115 海巡特考三等 海洋巡護科航海組 航行安全與氣象 考古題詳解

115 年・海巡特考・三等・海洋巡護科航海組
試題代碼 航行安全與氣象

第 一 題30 分

(一) 說明梅雨、颱風及東北季風三種天氣系統對船舶航行之影響。(畫表格或用條列式,由形成原因、特徵、主要危害、持續時間、因應措施等方向說明)

(二) 交通部中央氣象署發布將有梅雨鋒面,當值航行員應採取的航行安全措施為何?

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核心觀念

本題考查臺灣近海常見天氣系統的辨識,以及船舶面對惡劣天候時,如何將「氣象資訊」轉化為「航行安全決策」。作答應掌握四項主軸:

  1. 天氣系統的形成原因與氣象特徵。
  2. 對能見度、風浪、流況、操船及船體結構的影響。
  3. 影響時間與危害程度。
  4. 航行員依預報採取的預防、避讓、監控及應變措施。

相關安全原則以《海上人命安全國際公約》(SOLAS)、《航海人員訓練、發證及當值標準國際公約》(STCW)及《1972 年國際海上避碰規則》為基礎。涉及法規部分,以命題當年(民國 115 年)法規為準;相關國際公約及國內執行規範如有後續修正,仍不影響本題依命題年度作答。


一、梅雨、颱風及東北季風對船舶航行之影響

(一)三種天氣系統比較表

天氣系統形成原因主要特徵對船舶主要危害持續時間航行因應措施
梅雨鋒面春末夏初,來自華南、華中一帶的暖濕氣流,與北方較冷氣團在臺灣附近交會,形成滯留或徘徊鋒面雲雨範圍廣,降雨持續時間長;鋒面南北擺動;常伴隨雷雨胞、強陣風、低雲及能見度降低暴雨造成視線不良;雷雨胞帶來突發強風、風向改變及陣風;短時強降雨造成海面擾動;雷擊;雨霧及低雲影響瞭望與雷達判讀通常數日,鋒面滯留時可延續一至二週,惟各航段受影響時間依鋒面移動而異密切接收氣象警報;降低航速;加強雷達、AIS及目視瞭望;避開強回波及雷雨胞;確認艙口、貨物及甲板設備固定;保持主機、舵機及通信設備備便
颱風熱帶海洋上暖濕空氣旺盛上升,形成低壓渦旋;在海溫高、垂直風切小等條件下增強為熱帶氣旋中心低氣壓;風力強;逆時針旋轉;外圍環流廣;伴隨狂風、暴雨、巨浪、長浪及風暴潮;近中心處風向、風速變化劇烈巨浪及長浪造成船體劇烈縱搖、橫搖及拍底;強風使船舶偏航、失速或操船困難;暴雨及低雲降低能見度;風暴潮及海流影響航道水深;主機、舵機、甲板及繫泊系統受損;人員落海風險增加影響範圍可達數百公里,通常數小時至數日;外圍環流影響時間較中心通過時間長依颱風路徑、強度及暴風圈調整航線;提早避離危險海域;無安全航行條件時返港、避風或進入避風水域;加固貨物及甲板設備;保持機艙及舵機備便;嚴禁貿然穿越颱風中心附近;持續測定船位及風浪變化
東北季風秋冬季節,亞洲大陸冷高壓增強,冷空氣向東南方及臺灣附近海域流出,形成東北至偏北風季節性、範圍廣且持續時間長;臺灣東北部及北部受影響顯著;東部、北部海域風浪較大;迎風面降雨、低雲及能見度降低逆風逆浪造成航速降低及油耗增加;橫風橫浪導致橫搖及貨物移動;東北部海域長浪及湧浪影響操船;低雲、雨霧降低瞭望效果;港口進出受風浪限制通常數日,寒流或冷氣團南下時可持續一週以上,並呈現間歇增強依風浪方向選擇航向及航線;避開迎風面及狹窄危險水域;降低航速並保持足夠操船餘裕;檢查貨物綁紮、艙口及甲板設備;注意船員防滑、防墜落及防寒措施;進出港前確認港口風浪及通航限制

