远洋船舶避台航线设计方案——以台风“杜苏芮”(2305)为例

避台航线最优化问题是远洋气象导航中的关键问题之一,为解决该问题,文中提出了一种面向船舶避台航线规划的图搜索算法,通过船舶失速模型和台风影响下的船舶航行风险识别方法,引入船舶变速集,定义图搜索算法中每条边的权重,基于计划航线改进图搜索算法的搜索策略,提高算法的效率和避台航线的平滑性,以获得最小航时的避台航线。以2305号台风“杜苏芮”为例验证算法在避台航线设计中的有效性,实验结果表明,该算法能够有效地躲避台风“杜苏芮”的大风浪影响,并得到最优航时航线,对实现船舶智能避台、优化船舶航线设计具有重要意义。     

气候变化背景下北极航线综合评估模型研究

在全球持续变暖的影响下,北极部分地区夏季出现无冰期,北极航线具有更短的航运距离和相对稳定的地缘政治人文环境。文章从气候变化角度出发,构建包含航行环境模块、航迹规划模块和航线经济效益模块在内的综合评估模型,评估北极地区海冰、风、浪、流等气象水文地理要素对船舶航速的影响,确定北极地区的可航行天数;在此基础上,利用A-Star算法寻找北极航线的最优路径,并分析该路径上的航运经济效益;采用该评估模型对比在RCP4.5情景下2050年船舶往返欧亚大陆之间经东北航线与经苏伊士运河航线的经济效益,结果表明,苏伊士运河航线的经济效益更高,北极航线可作为替补航线。     

基于权重的改进A~*算法航线规划研究

航线规划是保障船舶安全航行的重要措施之一,为避免在船舶航行过程中遇到的大风、大浪等危险因素对船舶的安全造成威胁,提出了一种基于权重的改进A~*算法航线规划方法。根据风浪网格数据,筛选出危险点集,利用基于权重的改进A~*算法快速寻找安全航行路径。实验结果表明,该方法能够高效、精确地标识出船舶安全航行的路径,提高了船舶巡航监测在航率、保证巡航的安全和监测任务的有效进行。     

"远望"号规避0704号超强台风天气过程分析

2007年7月上旬，“远望”号测量船在太平洋中部作业航行时，受到西北太平洋2007年04号Manyi超强台风过程的严重影响，由于预报准确及时，船舶航行计划进行适时调整，保证了远望号海上航行安全。在这次避台过程中，仅仅13日和14日两天，在我船航行的关岛附近洋面，就有2只船舶因台风大风而沉没。本文对这次台风过程进行了详细的气象分析。本文并提出WAVE WATCHⅢ海浪预报对台风的早期预报有较好的参考作用。     

一种基于有限状态机模型的局部转向避碰路径规划算法

针对多礁石、渔船等障碍物的近海复杂环境下的一些应用,提出了一种基于有限状态机(finite-state machine,FSM)模型的无人船(unmanned surface vehicle,USV)局部转向避碰路径规划算法。首先,基于速度障碍法和障碍物区域分层方法,获取无人船固定航速条件下的航向角约束解析结果。然后,基于该约束条件及障碍物探测情况设计FSM的有限状态及执行动作和状态迁移条件,其中,通过转向控制实现向目标位点或缓冲位点进行导航的状态为FSM的2个重要状态。最终通过FSM的执行实现局部转向避碰路径规划。仿真结果表明提出的多障碍物避碰算法具有可行性和实用性。该方法易于改进和扩展,且容易与当前主流的无人船控制系统结合,有利于无人船避碰系统快速工程化的实现。     

北极地区通航环境评估模型研究

通航环境是决定船舶北极航行安全的关键因素。针对北极地区通航环境的复杂性与危险性,对北极地区整体通航环境进行了系统的分析,并基于灰色系统理论构建了通航环境评估模型,进一步实现了模型的验证。其中,水文环境、助航及信息情报环境对北极地区安全通航影响最大。该研究为北极地区航行安全以及航线的设计提供了一定的理论参考。     

国家海洋局成功地进行九次气象导航试验

新华社北京一月十八日电(记者张继民)国家海洋局海洋环境预报中心一九八四年先后九次在横跨太平洋的几条航线上,进行了气象导航试验,导航效果已接近国外这类导航的先进水平。 气象导航亦称最佳航线。它根据海洋环境要素预报和船舶本身的运动性能,利用电子计算机模拟大量航线,从中优选出航行安全、航程较短、航时最省、人员舒适及货损最小的理想航线;船舶启航后,实行连续跟踪预报服务,提供航行海域未来的环境状况,如风向、风力、风浪及涌浪等,并结合船只及货载的具体情况修正船舶航向,加速或缓行,借以避难就易,提高营运效益。     

第十讲 信息畅通是航线服务的重要保证

一、信息畅通的必要性 在船舶最佳航线服务中,保持有关信息畅通无阻是十分必要的。可以毫不夸张地说,传输这些信息的通讯枢纽就是气象导航的生命线。如果气导机构不能及时地接受来自世界气象通讯网的各种气象、海洋资料、分析图表和预报产品,就无从计算最佳航线。同样,如果没有迅速可靠的岸、船通讯渠道,就不可能对船进行跟踪服务。所以,气象通讯网和岸、船通讯网确实是气象导航的重要支柱。     

