来源分析 17
3.2 日本实时风场资料来源分析 19
3.3 美国实时风场资料来源分析 23
3.4 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 26
4.1 基于多源信息的近地表卫星风场资料产品介绍 26
4.1.1 基于多源信息的近地表卫星风场资料产品简介 26
4.1.2 MTCSWA风场资料来源 28
4.1.3 MTCSWA产品与现常用资料对比分析 29
4.2 台风风场标绘系统 34
4.2.1 台风风场标绘功能实现 34
4.2.2 风场标绘过程分析 35
第5章 实例仿真结果 39
5.1 船舶基本情况及天气条件 39
5.2 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总结会议报告上获知，中远各公司的防台成功率几乎达到了100%，避台技术大大保障了船舶及货物安全，但难免产生了额外的航时损耗。就上海远洋运输公司的一份报告显示，在2008年海务监督部共追踪315艘次船舶其中192艘次船舶受台风影响，包括在航船舶34艘，滞航船舶36艘次，绕航船舶75艘次，锚泊船舶55艘次。再如仅2009年西北太平洋上的第8号台风“莫拉克”，就造成上海远洋公司船舶航行时间损失689.7h，航程损失5132.8n mile，班期损失1501.6h。
当遭遇台风时，驾驶员首先要确定自身的抗风浪等级，再结合台风路径预报和强度及台风中心周围风场分布合理选择绕避计划。而依据当前常用的台风风场资料来源的决策，管理人员常常会由于对台风风场的不确定性而留有更多地安全余量。往往使船舶因绕避台风造成不必要的航行时间、航程以及班期损失，影响企业的经济效益。而近年来，随着航运市场竞争的加剧，企业的经济效益愈加被重视。所以，如何在避台过程中选择一条高效经济的绕避计划，俨然成为当下航运企业所关心的重点。
目前，我们常用到的有中、日、美三国提供的风场资料，通过横向比较三家凤凰仓发现，三家提供的风场资料除了本身存在的误差之外，更重要的是它们所提供的风场分布太过粗糙，不能准确反映台风中心附近风场的分布情况。不能为精细化避台方案的的实施提供有力参考。
因此，当前是否有更加精确、详实的台风风场产品，以及如何将这种产品应用到精确化避台实践当中，用以更好地指导船舶绕避台风、处理突发情况、提高经济效益成为本文的研究目的之所在。
1.2 国内外研究现状
物理海洋学的重点研究对象之一就是海面风场，海面风是海洋学和气象学的基本参数，他们对海洋工程、军事建设和航海安全等方面都有着重要的影响，它可以调节海气热通量、湿度、水蒸汽及气溶胶等，从而影响区域甚至全球气候的变化。而且，海面风直接影响着海浪、海流、水团的流向及流速，与我们海上船舶航行息息相关，同时也是研究大气和海洋之间热量交换和物质交换的重要考虑因素[9]。
1.2.1 基于常规观测资料的研究
常规的风场观测资料由于长期经费的缺乏，以及恶劣的海上环境和人为的一些因素，全球范围的台风的观测数据主要依靠来自海岸、岛屿的站点和海上船只的观测。但是，这种零星的海上测量的台站与广裹无际的海洋相比，不仅显得极其稀少，而且分布不均，所以非系统性的观测造成统计数据的不完整，无法对海上大风风场及波浪场的状况进行系统的了解[10]。
第二次世界大战期间，出于军事需要，使用军用飞机和航空母舰被来探测台风。到上个世纪40年代末，才把台风观测列为常规性观测业务[11]。同时，第一张台风雷达图像诞生，清楚地显示了台风降水以及台风眼和螺旋雨带，为侦测离海岸数百公里的台风提供了可能。20世纪50年代末，又应用多普勒雷达来测算气象探测飞机的基速度，直到那时，台风风速的准确测算才成为现实[12]。