(二)梅雨對船舶航行的具體影響

1. 能見度降低

梅雨期間常有連續降雨、低雲及霧氣,造成:

  • 目視瞭望距離縮短。
  • 船舶、浮標、漁船及小型目標不易辨識。
  • 雷達回波受雨衰減及雜波影響,目標辨識難度提高。
  • 進出港、沿岸航行及狹水道航行風險上升。

航行員應依《1972 年國際海上避碰規則》有關能見度不良情況之規定,加強瞭望、使用安全航速、正確使用雷達及音響信號。

2. 雷雨胞造成突發性危害

梅雨鋒面附近的對流雲系發展迅速,雷雨胞具有局部性及突發性,常出現:

  • 短時間強降雨。
  • 突發強陣風。
  • 風向快速改變。
  • 海面能見度驟降。
  • 雷擊及電氣設備受損。
  • 局部劇烈風浪。

雷雨胞的危險不在於平均風力,而在於短時間內風速、風向及能見度的急劇變化。

3. 船體及甲板作業風險增加

強降雨使甲板濕滑,船員進行瞭望、繫泊、貨物檢查或設備操作時,容易發生滑倒、墜海及遭物件撞擊事故。因此應減少非必要甲板作業,必要作業須穿著救生衣、防滑鞋並使用安全索。


(三)颱風對船舶航行的具體影響

1. 風力與風向變化

颱風中心附近風力強,且風向隨船舶位置及颱風移動而快速變化。強風會造成:

  • 船舶偏航及操舵負荷增加。
  • 船速下降。
  • 航向保持困難。
  • 甲板物件、救生設備及天線受損。
  • 港內繫泊纜繩受力增加。

2. 巨浪、長浪及船體運動

颱風所造成的危害不只來自風力,也來自長時間吹風所形成的巨浪及長浪。船舶可能發生:

  • 縱搖、橫搖及艏搖加劇。
  • 拍底、甲板上浪及螺槳出水。
  • 貨物移動或綁紮失效。
  • 船體結構、艙口及甲板設備受損。
  • 人員失去平衡、墜落或落海。

航行員應避免使船舶長時間處於橫浪狀態,並依船舶性能、吃水、載重及海況調整航向與航速。

3. 風暴潮及海流

颱風低氣壓與強風會使海水堆積,形成風暴潮。風暴潮可能造成:

  • 港區水位異常升高。
  • 碼頭及防波堤越浪。
  • 航道水深及底質條件變化。
  • 港內繫泊及進出港風險增加。

因此不能只依平時潮汐資料判斷港口安全,還須配合颱風警報、港口管制及即時水位資訊。


(四)東北季風對船舶航行的具體影響

東北季風通常不是短時間的單一劇烈天氣事件,而是大範圍、持續性風場。其特點是風浪方向較具規律,但累積影響不可忽視。

主要危害包括:

  1. 船舶長時間逆風逆浪,航速下降、燃油消耗增加。
  2. 橫風橫浪造成橫搖,貨物及船上設備承受反覆衝擊。
  3. 東北部、北部及臺灣海峽北部海域風浪增強。
  4. 迎風面降雨、低雲及霧氣造成能見度降低。
  5. 小型船舶及操船性能較差之船舶,受風浪影響更加明顯。
  6. 港口外海雖無颱風,仍可能因長浪及湧浪不宜進出港。

二、梅雨鋒面預報發布後,當值航行員應採取的航行安全措施

(一)核心處置原則

收到中央氣象署發布梅雨鋒面及相關警報後,航行員應採取「預先評估、持續監控、降低風險、保留操船餘裕」的原則,不能等到能見度驟降或雷雨胞接近後才處理。

處置流程可歸納為:

