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冯振玉:国内航区气象衡准探讨(Z.2015.12)
新闻来源：中国船检
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冯振玉 2017-08-02
对于低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播完整稳性的计算，在《国内航行海船法定检验技术规则》（以下简称《国内规则》）中有稳性衡准数K的校核，在《2008年国际完整稳性规则》（以下简称《IS规则》）中有气象衡准数K的校核。两部规则对K值的命名不同，正确地说，应叫气象衡准数。因为稳性衡准的参数诸多，它只是其中之一，且与气象条件密切相关。K值大小的决定因素是风压，风压的大小取决于风速，而决定风速大小的又是风级。故气象衡准数的大小，实质上就是反映低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播抵抗自然风级的能力。一般称K=1时为临界气象衡准，此时的抗风能力为气象衡准的最低要求。
两部规则对气象衡准要求的形式不同，对低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播抗风能力的标准也不同。相对而言，在切合实际方面，《IS规则》的标准要优于《国内规则》的标准。现具体分析如下：
气象预报中风级与风速的关系
低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的抗风能力，应针对气象预报的风级。气象预报是以海平面之上10m高处的平均风速为准，按蒲氏风级进行预报。其风级N、风速V和风压P之间存在着下述关系：
N级风时的平均风速:V=0.836 N1.5(m/s) ……(1)
风压与风速的关系:P=0.7356 V2(Pa) ……（2）
或V=(P/0.7356)0.5(m/s)……（3）
气象预报的风级与风速的关系见表1。
从表1可以看出，每级风的风速大小都有一定的范围，故在预报低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的可抗风级时，应以可抗某级风的最大风速为准，以便覆盖该级风速的全部范围。例如，对于满足K=1临界衡准时的风速V=28.1m/s，则按28.1m/s在表1的最大风速栏反向插值，求出对应的风级为N=9.9(也可以按公式N=10(lgV+0.0778)/1.5-0.49进行计算)。但预报低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的抗风等级时，应按气象预报都是整级风的形式，只取N的整数部分。
核算气象衡准时的风压取值
《国内规则》将航区划分为远海、近海、沿海和遮蔽四个航区分别进行风压取值。对于渔船，因为遮蔽航区都在禁渔线之内，不允许渔船作业，故只保留了前三个航区。但不管是交通船还是渔船，其航区风压的取值都是相同的。
《IS规则》对风压的取值不分航区，但对于不同的船类取值略有不同。对于商船和船长不小于45m的渔船，其风压取值一律为504Pa。对于船长为24m和45m之间的渔船，其风压依低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播水上侧投影面积中心到水面的高度h不同而变化，也就是考虑了风速梯度系数c的影响。
《IS规则》与《国内规则》计算气象衡准值时，都以距离水面6m高度处的风压为基准，其他高度处的风压系按风速梯度系数c进行修正。对低于6m高度的风压，《国内规则》适用于船长不小于20m的所有低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播;《IS规则》只适用于船长为24m和45m之间的渔船，相当于放宽了校核的标准。两者计算风压取值的对比见表2。
表2中的风速梯度系数c，系指距离水面不同高度处的风速，与距离水面6m高度处的风速之比。这是考虑空气具有粘性，同一时间内在不同高度处的风速不同。从表2所列数据看，《IS规则》与《国内规则》风速梯度系数的取值基本一致。
《IS规则》气象衡准的内容及最低抗风等级
《IS规则》气象衡准的规定是：假定低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播失去动力且处于横风横浪之中，在定常风的作用下，低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播向下风舷横倾了一定的角度，然后在此角度下受波浪的作用共振谐摇。当低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播摇至上风舷最大角度时，刚好受到突然加大的阵风，将船吹向下风舷产生横倾。用低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播自身抗倾覆能量与这种风浪联合作用倾覆能量的比值K，作为气象衡准数，并规定K≥1。其数学模型见图1，校核的步骤如下：
图1《IS规则》气象衡准
(1) 低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播受到垂直于其中心线的一个定常风压的作用，产生一个定常风倾力臂(lw1);
(2) 假定在波浪作用下，低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播由lw1的平衡角(φ0)向上风一侧最大谐摇至横摇角(φ1);
(3) 然后低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播受到一个阵风风压，产生一个阵风倾侧力臂(lw2)，且lw2=1.5 lw1;
(4) 在此情况下，面积“b”应等于或大于面积“a”，即K=b/a≥1。
在《IS规则》的数学模型中，设定阵风风压力臂w2与定常风风压力臂w1之间有w2=1.5w1的关系。由于风压力臂与风压成正比，故阵风的风压P2与定常风的风压P1之间同样存在P2=1.5P1的关系。利用公式(3)V=(P/0.7356)0.5(m/s)，可以反推出P2所对应的风速V2，再以V2作为最大风速，反推出可抗的阵风风级。它们之间的对应关系见表3。
由表3可见,《IS规则》满足临界气象衡准的最小抗风等级为10.9级。若联想发挥一下，当初规则的设定应该是11.0级，有可能是上述公式推导过程中累计的误差所致。
《国内规则》气象衡准的内容及最低抗风等级