1.2.2 基于气象卫星资料的研究
海洋科学发展史上的一个新的里程碑是地球轨道卫星及遥感技术的应用[13]。与传统的海洋观测相比，卫星遥感技术除了观测数据准确之外还具有投资少、监测能力强、覆盖面积大、全天候的特点[14]。
由于气象卫星具有观测区域大、探测重复期短和实时性强等突出的优点，发回的卫星云图不仅在气象预报中起到至关重要的作用外，而且在环境监测中，特别是在一些自然灾害，例如台风、洪涝、雪灾和林火等的监测中也起到重要的作用。因此，对卫星云图进行处理，获取卫星云图所提供的全天候的大气、海洋和云况等信息，为天气监测预报和防灾减灾决策提供依据就显得至关重要[15]。
1954年，美国利用火箭成功的拍摄云图，引发了人们利用卫星作为平台进行大气探测的设想[16]。1960年4月1日，美国又成功发射了第一颗气象试验卫星，命名为泰罗斯—1号(TIROS1)，开创了人类将卫星应用于气象科学的先河。从此，气象卫星的应用不断的发展。
利用卫星观测海面风场技术是当前发展最快，且趋于成熟的一种先进方法[17]。目前，微波散射计、微波高度计、微波辐射计和合成孔径雷达(SAR)等诸多传感器皆可用于测量海面风场测量，但是，微波风散射计是公认获得大范围海区海面风速风向资料的最好的传感器[18]。
根据卫星云图上云团而移动而推导出的风实际是云顶风，不是海面风，而高度计仅能进行天底点测量，且扫幅很窄，所以只能得到风速资料，无法得知风向。微波辐射计则通过测量和海面风场有关的海面亮度温度，再对海面风速进行反演，但也只能得到风速资料，且受天气条件限制，SAR虽然可以对海面风速和风向进行反演，但其扫描范围小，重复率不好，而散射计可以在任何天气条件下给出海面风速风向数据，且扫幅很宽，因此散射计风场资料的应用受到了广泛重视[19]。
迄今为止，全球范围内共发射了6颗载有散射计的卫星，分别是：1978年美国发射的Sea sat，1991和1995年欧洲空间局发射的ERS-1、ERS-2，1996年和2002年日本发射的ADEOS-I、ADEOS-II和1999年美国发射的Quick SCAT，这些散射计为我们提供了高分辨率且全面的的全球海面风场资料。
关于气象学中的台风数值模拟，是全面考虑台风大气环流演变过程、温度场以及能量平衡等复杂的物理因素，以热力学和流体动力学为基础，其模拟预测的风场更为真实，为台风的行成与发展的数值预报作准备，数值预报模式成为目前国内外台风路径业务预报所使用的主要工具[20]。
现在已投入业务使用的有美国海洋大气局(NOAA)地球流体动力实验室有限区域数值预报模式(GFDL)、英国气象局全球谱模式(UKMET)、美国海军全球大气预报模式(NOGAPS)、日本气象厅(JMA)全球谱模式(GSM)和有限区域谱模式(TYM)等。
近些年来，气象学中又涌现出了如MM5、MMS、RAMS、WRF和ARPS等等很多著名的中尺度模式。WRF模式系统是由美国研究部门及科学家共同参与研究的新一代中尺度预报模式和同化系统，ARPS模式是美国Oklahoma大学的风暴分析和预报中心(CAPS)研发的非静力高分辨率区域预报系统。CE模式是最初发展于美国纽约大学，70年代早期被美国海军广泛采用一种离散化数值风场模型[21]。
我国自主研发的区域 GRAPES 台风模式目前在台风预报上有着不错的表现，其路径预报和强度预报均实现了初步的业务应用，当然，在台风预报尤其是台风强度预报方面还有很大的提升空间。据一份检验评估报告结果显示，GRAPES-TYM模式对西北太平洋及南海台风的路径和强度预报性能均优于 T213 全球台风预报模式。
1.3 本文主要工作