接收氣象資訊→評估航線與海況→調整航速及航線→加強瞭望與設備備便→持續監控並適時避讓\text{接收氣象資訊} \rightarrow \text{評估航線與海況} \rightarrow \text{調整航速及航線} \rightarrow \text{加強瞭望與設備備便} \rightarrow \text{持續監控並適時避讓}

(二)航前及值班交接措施

1. 完整接收並研判氣象資料

應查閱及記錄:

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第 二 題25 分

(一) 試說明哪些是造成碰撞之常見人為失誤(Human Error),當值航行員及船長應立即採取哪些應變措施?(條列式說明)

(二) 哪些航行紀錄與電子資料應優先保存?(條列式說明)

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核心觀念

本題考查「碰撞事故的人為因素、碰撞當下的船橋應變,以及海事事故證據保存」。作答應同時掌握三層內容:

  1. 事故前的人為失誤:值班制度、瞭望、判斷、操作、通信及團隊管理。
  2. 碰撞危險形成後的立即處置:依《1972 年國際海上避碰規則》(COLREGs)採取積極、及時、明確的行動。
  3. 事故後的紀錄保存:保存可還原船舶位置、航向、航速、操船命令、通信及船橋決策過程的原始資料。

法規依據以命題當年(民國115年)法規為準,主要包括《1972 年國際海上避碰規則》、SOLAS 第五章航行安全規定、STCW 值班規範、ISM Code 與船公司安全管理制度。若相關國內法規於其後修正,解題仍以命題當年規定為準。


解題方法

本題適合採「失誤分類—立即處置—證據保存」三段式作答:

  • 第一部分先依人、機、環境、管理分類,說明碰撞如何由單一失誤或多項失誤共同形成。
  • 接著分別寫出當值航行員與船長的職責,避免只寫「減速、轉向」而忽略通報、損害控制與後續救援。
  • 第二部分依「能否還原事故經過」的原則排列資料優先順序,先保存不可回復或會循環覆寫的電子資料。

雷達、ARPA或AIS所顯示的碰撞危險,通常以DCPA及TCPA輔助判斷:

TCPA=−r⋅vr∣vr∣2TCPA=-\frac{\boldsymbol r\cdot\boldsymbol v_r}{|\boldsymbol v_r|^2} DCPA=∣r+vr(TCPA)∣DCPA=\left|\boldsymbol r+\boldsymbol v_r(TCPA)\right|

其中 r\boldsymbol r 為相對位置向量,vr\boldsymbol v_r 為相對速度向量。DCPA愈小、TCPA愈短,碰撞危險愈高;但電子數據僅供判斷輔助,不能取代良好瞭望、目視判斷與COLREGs責任判定。


(一)常見人為失誤及立即應變措施

一、造成碰撞的常見人為失誤

1. 未保持適當瞭望

依COLREGs第5條,應以目視、聽覺及一切適當可用方法保持適當瞭望。常見失誤包括:

  • 未配置足夠瞭望人員。
  • 值班航行員同時處理文書、手機、行政工作或其他非航行事務。
  • 過度依賴雷達、AIS或電子海圖,忽略目視與聽覺瞭望。
  • 夜間、雨霧、逆光、漁船密集區未提高瞭望強度。
  • 未辨認小型船、木船、無AIS船舶及雷達弱回波目標。
  • 未持續追蹤目標,僅作一次性觀察。

2. 未依安全航速航行

依COLREGs第6條,安全航速應考慮能見度、交通密度、船舶操縱性能、風浪流、吃水、雷達限制及背景光等因素。

常見失誤包括:

  • 能見度降低仍維持原航速。
  • 航道、港口入口或交通密集水域航速過高。
  • 未考量船舶停船距離、轉向能力及慣性。
  • 誤以為有雷達即可以高速航行。
  • 未因目標數量增加、海況惡化而提早降速。

3. 未正確判斷碰撞危險

依COLREGs第7條,應使用一切可用方法判斷是否存在碰撞危險。常見失誤包括:

  • 未觀察方位是否長時間近乎不變、距離持續接近。
  • 過度相信AIS資料,未核對目標真實位置與航向。
  • ARPA資料尚未穩定即作出錯誤判斷。
  • 只注意單一目標,忽略其他船舶及整體交通態勢。
  • 將「方位變化」誤判為安全,未考慮本船及他船同時轉向。
  • 未持續計算或監控DCPA、TCPA及相對運動。

4. 未及時採取明確且有效的避碰行動

依COLREGs第8條,避碰行動應及時、明顯、足以產生良好效果,並應在安全距離通過。

常見失誤包括:

  • 過晚轉向或減速。
  • 舵角過小,導致航向變化不足。
  • 連續小幅修正,使他船無法判斷本船意圖。
  • 在狹窄水道或交通密集區採取不適當轉向。
  • 未依第13至17條正確判斷追越、對遇、交叉及讓路船義務。
  • 已進入緊迫局面仍等待他船行動。
  • 誤認「自己是直航船」即完全不必採取行動;COLREGs仍要求直航船在必要時採取避免碰撞措施。

5. 疲勞、注意力下降及工作負荷過高

  • 值班前休息不足或長時間連續值班。
  • 睡眠不足、夜班適應不良。
  • 多項警報同時出現,導致警報疲勞。
  • 船橋人員工作分配不當。
  • 在高交通密度、低能見度情況下未增派人力。
  • 因熟悉航線而產生自滿與例行化操作。

6. 過度依賴自動化及電子設備

  • 將AIS顯示資料視為絕對正確。
  • 未確認雷達量程、增益、海浪抑制及雜波抑制設定。
  • 未察覺GPS定位錯誤、電子海圖資料錯誤或感測器異常。
  • 盲信自動舵,未及時切換手操舵。
  • 未理解ARPA追蹤延遲、錯誤追蹤及目標交換問題。
  • 未進行設備交叉比對。

7. 通信及船橋團隊管理失誤

  • 船長與當值航行員未明確交換航行計畫。
  • 未向船長及早報告碰撞危險。
  • 駕駛台命令不清、回讀不完整。
  • 舵手未理解操舵命令。
  • 未落實Bridge Resource Management(BRM)。
  • 船長到駕駛台後未明確接管指揮。
  • 使用VHF協調避碰,卻未同時依COLREGs採取必要行動。
  • 語言、口音或術語造成誤解。

8. 航行計畫及航線管理不當

  • 未依SOLAS航行計畫要求完成航次計畫。
  • 未檢查海圖、航行警告、潮汐、氣象及水文資料。
  • 未標示危險區域、轉向點及安全水域。
  • 未針對漁船密集區、狹窄水道、分道通航制訂特別措施。
  • 未依實際船位與交通情況修正原航行計畫。

9. 船長監督及安全管理失誤

  • 未依公司SMS執行駕駛台值班與通報程序。
  • 未確認船員資格、熟悉度及休息時間。
  • 未依風險評估結果配置人力與設備。
  • 為趕船期、節省燃油或維持航班而壓縮安全裕度。
  • 未建立「及早呼叫船長」的安全文化。
  • 已知設備缺陷卻未妥善處理或通報。

二、當值航行員應立即採取的應變措施

1. 立即確認碰撞危險並提高警戒

  • 立即停止與航行無關的工作,集中於瞭望與操船。
  • 增派瞭望員,命舵手就位。
  • 以目視、雷達、ARPA、AIS、電子海圖及聽覺互相核對。
  • 確認目標方位、距離、相對運動、DCPA及TCPA。
  • 降低雷達量程以掌握近距離目標,並使用適當長量程觀察外圍交通。

2. 立即通知船長

  • 依船上常規及SMS立即呼叫船長。
  • 報告目標方位、距離、相對運動、DCPA、TCPA、目前航向航速及已採取措施。
  • 即使船長已在駕駛台,仍應明確確認指揮權與分工。
  • 需要時通知機艙備便主機、舵機及減速或倒車。

