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船舶运输业作为大能源消耗产业之一,所消耗的能源约占世界总能耗的2.5%,同时,其排放的SOx、NOx和C02分别占全球排放总量的10%、25%和2.7%。随着原油价格的不断升高和环境问题的日益严重,船舶运输业为了降低成本和减少对环境的污染,需要寻求新能源以减少对原油的使用,而在全球海域广泛分布的风力资源无疑就是辅助能源的最佳选择。因此,本文从远洋船舶利用海洋风力资源作为辅助推进动力的目的出发,通过在电子海图上将船舶航线和风场数据叠加显示,并设计相关算法,实现对全球任意航线海洋风场数据的时空分布特征分析。本文首先以QuickSCAT卫星1999年9月至2007年8月8年间的全球海洋风场观测数据为基础,利用专业气象分析软件GrADS对风场数据存储格式进行了分析,并绘制相关的风场矢量图验证了分析结果。同时,为了在电子海图上显示风场数据并且提高检索效率,本文通过VC++编程实现了风场数据的格式转换。转换后的二进制风场数据文件直接面向电子海图显示和数据检索处理。其次,从航运公司获得相关的航线数据,从中选取油轮的中东航线和散货船的巴西航线作为典型航线,在国家科技支撑计划项目“远洋船舶及货物运输在线监控系统”成果的基础上,实现了典型航线和风场数据在电子海图上的叠加显示,并且对典型航线周围海域的风力资源分布进行了分析。最后,设计了航迹带算法和风力点提取算法,并建立了任意航线上风向变化与色彩变化的映射关系,以色彩的变化直观地显示航线上的风向变化特征。通过对典型航线上风力资源进行时空分布分析,发现在50甚至更大的海域范围内风速和风向基本保持稳定,这就为远洋船舶利用风力资源提供了便利。本文初步实现了远洋船舶利用风力资源辅助推进的有效性评估,为远洋船舶新型风翼助航系统的研发提供了理论依据。

远洋船舶典型航线风力资源时空分布特征分析

李元奎