(1)根据2013年和2014年的台风观测历史资料以及现有的台风观手段研究成果，经过与具有丰富航海经验远洋船长的交流，更加深刻的体会到台风对于海上船舶的威胁，并就台风影响下的大风环境进行分析，实践中结合自身的抗风浪等级如何制定避台航线有了全面的了解。
(2)就西北太平洋海域，船舶驾驶人员及相关安全人员获得的风场信息的常用气象网站及其提供的重要天气图进行跟踪研究，并对其提供的风场图对比分析，并发现多家分析结果在指导精确避台中的不足。
(3)经过对大气海洋管理局发布的风场产品进行分析，引入其MTCSWA产品，建立台风风场精确风场标绘系统，并使用VC++实现其功能，以实现台风天气下，利用MTCSWA风场指导船舶高效避台。
(4)使用本系统对某船舶的实际航行进行实例仿真分析。结果表明，该系统可以直观且较精确地显示船舶与台风中心的相对位置，尤其能够给出较为精确的风场信息，可以对船舶航线安全性作出评价，为船舶驾驶员及其相关安全负责人员选择安全、经济的避台航线提供重要的参考依据。
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船舶绕避热带气旋风场快速确定方法研究
第2章 船舶避台方案制定过程分析
据统计，每年发生在全球各海区的台风有70到80之多，而西北太平洋台风又是台风高发海域，远高于其他海区，每年发生28个左右，中国近海及沿海地区受台风影响最为严重。给海上船舶带来了极大的安全威胁。因此，各航运企业都对船舶的防抗台风工作给予极高的重视。在各公司内部，都建有防抗台风的安全管理体系，就安全的角度而言，以避绕为主的“防台”比台风袭来时的“抗台”要安全得多。所以在防抗台风实践指导工作工作中，基本是按“以防为主，防抗结合，适时早避，留有余地”的原则执行[22]。
船舶在航行中能否成功地避开台风，取决于诸多因素，首先在制定绕避方案前，驾驶人员应当充分考虑船舶的实际情况，如船舶在大风浪中的失速，可能受到的最大风力，与台风中心的最近距离，其次应该充分的掌握主辅机等设备的工况，船舶的操作性能及货物的装载情况等来确定自己的抗风浪等级[23]。
然后根据最新的气象部门提供的台风动态，其中最重要的就是台风中心强度和台风路径。再结合自己船位动态信息与台风的相对位置关系，确定危险区域，以中远为例，一般要求船舶绕开8级风圈、300nm或者保持船舶处于气压不小于1000hpa的范围内，从而制定避台决策方案[24]。
2.1 目标圆方法设计避台航线
从之前资料上的记载总结的避台方法大致有以下几种，分别是扇形避台法、海图作业法、最佳扇面法等，但上述各方法均存在一定的弊病，而在实践中很少有人使用。
经过多年探索，学者们根据台风预报的误差概率和海浪场特点，制定出一套以台风预报为背景、以船舶的抗风能力和在海浪中的失速为限制条件、以台风预报精度及其周围海浪场分布特征为依据的船舶绕避台风的技术方法—目标圆法[25]。
2.1.1 目标圆避台方法技术原理
目标圆避台法就是以台风预报的目标圆为背景，台风周围海浪场分布特征（8级、10级风圈半径）为依据，船舶抗风能力和失速为限制条件，划分出三个环形区域，即安全区、危险区和风险区，然后根据各类船舶风险度选择适合该船的避台风险等级，进而为船舶设计安全避台航线。该方法自1996年开始探索并试用至今，取得了良好的效果[26]。
实践证明，台风中心的实际位置并非与预报的位置完全吻合，而是分布在以预报点为圆心、预报误差(WC)为半径的圆形区域内，台风移动方向的不同，导致预报误差的不同，所以，只用一个平均值来做目标圆半径的话，结果有时候偏大，有时候偏小。为了使避台方案更加高效和经济，我们根据不同的台风移动方向而选取不同的目标圆半径以取代早先的同一目标圆半径值，以下称这一圆形区域为目标圆[27]。图2.1为为24、48、台风路径预报目标圆示意图。