3. 依COLREGs採取積極避碰行動

  • 避碰行動應及早、明顯、幅度足夠,避免僅作小角度、連續微調。
  • 依船舶操縱性能選擇轉向、減速、停車或倒車。
  • 必要時大幅轉向至安全水域,並維持良好船間距。
  • 緊迫局面下,採取當時情況所需的最佳行動,不得因等待通信或等待他船而延誤。
  • 依規定施放聲號;能見度不良時遵守COLREGs第19條。
  • 使用VHF只能作為補充,不能以通話取代避碰規則及實際操船。

4. 進入緊急操船狀態

  • 需要時切換手操舵,確認舵效及舵角指示。
  • 通知機艙備車,必要時使用主機減速、停車或倒車。
  • 注意轉向後可能與第三船形成新的碰撞危險。
  • 監控船艏方位、船位、船速、風流影響及與他船的相對運動。
  • 發出清楚操舵命令,要求舵手回讀並確認執行結果。

5. 碰撞無法避免或已發生時

  • 發出警報,通知船員及船長。
  • 儘量採取減輕碰撞角度及碰撞速度的措施。
  • 碰撞後立即確認人員傷亡、進水、火災、污染及船體結構狀況。
  • 關閉水密門、啟動抽水及損害管制程序。
  • 依GMDSS程序發布安全或遇險通信,視情況發送PAN-PAN或MAYDAY。
  • 準備救生艇筏、救生衣、消防及醫療設備。
  • 與他船交換船名、船位、受損情況及救援需求,但不得因通信而延誤人命救助與損害控制。
  • 未經授權不得刪除、修改或覆寫任何航行及通信紀錄。

三、船長應立即採取的應變措施

1. 接管並明確指揮船橋

  • 明確宣布接管駕駛台指揮權。
  • 確認當值航行員、舵手、瞭望員及機艙人員的分工。
  • 直接掌握航向、航速、船位、碰撞目標及操船意圖。
  • 要求所有命令採清楚、簡短、回讀確認方式執行。

2. 指揮避碰及緊急操船

  • 依COLREGs及船舶操縱性能決定轉向、減速、停車或倒車。
  • 使避碰行動具有足夠幅度與辨識度。
  • 監控避碰行動是否有效,必要時立即修正。
  • 避免只依賴VHF協商,並確保聲號、燈號及操船均符合規定。

3. 統籌人命安全與損害控制

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第 三 題20 分

試比較四方形搜救(Expanding Square Search)、扇形搜救(Sector Search)與平行搜救(Parallel Track Search)之適用時機及各有哪些優缺點?

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核心觀念

本題考查海上搜救(Search and Rescue, SAR)中三種基本搜尋型式的適用條件、航跡配置、搜尋效率與限制:

  1. 四方形搜救(Expanding Square Search, SS)
  2. 扇形搜救(Sector Search, VS)
  3. 平行搜救(Parallel Track Search, PS)

選擇搜尋型式時,主要判斷下列因素:

  • 失蹤目標位置是否明確;
  • 推算基準點(datum)的誤差大小;
  • 搜尋區域的大小與形狀;
  • 目標物是否可能集中在 datum 附近;
  • 風、流及目標漂移方向;
  • 搜尋單位的速度、操船性能與可用數量;
  • 掃掠寬度(sweep width)及航跡間距。

搜尋航跡間距通常以搜尋單位的有效掃掠寬度 WW 為基礎決定。航跡間距過大,容易漏失目標;間距過小,雖可提高發現機率,但會增加搜尋時間與燃料消耗。

本題不涉及特定法條計算,應依海上搜救標準程序及《國際航空與海上搜救手冊》(IAMSAR Manual)的搜尋型式原理作答。若涉及法規適用,應以命題當年(民國 115 年)法規為準。


解題方法

本題適合採用「先判斷 datum 精確程度,再比較搜尋區域大小與形狀」的方式作答:

  • datum 很可靠、目標在小範圍內:選四方形搜救或扇形搜救。
  • datum 非常可靠、目標高度集中於基準點附近:扇形搜救最有效率。
  • datum 有一定誤差,且希望由近而遠逐步擴大搜尋範圍:四方形搜救較適合。
  • 搜尋區域大、形狀規則、位置誤差分布較廣:平行搜救較適合。