基于ArcGIS的推荐航线专题制图方法研究

通过研究地理信息系统软件实现推荐航线的规划和海图专题图制作的方法,基于ArcGIS软件完成在不同比例尺海图基础上的航线数据采集及规划,利用COGO功能模块完成航向、航程等专题信息数据获取;使用字段计算功能和编写脚本程序完成智能化注记,实现专题信息的制图表达。实际应用表明,该方法能高效完成航线规划,提高制图效率。     

顾及恶劣海况的船舶救援路径规划

为了保障救援船舶在恶劣海况环境下能够安全、高效地到达救援区域,本文改进人工鱼群算法开展海上救援路径规划研究。选取地形、海风和海浪等指标进行风险度量,采用GIS（geographical information system）多指标决策方法构建海洋环境威胁场,通过粒子群算法计算救援路径规划的最佳参数,并实现海上救援路径搜索。实验表明,基于改进的人工鱼群算法规划的船舶救援路径效果更优,可为海上应急救援提供辅助决策参考。     

基于正交匹配小波算法的台风云系提取研究

西北太平洋是世界上台风发生频率最高、强度最强的一个海区,因此对西北太平洋台风的发生发展进行相关的分析研究是很有意义的。论文中利用静止卫星观测数据,进行了滤波、去噪等预处理,及综合优化的云检测处理;在此基础上,利用改进的正交匹配小波算法,实现了西北太平洋地区台风云系特征的提取。运用该算法提取出的台风云系特征参数简单,与其他算法比较,尽管提取精度有待改进,但是用于台风的监测预警可提高效率,适用于台风预报预警监测的业务化应用。     

大气-海浪耦合模式及其在理想台风模拟中的应用研究

采用传统的理论模型或者经验公式构建台风动力场驱动海浪模式,无法反映台风影响下海气动力过程,难以为海浪模式提供高精度的台风风场、气压场数据。为解决这一问题,基于中尺度大气模式WRF和第三代海浪模式SWAN,构建大气-海浪实时双向耦合模式,并将其应用于理想台风的模拟之中。建立的WRF-SWAN耦合模式能够成功模拟理想台风影响下的台风浪分布特征,揭示了台风风场和台风浪在空间上的“右偏性”不对称分布特征,该模型可推广用于实际台风浪的模拟分析。     

基于长短时记忆神经网络的台风路径临近预报模型

It is of vital importance to reduce injuries and economic losses by accurate forecasts of typhoon tracks. A huge amount of typhoon observations have been accumulated by the meteorological department, however, they are yet to be adequately utilized. It is an effective method to employ machine learning to perform forecasts. A long short term memory(LSTM) neural network is trained based on the typhoon observations during 1949–2011 in China's Mainland, combined with big data and data mining technologies, and a forecast model based on machine learning for the prediction of typhoon tracks is developed. The results show that the employed algorithm produces desirable 6–24 h nowcasting of typhoon tracks with an improved precision.     

百年尺度东海内陆架风暴事件重建:器测记录与沉积记录耦合

未来全球变化可能带来极端事件的强度增加、频度提高，加之海面上升加快，给海岸带防灾减灾工作带来更新防护标准的课题。由于台风的器测记录时间较短，需要从其他载体寻找替代指标以延长台风记录的时间跨度，这样才能更好地估计极端事件的强度–频率关系。陆架泥质区的风暴事件沉积记录和历史文献中的有关灾害记录，是拓展台风记录的两个方向。本文试图通过台风观测记录与沉积记录的耦合，重建百年尺度东海内陆架泥质区的风暴事件沉积记录，并与气象灾害记载的台风暴潮成灾事件相印证，以期探讨陆架泥对台风事件的保存潜力，及其可能反映的台风信息(如路径和强度)。2018年在浙江温岭近海采集了2 m长的柱样沉积物(J1)，通过多指标(粒径分布、D₉₀、Zr/Fe、Sr/Al、Ca)综合识别出台风沉积事件；采用放射性同位素210Pb定年法确定沉积物的年代序列，将识别的台风沉积记录与器测台风记录通过时间标尺进行耦合分析。结果显示，J1的沉积速率约为1.1 cm/a，年代跨度大约是1836年至2018年；整根柱样共识别出25次台风沉积事件，其中气象观测时期(1950?2018年)有10次台风事件留下了沉积记录，这10次台风的平均风速与影响J1的所有台风平均风速比较接近，且大多数属于登陆浙闽、成灾较严重的III型和IV型台风。通过多变量综合分析，发现就J1而言，沉积记录中台风事件的保存潜力约为30%；另外，历史文献中记载的台风事件可能偏重于登陆、成灾的较强台风，因而文献记录的台风数量显著少于实际产生影响的台风数量。这些认识有助于更好地利用沉积记录中保存的台风事件拓展台风记录的时间跨度，也有助于指导未来的采样地点，以尽可能多地获得保存更完整的台风沉积记录。     