图2.1 台风路径预报目标圆
Fig.2.1 Target circle of typhoon tracking forecast
目前，绝大多数船舶的抗风能力都达到8级以上，所以一般认为船舶在台风8级风圈之外航行是安全的，在8级至10级风圈之间航行是存在一定风险的，而在10级风圈和目标圆之间船舶可能遭遇10~12级强风，则认为存在一定的危险，如果航行在目标圆内，便存在被卷入台风中心的可能，可以认为是禁区，将对船舶安全构成极为严重威胁[28]。
那么把8级风圈和10级风圈叠加到台风预报的误差概率圆上，如图2.2所示可以把台风周围海域划分成始终落在8级风圈以外的安全区、8级风圈至10级风圈之间的风险区、10级风圈以内的危险区和目标圆内部的禁区[29]。同时将船舶安全状态与船舶未来所处位置与相联系，即如表2.1所示，评判出船舶在各种状态下的风险度，进而选择适合自己船舶的避台等级，为制定避台方案提供进一步的依据[30]。

表2.1 船舶风险度和避台风险等级
Tab.2.1 The level of vessel risk and typhoon avoidance risk

船舶位置

安全区
风险区
危险区
风险度
1级（安全）
2级（有风险）
3级（有危险）
避台等级
安全避台
风险避台
危险避台

图2.2 目标圆风险区、危险区、安全区示意图
Fig.2.2 The chart of risk area danger area and safety area for target circle
2.1.2 目标圆法避台过程分析
在应用目标圆方法避台之前，需绘制未来船舶一台风综合动态图，如图2.3所示。即根据台风综合预报结果和船舶允许航速(根据运营航速、现行航速并考虑风浪中失速而定)，推算出每隔3一6小时的舶舶位置和台风位置(有时需画出8级、10级大风圈) 并标注。从众多时刻舶舶与台风位置的连线的变化中可以直观反映两者之间相对位相和距离的演变，也可推导出船舶何时驶入警戒区，以便及时进行航线调整[31]。其流程如图2.4所示。

图2.3 目标圆手动动态标绘图
Fig.2.3 Manual plotting chart of target circle

图2.4 目标圆法避台流程示意图
Fig.2.4 The chart of process for typhoon avoidance by target circle
从上图可以获知许多有用的信息，可以根据船舶与台风的相对位置变化确定船舶进入8级、10级大风圈的时间及位置，以及船台之间的最短距离和时间，如上图所示船舶于21日1300Z驶入8级大风圈边缘M1处，此时台风移至O1，如图示其目标圆及8级、10级大风圈。当时间推移至22日0300Z时船台间距离最短，船舶位于M2点，台风中心为O2点，这时船舶已经入目标圆内，即所谓的禁区，安全受到严重威胁[32]。
此时，航海人员必须对原航线做出调整，以避开危险区域。如图2.5所示，可供选择的避台方案有两种，一种当M0点向以O2为圆心的8级大风圈做切线，交于N1点，船舶从M0点航至N1点，再到P1点，再逐渐回到计划航线上，始终保持船舶处于安全区域，称之为安全避台；另一种是当M0点向以O2为圆心的10级大风圈做切线，交于N2点，船舶从M0点航至N2点，再到P2再逐渐回到计划航线上，始终保持船舶处于风险区域，称之为风险避台。

图2.5 目标圆避台航线示意图
Fig.2.5 The chart of typhoon avoidance routing by target circle
2.2 真运动作图法设计避台航线
2.2.1 真运动避台方法技术原理
虽然目标圆避台法可以把台风中心附近区域划分为危险区域、风险区域和安全区域，也相应给出了各个等级避台航线的推荐路线，驾驶人员可以依据自身情况，选择符合自己利益最大化的航线避台[33]。
但是通过对航运企业的实地走访和调研，发现在实际避台过程中，航海人员及各大企业安监部门负责人通常会用“一刀切”的方法，依然会根据以往经验设定几个指标，指导船舶不得驶入指标范围内的危险区域，这些指标通常是8级或10级大风圈、200或300nm、1000hpa气压带等。以中远为例，现在的惯用做法通常是指导船舶驶离7级或8级大风圈。
真运动避台法中决定船舶是否避台以及何时避台的重要基础是通过推算船位和台风路径预报，判断现在和未来时刻船舶和台风间的相对位置变化是否构成危险，具体做法是根据雷达标绘原理，在海图上用真运动作图法标绘船舶—台风的运动关系图，求出未来时刻船舶与台风之间的最近会遇距离(DCPA)，并推算出到达最近会遇点位置的时间（TCPA），描绘出相遇时的情况。如图2.6所示。