三種型式並非單純依船舶種類決定,而是依「目標位置的不確定程度」及「搜尋區域幾何形狀」決定。


一、四方形搜救

1. 型式與基本原理

四方形搜救以推算 datum 為中心,沿互相垂直的航向逐步向外擴大,航跡形成一連串邊長逐次增加的正方形或近似正方形。

其典型航跡長度可表示為:

L, L, L+d, L+d, L+2d, L+2d,…L,\ L,\ L+d,\ L+d,\ L+2d,\ L+2d,\ldots

其中:

  • LL 為初始搜尋航段長度;
  • dd 為搜尋航跡間距;
  • 每完成兩個相鄰航段後,下一組航段增加一個航跡間距。

開始搜尋時,第一航段通常依據風、流及目標漂移方向配置,使搜尋航跡能涵蓋目標最可能漂移的區域。

2. 適用時機

四方形搜救適用於:

  • 失蹤目標的最後已知位置或 datum 相當明確;
  • 目標很可能位於 datum 附近;
  • 搜尋區域較小或中等;
  • 需要由 datum 向外逐步擴大搜尋;
  • 風流資料足以估算目標漂移,但仍存在一定位置誤差;
  • 單一船舶或少量搜尋單位執行搜尋。

3. 優點

  1. 能優先搜尋 datum 附近

航跡由基準點向外擴展,符合目標最可能集中於 datum 附近的情形。

  1. 搜尋區域可逐步擴大

若第一圈未發現目標,可自然向外延伸,不必立即重新規劃整個搜尋區域。

  1. 航跡規則且容易執行

每兩航段增加一個航跡間距,操船人員容易依航海儀器或航跡圖執行。

  1. 適合單一搜尋單位

不需要大型編隊或複雜的區域分工,單船即可完成。

4. 缺點

  1. 對 datum 誤差較敏感

若 datum 推算錯誤甚大,整個正方形搜尋可能偏離目標區域。

  1. 不適合過大的搜尋區域

搜尋範圍擴大後,航段長度及轉向次數增加,搜尋時間會迅速上升。

  1. 轉向頻繁

船舶需反覆作大角度轉向,對大型船舶、操縱性能較差的船舶或海況惡劣時較不利。

  1. 不利於多艘單位同時執行

多艘船舶若同時採用四方形搜救,容易互相干擾或重複搜尋,必須有明確分區。


二、扇形搜救

1. 型式與基本原理

扇形搜救以 datum 為中心,沿若干條由基準點向外伸出的徑向航跡搜尋,各航跡之間通常相隔固定角度,形成扇形或放射狀航跡。

其設計重點是使搜尋單位反覆通過 datum 附近或其周邊區域,以提高對基準點附近目標的發現機率。

典型作法是:

  1. 由 datum 附近開始;
  2. 沿第一條徑向航跡向外航行;
  3. 完成一段距離後轉向;
  4. 以固定角度進入下一條徑向航跡;
  5. 逐步完成整個扇形區域。

部分程序會在完成一組徑向航段後改變航向或重新定位,以避免因航跡間距造成中心區域漏搜。

2. 適用時機

扇形搜救適用於:

  • datum 的位置非常可靠;
  • 目標高度可能集中於 datum 附近;
  • 搜尋區域較小;
  • 目標可能是人員、救生筏、落水者或小型漂浮物;
  • 需要對一個明確基準點進行密集搜尋;
  • 搜尋單位數量較少,尤其是單一船舶或單一航空器執行搜尋。

