何謂「參數橫搖」(Parametric Rolling)

何謂「參數橫搖」(Parametric Rolling)

尚作仁船長 編撰

「參數橫搖」(Parametric Rolling)是一種發生在特定海況下，導致船舶(特別是大型貨櫃船)在極短時間內產生劇烈且異常橫搖的物理現象。它不像一般的橫搖是由側向波浪直接推動，而是因為船舶在頂浪(Head Seas)或順浪(Following Seas)航行時，其穩定性(Stability)隨波浪通過而週期性變化所引發的共振現象。

簡單來說，這是一種「穩定性參數」(Stability parameters)隨波浪週期改變而產生的共振現象，因此稱為「參數橫搖」(Parametric Rolling)。

 

為什麼會發生？(物理機制)

當船舶在船艏或船艉迎浪航行時，隨著波峰與波谷通過船身，船舶的穩定性指標GM值(定傾中心高度)會發生劇烈變動：

• 當波峰在船體中央時：船艏與船艉的浮力支撐減少，船舶的水線面積變小，導致GM值降低(穩定性最差)。此時船隻容易向一側傾斜。

• 當波谷在船體中央時：船艏與船艉深埋水中(特別是具有寬大甲板的大型貨櫃船)，水線面積增大，導致GM值升高(穩定性變強)。這會產生一個強大的復原力距，將傾斜的船隻猛烈推回。

 

觸發「參數橫搖」的關鍵條件

參數橫搖並不會隨機發生，通常需要滿足以下三個條件：

• 波長與船長接近：當波浪的週期長度大約等於或大於船長。

• 遭遇週期關係： 當波浪通過船身的「遭遇週期」(Encounter Period)大約等於船舶「固有橫搖週期」的一半時(Te = 0.5Tn)。這意味著船每搖擺一次，穩定性(GM)就經歷兩次高低起伏，導致不斷的「推波助瀾」使搖擺幅度放大。(類似自由液面效應)

• 船型特徵：具有較大船艏與船艉外翻(Flare)船型、細長流線船身的現代貨櫃船或汽車船(PCTC)最容易發生。

 

「參數橫搖」的風險與後果

參數橫搖的危險在於其突發性。船隻可能在短短幾分鐘內從幾度的輕微搖晃，突然激增到30° ~ 40°的劇烈橫搖。

• 貨物損失：最常見的後果是導致貨櫃倒塌並落海(近年來多起貨櫃倒塌落海事故皆與此有關)。

• 結構受損：劇烈的加速度會對船體結構和貨物繫固設備造成極大壓力。

• 翻覆危險：在極端情況下，可能導致船舶失去控制甚至翻覆。

 

如何應對「參數橫搖」現象？

船員通常可以透過以下方式預防或中止參數橫搖：

• 改變航向：避免正頂浪或正順浪，改變遭遇波浪的頻率。

• 調整航速：改變船速就可以改變波浪遭遇週期，打破波浪共振條件。

• 儀器監控：現代船舶會裝設「參數橫搖警示系統」，在風險升高時提前提醒船員。