图2.6 真运动图求DCPA、TCPA
Fig.2.6 The chart of calculating for DCPA and DCPA by real motivation
2.2.2 真运动避台过程分析
在航船舶附近海区有台风活动时，应至少提前72h确定是否有可能进入台风危险区域，在距危险区48h就应进入戒备状态，并开始着手设计避台航线。从某一时刻T0为起始时刻，以该时刻船舶位置S0为起始位置，并标出船舶的计划航线CA，再按台风预报路径在海图或台风标绘图上划出移动路径图TA，如图2.7所示。

图2.7 船舶台风位置关系图
Fig.2.7 The chart of the relationship between vessel and typhoon
上图中，分别在船舶计划航线上和台风预报路径线上，以6 h为间隔各自推算船舶位置和台风预报位置，标出S1，S2，S3和T1，T2，T3位置点。另过T2点作T2T2′//S0S2且T2T2′=S0S2，连接T0T2′并延长之，得到相对运动线L。T0T2′则为与上述相同时间间隔的相对航程。过S0作相对运动线L的垂线S0P，S0P即为未来船舶与台风之间的最近相遇距离，即DCPA。分别量取T0T2′和T0P的长度，当台风从T0移到T2位置时，在相对运动线上的位置是T2′，因此从T0到T2′的时间是12 h，由公式3.1即可求出T0到P的时间X，即TCPA。
X=12×T0PT0T2' （3.1）

有时，船上收到的台风信息资料存在台风中心定位精度的问题，因此，从安全角度出发，在分析本船与台风的相对位置时应考虑精度问题，应始终把台风放在最不利本船安全的位置来考虑。
假设台风定位精度为E，分别在原台风中心位置T0、T1、T2、T3外套一个精度E为半径的圆，连接对应时刻本船船位与台风中心位置点，分别交圆于T00、T11、T22、T33，连接T00、T11、T22、T33即得到定位精度E下对船舶最不利的台风路径CT′参照上例可以得到一条新的相对运动线L′，并可依据公式3.2求出本船与最不利的台风路径会遇的DCPA和TCPA，如图3.8所示。
X=12×T00P'T00T'22 (3.2)

2.8 定位精度E情况下的船舶台风位置关系图
Fig2.8 The chart of the relationship between vessel and typhoon under positioning accuracy E
当确定了台风与本船的位置关系后，就可以对危险程度就行判定，并采取措施，就以中远为例，认为船舶处于7级大风圈外是安全的，否则是危险的，那么在上图本船位置S0处以7级大风圈为半径画圆。如图3.9所示，来看相对运动线是否穿越7级大风圈。
如果相对运动线不穿越7级大风圈，则认为船舶是安全的，无需采取避让措施，如果相对运动线穿越7级大风圈，则认为未来会进入危险区域，对船舶人员安全不利，需采取措施，进行避离。通常做法是过T00点作7级风圈圆的切线L″，然后以T22点为圆心，T22T22′为半径画圆弧交L″于T22″和T22'''两点，连接T22T22″，则∠T22′T22T22″ (∠α)即是船舶采用向右改向避台时至少需要改变的航向度数，而∠T22′T22T22'''(∠β)则是船舶采用向左改向避台时至少需要改变的航向度数。