3. 優點

  1. 對 datum 附近的搜尋效率最高

扇形搜尋將航跡集中於基準點周圍,適合目標位置誤差很小的情況。

  1. 航跡較短、搜尋速度快

相較於大範圍平行搜尋,扇形搜救能在較短時間內完成 datum 周邊的密集搜索。

  1. 適合尋找小型目標

例如落水人員、救生筏或小型漂浮物,因為這類目標通常需要在最可能位置進行密集目視搜尋。

  1. 重複通過中心附近區域

這可增加對目標的觀察機會,尤其適合目標位置高度集中於 datum 周圍的情況。

4. 缺點

  1. 要求 datum 高度準確

若 datum 錯誤,扇形航跡即使執行精確,也可能全部偏離目標。

  1. 搜尋範圍有限

扇形搜救主要用於小型區域,不適合長距離、大面積搜尋。

  1. 徑向航跡之間可能存在空隙

若航跡間距、目標漂移或能見度處理不當,航跡之間可能漏失目標。

  1. 受風流影響較大
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第 四 題25 分

試分別說明風、流對操船之影響,及船舶應採取哪些因應措施?

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核心觀念

本題考查風、流對船舶操船性能與航跡控制的影響,以及船舶如何透過航向、航速、車舵、錨泊、拖船與側推器等措施,維持航行及靠離泊安全。

一、風與流的基本區別

  1. 風

風是空氣相對於地面的運動,主要作用於船舶露出水面的船體、上層建築及桅桿,形成風壓,使船舶產生:

  • 偏航;
  • 橫移;
  • 艉部或艏部偏轉;
  • 轉向性能改變;
  • 停船距離及靠泊操船困難。

船舶實際感受的風,通常為船舶相對於空氣的相對風或表觀風,其方向與風力大小會隨船舶航向及航速改變。

  1. 流

流是海水相對於地面的運動,主要影響船舶在水面上的位置,使船舶產生:

  • 航跡偏移;
  • 航速增加或減少;
  • 船位推移;
  • 進出港及靠離泊時的橫向漂移;
  • 船艏、船艉受流後的偏轉。

流對船舶的直接作用,必須以船舶相對於水的運動與水流方向綜合判斷。

二、航向、航跡與航速

應區分下列三個概念:

  • 航向(heading):船艏所指的方向。
  • 航跡(track):船舶實際相對於地面的運動方向。
  • 船速:可分為相對水的船速及相對地的航速。

在無風浪干擾的理想情況下,船舶對地速度可表示為:

V⃗G=V⃗W+V⃗C\vec{V}_{G}=\vec{V}_{W}+\vec{V}_{C}

其中:

  • V⃗G\vec{V}_{G}:船舶對地速度;
  • V⃗W\vec{V}_{W}:船舶相對水的速度;
  • V⃗C\vec{V}_{C}:海流速度。

因此,船舶航向不一定等於實際航跡方向。為使船舶沿預定航線前進,必須採取壓流航行(crabbing),即將船艏預先偏向流來向,以抵銷流造成的橫向位移。


解題方法

本題宜分成兩部分作答:

  1. 先說明風、流分別對船舶操船的影響;
  2. 再說明船舶針對航行、轉向、減速、停船及靠離泊所採取的措施。

分析時應掌握四個判斷方向:

  • 風或流的方向;
  • 風或流的速度;
  • 作用點位於船艏、船中或船艉;
  • 船舶是在航行中、轉向中、停船中,抑或靠離泊狀態。

風、流來自不同方向時,應將其影響分別判斷,再合併評估船舶的實際航跡與艏艉偏轉。


一、風對操船之影響

(一)風對航行中船舶的影響

1. 順風

順風由船艉方向吹來,通常使船舶受到向前的推力,但上層建築受風後,可能造成船艉偏移或船艏偏轉。

對操船的主要影響包括:

  • 實際風力可能因船速而減小;
  • 船舶加速或減少主機功率後,受風影響的比例改變;
  • 風力作用於上層建築,可能使船艉向下風側偏移;
  • 在低速或停船狀態下,順風對船舶方向控制特別明顯;
  • 進港時順風可能使船舶接近碼頭速度過快,增加制動困難。

2. 頂風

頂風由船艏方向吹來,通常增加航行阻力,使船速下降、主機負荷增加。

其影響包括:

  • 航速降低;
  • 燃油消耗增加;
  • 船舶縱搖加劇,視線與操船判斷受影響;
  • 船艏通常較能保持迎風,但低速時舵效降低;
  • 減速或停船後,船舶容易受風推向下風側。

3. 橫風

橫風對操船影響最大,容易造成船舶向下風側橫移,並使船舶產生風壓角及偏航。

其影響包括:

  • 航跡偏向下風側;
  • 產生風壓造成的橫向漂移;
  • 船舶艏艉受風面積不同,形成偏轉力矩;
  • 船速越低,舵效越弱,橫風影響越明顯;
  • 大型上層建築船、空載船及吃水較淺船舶,受風影響通常較大;
  • 靠泊時可能被吹離碼頭,也可能被吹向碼頭,須視風向及靠泊舷側判斷。

4. 斜風

斜風同時具有縱向及橫向分力:

  • 順斜風會增加船速或造成艉部偏移;
  • 頂斜風會降低船速並增加航行阻力;
  • 橫向分力會使船舶向下風側漂移;
  • 艏艉受風面積差異會形成偏轉力矩。

(二)風對轉向性能的影響

船舶轉向時,風力作用點與船舶旋轉中心的相對位置會造成不同效果。

  1. 風由船艏方向作用

船艏受風後,可能使船舶較容易保持迎風,但也會增加轉向阻力。若船速降低,舵效減弱,船舶可能逐漸被風推向下風側。

  1. 風由船艉方向作用

船艉受風容易造成艉部橫移,船舶航向可能變得不穩定。尤其在倒車、低速或靠泊時,船艉受風會明顯影響船舶位置。

  1. 風由船舶側面作用

船舶會向下風側漂移,並因艏艉受風面積不同而產生偏轉。此時單靠舵角不一定能完全抵銷橫向漂移,須配合車速、艏向及側推器等措施。


二、流對操船之影響

(一)順流與逆流

1. 順流

順流方向與船舶航向大致相同,會使船舶對地航速增加:

VG=VW+VCV_G=V_W+V_C

順流的操船影響包括:

  • 對地航速增加;
  • 航行時間縮短;
  • 停船距離增加;
  • 進港、靠泊及狹水道操船難度提高;
  • 轉向及減速時,船舶仍可能因流速而持續向前移動。

因此,順流靠近碼頭或狹窄水域時,必須提早減速,不能只依賴主機停車。

2. 逆流

逆流方向與船舶航向相反,會使對地航速降低:

VG=VW−VCV_G=V_W-V_C

其影響包括:

  • 對地航速降低;
  • 航行時間增加;
  • 舵效通常較好,因水流通過舵面的相對速度增加;
  • 靠泊時較容易控制船舶前進速度;
  • 若流速過大,可能使船舶即使保持航向仍無法有效前進。

逆流中船舶對水速度可能不變,但對地航速會下降;因此不能只看主機轉速或船舶對水速度判斷實際航行效果。


(二)橫流

橫流會使船舶產生側向位移,造成船舶實際航跡偏離計畫航線。

若船舶不修正航向,將產生流壓角及流致漂移。其基本處理方式為:

  • 船艏預先指向流來方向;
  • 以船舶相對水速度的橫向分量抵銷流速;
  • 使船舶對地速度方向與預定航線一致。

若流向與航向夾角為 θ\theta,船舶需利用相對水速度的橫向分量抵銷海流橫向速度,概念上可表示為:

VWsin⁡θ=VCV_W\sin\theta=V_C

實際航行時,必須依流速、船速、船型及風況修正壓流角。若流速接近船速,所需壓流角會增大,甚至可能無法維持預定航線。


(三)流對船艏、船艉的偏轉作用

  1. 船艏受流

船艏受流會使船艏產生偏轉,若流向與船舶縱向不一致,可能使船艏轉向流來向或流去向,實際效果須視船型、舵位、螺槳及吃水而定。

  1. 船艉受流
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