《国内规则》气象衡准的规定是：假定低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播失去动力处在横浪之中共振谐摇，当摇到某一舷最大角度时，受到突然吹向另一舷的横向阵风而发生横倾，用低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播自身抗倾覆能量与这种风浪联合作用倾覆能量的比值K，作为气象衡准数，并规定K≥1(其数学模型略)。
按照前述的步骤，同样可以求出《国内规则》临界气象衡准时的最低抗风级别，具体见表4。
由表4可见,《国内规则》满足临界气象衡准的最小抗风等级分别为:远海航区13.3级;近海航区10.8级;沿海航区8.5级。
国内航区气象衡准的讨论
从表3和表4的对比可以看出，就临界气象衡准的最低抗风能力而言,《IS规则》10.9级的标准与《国内规则》三个航区的标准相比，是一低、一高、一持平。即其较远海航区要求的13.3级低了2.4级；较沿海航区要求的8.5级高了2.4级；较近海航区要求的10.8级高0.1级(持平)。根据国内低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的航线及营运的实际需求，现对国内航区的衡准提出几点意见供讨论：
(1)《IS规则》适用于全球海域的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播，应该说中国的海域也不属于例外。即使《国内规则》规定的“南海距岸120n mile( 台湾岛东海岸、海南岛东海岸及南海岸距岸超越50n mile)”以外的远海航区，其通常海况的恶劣程度总不会超越“好望角”海域和北大西洋冬季的海况。故将国内航行低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的抗风等级提高并超越了国际航行的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播，缺乏令人信服的依据。
(2) 航区应是指低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播营运作业的海域。低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播往返于各个港口之间，其最佳航线基本上是固定的，在正常情况下，国际营运低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播偏离航线的距离都有一定的范围。对于国内航行的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播，偏离航线更会有限。即使按现行的航区划分，除去三沙航线极少数的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播之外，其他低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的航线都不经过远海航区，即使航向偏离也不会偏到远海航区。故对国内低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播设定的远海航区，实在没有什么意义。如果仅为南沙航线而设，未免过于偏颇。
(3) 现在低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播科技如此发达，无线电通信系统如此先进，通过接受气象传真，低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播或停航或绕道或借港避风，完全可以避开暴风的袭击（我国远洋作业的渔船，一直使用《IS规则》的衡准，而从没有遭遇暴风袭击的事故就是例证）。对于国内航行的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播，更不可能遭遇12级飓风的袭击，将最低抗风级别定到13级以上，显得过分保守，保守会对社会资源造成巨大的浪费。
(4) 满足沿海航区气象衡准的绝大部分都是中小型船。从历年统计来看，该类船发生稳性事故的数量最多，特别是小型渔船。为减少中小型低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的事故概率，提高该类船的稳性标准是很有必要的。
(5) 我国低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播现行的航区稳性，应是当年引进前“苏联低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播登记局”的标准而沿用至今。随着半个多世纪低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播科技的进步，对航区衡准的修订同样也是与时俱进的要求。
综上所述，建议修改我国航区稳性的规定，最务实的举措是直接与《IS规则》接轨。务实接轨的好处有三:一是降低了国内低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播抗风等级的拔高要求，能取得巨大的节能效益;二是对沿海航区大量的中小型低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播提高了抗风级别的标准，对减少事故多发提供了更可靠的技术保障;三是与国际衡准接轨统一，具有去粗取精、删繁就简的功效。何乐而不为呢。
两部规则对气象衡准要求的形式不同，对低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播抗风能力的标准也不同。相对而言，在切合实际方面，《IS规则》的标准要优于《国内规则》的标准。现具体分析如下：
气象预报中风级与风速的关系
低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的抗风能力，应针对气象预报的风级。气象预报是以海平面之上10m高处的平均风速为准，按蒲氏风级进行预报。其风级N、风速V和风压P之间存在着下述关系：
N级风时的平均风速:V=0.836 N1.5(m/s) ……(1)
风压与风速的关系:P=0.7356 V2(Pa) ……（2）
或V=(P/0.7356)0.5(m/s)……（3）
气象预报的风级与风速的关系见表1。
表1 气象预报的风级与风速的关系
| 蒲氏风级 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| 风名 | 软风 | 轻风 | 微风 | 和风 | 劲风 | 强风 | 疾风 | 大风 | 烈风 | 狂风 | 暴风 | 飓风 | |