图2.9 避台措施分析图
Fig2.9 The chart of manners for typhoon avoidance

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第3章 现在可用台风风场资料来源分析
3.1 中国实时风场资料来源分析
目前，国家气象中心对台风预报模式采用T213、T639同时运行，T213模式是三角截断波数为213的谱模式垂直方向31层，模式层顶为10hPa，水平网格距0.5625°Í0.5625°，于1997年引进欧洲中期天气预报中心(ECMWF)中期数值预报谱模式源代码[34]。
T639模式是通过对T213模式进行性能升级发展而成，具有较高模式分辨率，其全球水平分辨率 30km，垂直分辨率60 层，模式顶到达 0.1hPA，边界层垂直分辨率较高，其中在 850hPA以下有12层。WRF（Weather Research and Fore-casting Model）是由美国环境预测中心(NCEP)、美国国家大气研究中心(NCAR)等科研机构和大学合作开发的新一代中尺度天气预报模式。
2014年7月1日08时（北京时）起，基于静止气象卫星及其他多源资料的融合，中央气象台开展了台风大风圈分析及12小时和6小时间隔台风预报业务化运行，并向全国各省（区、市）气象台下发相应预报分析业务产品，同时也在中央气象台官方网站上亮相展示[35]。
台风大风圈分析调整后，将分东北、东南、西南、西北四个象限分别确定七级、十级和十二级大风在不同象限的影响半径。
对台风预报（包含路径和强度预报），中央气象台在以前72小时预报时效24小时间隔预报的前提下，增加了12小时间隔的台风预报。与此同时，还在台风进入24小时警戒区后，增加了24小时时效内6小时间隔台风预报。
述两项预报业务的开展，加强了中央气象台对台风大风结构特征的描述，提升了台风大风的影响范围及台风路径、强度预报的精细化水平，增强了防台减灾的气象服务能力。
中国中央气象台(NMC)在西北太平洋出现台风时，通过互联网和其他途径每6h发布一次当前台风的位置、强度、以及24h、48h和72h的预报位置和强度，以及对应的7～8级、9～10级和11～12级大风警戒区。并且也会以文字的方式发布台风快讯[36]。见图3.1和图3.2。

图3.1中央气象台于2014年09月16日10时发布TC48h路径预报图
Fig.3.1 Track forecast chart for Sep.16th 2014 made by NMC

图3.2中央气象台于2014年09月16日08时发布的大风预报
Fig.3.2 Winds forecast chart for Sep.16th 2014 made by NMC
同时，国家海洋环境预报中（NMEFC）心也利用从美国WRF中尺度数值预报模式的基础上发展而来 的 NMEFC-WRF台风数值预报业务化系统输出逐时气象要素预报场，该系统的网格分辨率为18km，垂直分层为31层，计算区域覆盖亚洲东部及西北太平洋。目前该业务系统每天运行两次，即起始时间为08时和20时（北京时），预报时效为72h[37]。见图3.3。

图3.3 国家海洋环境预报中心发布2014年9月15日的台风风场
Fig.3.3 The typhoon wind field chart for Sep.15th 2014 made by NMEFC
3.2 日本实时风场资料来源分析
日本气象厅（JMA）从1953年起研究数值预报，1959年4月开始投入日常业务,1973年8月开始使用HITAC8800/5700计算机系统(每秒500万次)进入了原始方程模式时期。
JMA在其网站上提供了两种类型的格点资料，分别为有限区域和半球资料，有限区域资料范围为20°S~60°N, 60°E~160°W，格距为1.25Í1.25，格点数为113Í65；半球资料分北半球和南半球，格距都为2.5Í2.5，格点数为144Í37。其中有限区域资料又分初始场为世界时00时和12时两种，半球资料则提供初始场为12时的南北半球资料。初始场为12时的资料在次日北京时7:20分以后就可以下载,初始场为00时则顺延12h，也就是在当日北京时19:20分，两种类型的资料在网站上的保存时效都是3天[38]。
JMA提供的资料包括路径预报图、地面分析图和预报图、海浪分析图和预报图等。通过这些资料可以分析获取台风的移动路径、强度和大风浪范围。见图3.4。
其中路径预报是JMA通过气象传真机和互联网发布的72hTC路径预报及相应的警告区域，见图3.5。日本JMH的做法实际上是给出台风中心当前的实测位置，以及10级大风(风速不小于50kn)的范围；然后，以未来24、48和72h的台风预报位置为圆心，以近年来上述3个时间段的台风中心位置预报的平均误差为半径，画出台风中心未来落入概率为70%的概率圆；再将10级大风半径套在相应的概率圆外面，得到24、48和7