浙江主要气象灾害概述

气象灾害每年都有,只是轻重程度不同。就全国和全省范围来说,很少有真正风调雨顺的年份。本文根据1951～1988年38年的气象历史资料及有关政府部门的材料、简报、报道,统计出台风、洪涝、海上大风和强对流等几种主要气象灾害对浙江经济造成损失和伤亡人数。文中对主要气象灾害的特点、一般规律和灾情作了概述,并列出一些典型实例,提出了预防气象灾害的意见。     

南海风暴潮对风场和外围海水敏感性研究

为探索来自西北太平洋台风风暴潮与南海局地生成台风风暴潮不同,本研究在假设两种台风气象条件相同情况下,研究随台风而来外围海水所形成增水对南海沿岸的影响。以0814"黑格比"强台风风暴潮为基础,使用ROMS(regional ocean modeling system)模式进行数值模拟并通过设计对比试验方法进行研究,研究发现在台风登陆时引起的增水最大,最大增水出现在台风路径右侧,其中在沿岸区域,外围海水形成增水约占总增水10%,且大约3 h后出现增水回震现象。同时,设计对比试验,研究来自西北太平洋台风风暴潮对台风路径、台风强度、台风移动速度和流入角等气象条件敏感性,并获得与前人一致的结果。     

An experimental analysis for the impact of 3D variation assimilation of satellite data on typhoon track simulation

A series of test simulations are performed to evaluate the impact of satellite-derived meteorological data on numerical typhoon track prediction. Geostationary meteorological satellite (GMS-5) and NOAA‘ s TIROS operational vertical sounder (TOVS) observations are used in the experiments. A three-dimensional variational (3D-Var) assimilation scheme is developed to assimilate the satellite data directly into the Penn State-NCAR nonhydrostatic meteorological model (MM5). Three-dimensional objective analysis fields based on the T213 results and conventional observations are employed as the background fields of the initialization. The comparisons of the simulated typhoon tracks are carried out, which correspond respectively to assimilate different kinds of satellite data. It is found that, compared with the experiment without satellite data assimilation, the 3D-Var assimilation schemes lead to significant improvements on typhoon track prediction. Track errors reduce from approximately 25% at 24 h to approximately 30% at 48 h for 3D-Var assimilation experiments.     

Simulation of Storm Surge and Wave Due to Typhoon Isewan (5915)

An integrally coupled wave-tide-surge model was developed and then applied to the simulation of the wave-typhoon surge for the typhoon Isewan (typhoon Vera (5915)), which is the strongest typhoon that has struck Japan and caused incalculable damage. An integrally coupled tide-surge-wave model using identical and homogeneous meshes in an unstructured grid system was used to correctly resolve the physics of wave-circulation interaction in both models. All model components were validated independently. The storm surge and wave properties such as the surge height, the significant wave height, wave period and direction were reproduced reasonably under the meteorological forcing, which was reprocessed to be close to the observations. The resulting modeling system can be used extensively for the prediction of the storm surge and waves and the usual barotropic forecast.     

Simulation of Storm Surge and Wave Due to Typhoon Isewan(5915)

An integrally coupled wave-tide-surge model was developed and then applied to the simulation of the wave-typhoon surge for the typhoon Isewan(typhoon Vera(5915)), which is the strongest typhoon that has struck Japan and caused incalculable damage. An integrally coupled tide-surge-wave model using identical and homogeneous meshes in an unstructured grid system was used to correctly resolve the physics of wave-circulation interaction in both models. All model components were validated independently. The storm surge and wave properties such as the surge height, the significant wave height, wave period and direction were reproduced reasonably under the meteorological forcing, which was reprocessed to be close to the observations. The resulting modeling system can be used extensively for the prediction of the storm surge and waves and the usual barotropic forecast.     

An experimenal analysis for the impact of 2D variation assimilation of satellite data on typhoon track simulation

A series of test simulations are performed to evaluate the impact of satellite-derived meteorological data on numerical typhoon track prediction. Geostationary meteorological satellite (GMS-5) and NOAA‘s TIROS operational vertical sounder (TOVS) observations are used in the experiments. A twodimensional variation assimilation scheme is developed to assimilate the satellite data directly into the Penn State-NCAR nonhydrostatic meteorological model (MM5). Three-dimensional objective analyses fields based on T213 results and routine observations are employed as the background fields of the initialization. The comparisons of the simulated typhoon tracks are also carried out, which correspond respectively to the initialization scheme with two-dimensional variation (2D- Var), three-dimensional observational nudging and direct assimilation of satellite data. It is found that, comparing with the experiments without satellite data assimilation, the first two assimilation schemes lead to significant improvements on typhoon track prediction. Track errors reduce by 18% at 12 h for 2D- Var and from about 16% at 24 h to about 35% at 48 h for observational nudging. The simulated results based on assimilating different kinds of satellite data are also compared.