|
风速 m/s |
最小 | 0.3 | 1.6 | 3.4 | 5.5 | 8.0 | 10.8 | 13.9 | 17.2 | 20.8 | 24.5 | 28.5 | 32.7 |
| 最大 | 1.5 | 3.3 | 5.4 | 7.9 | 10.7 | 13.8 | 17.1 | 20.7 | 24.4 | 28.4 | 32.6 | 36.9 | |
| 平均 | 0.9 | 2.5 | 4.4 | 6.7 | 9.4 | 12.3 | 15.5 | 19.0 | 22.6 | 26.5 | 30.6 | 34.8 | |
核算气象衡准时的风压取值
《国内规则》将航区划分为远海、近海、沿海和遮蔽四个航区分别进行风压取值。对于渔船，因为遮蔽航区都在禁渔线之内，不允许渔船作业，故只保留了前三个航区。但不管是交通船还是渔船，其航区风压的取值都是相同的。
《IS规则》对风压的取值不分航区，但对于不同的船类取值略有不同。对于商船和船长不小于45m的渔船，其风压取值一律为504Pa。对于船长为24m和45m之间的渔船，其风压依低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播水上侧投影面积中心到水面的高度h不同而变化，也就是考虑了风速梯度系数c的影响。
《IS规则》与《国内规则》计算气象衡准值时，都以距离水面6m高度处的风压为基准，其他高度处的风压系按风速梯度系数c进行修正。对低于6m高度的风压，《国内规则》适用于船长不小于20m的所有低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播;《IS规则》只适用于船长为24m和45m之间的渔船，相当于放宽了校核的标准。两者计算风压取值的对比见表2。
表2 《国内规则》与《IS规则》计算风压的对比
| 项目 | 风压中心距离水面不同高度处的风压 | |||||||
| 风压中心距离水面高度h(m) | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 6.0 | ≥7.0 | |
|
《国内规则》 (取值业经光顺修正) |
远海航区风压P(Pa) | 829 | 976 | 1099 | 1185 | 1249 | 1302 | 1347 |
| 近海航区风压P(Pa) | 453 | 534 | 601 | 648 | 683 | 712 | 736 | |
| 沿海航区风压P(Pa) | 227 | 267 | 301 | 324 | 342 | 356 | 368 | |
| 风速梯度系数c | 0.798 | 0.866 | 0.919 | 0.954 | 0.980 | 1.000 | 1.017 | |
| 《IS规则》 | 无限航区风压P(Pa) | 316 | 386 | 429 | 460 | 485 | 504 | 504 |
| 风速梯度系数c | 0.792 | 0.875 | 0.923 | 0.955 | 0.980 | 1.000 | 1.000 | |
《IS规则》气象衡准的内容及最低抗风等级
《IS规则》气象衡准的规定是：假定低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播失去动力且处于横风横浪之中，在定常风的作用下，低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播向下风舷横倾了一定的角度，然后在此角度下受波浪的作用共振谐摇。当低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播摇至上风舷最大角度时，刚好受到突然加大的阵风，将船吹向下风舷产生横倾。用低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播自身抗倾覆能量与这种风浪联合作用倾覆能量的比值K，作为气象衡准数，并规定K≥1。其数学模型见图1，校核的步骤如下：
图1《IS规则》气象衡准
(2) 假定在波浪作用下，低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播由lw1的平衡角(φ0)向上风一侧最大谐摇至横摇角(φ1);
(3) 然后低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播受到一个阵风风压，产生一个阵风倾侧力臂(lw2)，且lw2=1.5 lw1;
(4) 在此情况下，面积“b”应等于或大于面积“a”，即K=b/a≥1。
在《IS规则》的数学模型中，设定阵风风压力臂w2与定常风风压力臂w1之间有w2=1.5w1的关系。由于风压力臂与风压成正比，故阵风的风压P2与定常风的风压P1之间同样存在P2=1.5P1的关系。利用公式(3)V=(P/0.7356)0.5(m/s)，可以反推出P2所对应的风速V2，再以V2作为最大风速，反推出可抗的阵风风级。它们之间的对应关系见表3。
表3 《IS规则》规定的风压及其对应阵风的风速与风级
| 项目 | 船长小于45m的渔船 | 其他低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播 | |||||
| 受风面积中心距海平面高度h(m) | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | ≥6.0 | |
| 规则设定的定常风压P1(Pa) | 316 | 386 | 429 | 460 | 485 | 504 | 504 |
| 阵风的风压P2=1.5P1(Pa) | 474 | 579 | 644 | 690 | 728 | 756 | 756 |
| 按公式(3)P2对应风速V2(m/s) | 25.4 | 28.1 | 29.6 | 30.6 | 31.5 | 32.1 | 32.1 |
| V2对应表1最大风速的风级N2 | 9.3 | 9.9 | 10.3 | 10.5 | 10.7 | 10.9 | 10.9 |
| 由表2查风速梯度系数c | 0.792 | 0.875 | 0.923 | 0.955 | 0.980 | 1.000 | 1.000 |
| 换算成h=10m高的风速V10=V2/c | 32.1 | 32.1 | 32.1 | 32.1 | 32.1 | 32.1 | 32.1 |
| V10对应表1中最大风速的风级N10 | 10.9 | 10.9 | 10.9 | 10.9 | 10.9 | 10.9 | 10.9 |
|
注:N2为不同高度处的计算风压换算出的理论风级，其并非对应天气预报的风级；N10为考虑风速梯度系数修正后，对应于气象预报的风级；
上述风级，是K=1临界气象衡准时的最低风级，当K＞1时，抗风能力还会提高。
|
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《国内规则》气象衡准的内容及最低抗风等级
《国内规则》气象衡准的规定是：假定低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播失去动力处在横浪之中共振谐摇，当摇到某一舷最大角度时，受到突然吹向另一舷的横向阵风而发生横倾，用低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播自身抗倾覆能量与这种风浪联合作用倾覆能量的比值K，作为气象衡准数，并规定K≥1(其数学模型略)。
按照前述的步骤，同样可以求出《国内规则》临界气象衡准时的最低抗风级别，具体见表4。
表4 《国内规则》临界气象衡准时可抗阵风的风级
| 项 目 | 国内规则 | ||
| 远海航区 | 近海航区 | 沿海航区 | |
| 规则设定6m高度处的风压P6(Pa) | 1302 | 712 | 356 |
| 天气预报10m高度处的风速梯度系数c | 1.017 | 1.017 | 1.017 |
| P6对应10m高度处的风压P10=c2 P6(Pa) | 1347 | 736 | 368 |
| 按公式(3)P10对应的风速V10(m/s) | 42.8 | 31.6 | 22.3 |
| 在表1最大风速栏插值V10对应的风级N | 13.3 | 10.8 | 8.5 |
国内航区气象衡准的讨论
从表3和表4的对比可以看出，就临界气象衡准的最低抗风能力而言,《IS规则》10.9级的标准与《国内规则》三个航区的标准相比，是一低、一高、一持平。即其较远海航区要求的13.3级低了2.4级；较沿海航区要求的8.5级高了2.4级；较近海航区要求的10.8级高0.1级(持平)。根据国内低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的航线及营运的实际需求，现对国内航区的衡准提出几点意见供讨论：
(1)《IS规则》适用于全球海域的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播，应该说中国的海域也不属于例外。即使《国内规则》规定的“南海距岸120n mile( 台湾岛东海岸、海南岛东海岸及南海岸距岸超越50n mile)”以外的远海航区，其通常海况的恶劣程度总不会超越“好望角”海域和北大西洋冬季的海况。故将国内航行低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的抗风等级提高并超越了国际航行的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播，缺乏令人信服的依据。
(2) 航区应是指低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播营运作业的海域。低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播往返于各个港口之间，其最佳航线基本上是固定的，在正常情况下，国际营运低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播偏离航线的距离都有一定的范围。对于国内航行的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播，偏离航线更会有限。即使按现行的航区划分，除去三沙航线极少数的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播之外，其他低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的航线都不经过远海航区，即使航向偏离也不会偏到远海航区。故对国内低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播设定的远海航区，实在没有什么意义。如果仅为南沙航线而设，未免过于偏颇。
(3) 现在低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播科技如此发达，无线电通信系统如此先进，通过接受气象传真，低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播或停航或绕道或借港避风，完全可以避开暴风的袭击（我国远洋作业的渔船，一直使用《IS规则》的衡准，而从没有遭遇暴风袭击的事故就是例证）。对于国内航行的低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播，更不可能遭遇12级飓风的袭击，将最低抗风级别定到13级以上，显得过分保守，保守会对社会资源造成巨大的浪费。
(4) 满足沿海航区气象衡准的绝大部分都是中小型船。从历年统计来看，该类船发生稳性事故的数量最多，特别是小型渔船。为减少中小型低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播的事故概率，提高该类船的稳性标准是很有必要的。
(5) 我国低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播现行的航区稳性，应是当年引进前“苏联低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播登记局”的标准而沿用至今。随着半个多世纪低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播科技的进步，对航区衡准的修订同样也是与时俱进的要求。
综上所述，建议修改我国航区稳性的规定，最务实的举措是直接与《IS规则》接轨。务实接轨的好处有三:一是降低了国内低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播抗风等级的拔高要求，能取得巨大的节能效益;二是对沿海航区大量的中小型低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播提高了抗风级别的标准，对减少事故多发提供了更可靠的技术保障;三是与国际衡准接轨统一，具有去粗取精、删繁就简的功效。何乐而不为呢。
