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西北航道的海冰冰况及其对通航的影响分析 文献综述

摘要：近些年，我国实行“海洋强国”战略，西北航道因为其对我国重要的战略 意义而受广泛关注。 而决定西北航道是否能够通航的一个重要因素就是航道内的 冰情，包括海冰密集度、冰厚、冰流量等方面。目前，对海冰的研究方法主要包 括北极国际浮标计划（IABP）、由飞机搭载的空气电磁感应、以及卫星微波或可 见光遥感。 本文

便是通过总结北极海冰的研究情况，来探讨影响西北航道通航的 因素。 关键词：西北航道、海冰密集度、冰厚、海冰流出、冰障

一、前言
自新航道开辟以来， 无数船队为了减短航程，不惜花费庞大的人力物力来开 凿运河，以此来避免绕过好望角、弗罗厄德角等的遥远海上旅途。与此同时，许 多冒险家另辟蹊径，梦想不在广阔的太平洋、大西洋上行舟。而他们的目光向北 移动，看中了纬度最高的大洋——北冰洋，并且希望开辟出真正的航线。在计划 中，从大西洋北部出发，穿越北极海域到达太平洋，然后直抵亚洲。这便是“东 北航线”或“西北航线”。东北航道是指西起冰岛，经巴伦支海，沿欧亚大陆北 方海域向东，直至白令海峡的航道。现已初具通航规模，而西北航道却仍停留在 理论层面。但是由于其巨大的经济、政治影响，目前对其的研究正在如火如荼的 进行，本文的重点也是对西北航道的研究。 “西北航道”主要包括两条路线，在苏洁［1］等的描述中，靠北的一支航线 是从波弗特海东南沿班克斯岛( Banks Island) 西侧， 进入麦克卢尔海峡( MCS， M’Clure Strait) ，经梅尔维尔子爵海峡( VMS，Viscount-Melville Sound) 、 巴罗海峡 ( BS，Barrow Strait) 和兰开斯特海峡( LS，Lancaster) ，进入巴 芬湾，我们称这条线路为西北航道北路，其中从 MCS 至 LS 的水道统称帕里 ( Parry) 水道。西北航道的南路有多条线路，其中主要的是由波弗特海开始从 阿蒙森湾 ( AG，Amundsen Gulf) 进入经科罗内申湾( CG，Coronation Gulf) 、

毛德皇后湾( QMG， Queen Maud Gulf) 、 维多利亚海峡( VS， Vic-toria Strait) 、 富兰克林海峡( FS，Franklin Strait) 和皮尔海峡( PS，Peel Sound) ，在 BS 西端与北路汇合，简称 PS 线路。

图 1 穿过加拿大北极群岛的西北航道

如果商船由新地岛沿东北航道进入白令海峡，相比传统路线，即通过苏伊 士运河或者巴拿马运河，路程将缩短将近 50%。由此可见，西北航道或者东北航 道的开通对人类极其有益。 在研究西北航道海冰密集度、海冰流出量、冰厚等海冰参数后，以海冰密 集度低于 15%作为可通行的依据，在整个航道无冰障的情况下，西北航道便可通 航。据 Khno 和 Semenov［4］的研究成果显示，西北航道的完全通行可能会在 21 世纪末才有可能实现。

二、西北航道主要冰情特点及研究方法
海冰密集度，指的是某区域内海冰面积占全部水体的面积的百分比。通过 AMSRE、AMSR2 等卫星的亮温数据可以繁衍出海冰密集度的数据。据苏洁等人的 研究认为，密集度小于 15%的天数定义为无冰天数，密集度小于 50 的总天数定 义为轻冰天数。当整个航路都处于无冰状态时，可认为航路开通，可以通航。 但是据苏洁等人的研究成果来看，2002 年-2008 年间，只有 2007 年夏季西北航

道北路全线开通（如图 2、图 3），而其他时间，，西北航路只有部分开通或者完 全处于冰封状态，通航尚有困难。而影响西北航道是否开通的主要因素为：关 键海区的冰障是否融化，付强［5］认为影响西北航道是否能够开通的关键海区主 要是麦克卢尔海峡入口处、梅尔维尔子爵海峡、威尔士王子岛和威廉国王岛之 间。

图 2 amsre 卫星显示的 2007 年 9 月 7 日（第 250 天）的西北航道图像

图3

德国 Bremen 大学利用 amsre 卫星数据反演的 2007 年 9 月 7 日的西北航道海冰密集度图像

冰障大部分是由多年冰组成， Christian 和 Stephen［2］把厚度大于四米长度 大于一百米的多年冰定义为影响西北航道通行的冰障，因为这种大小的多年冰

与在此区域航行的船只大小类似，而且厚度大于四米的冰会阻断航行。根据由 飞机搭载的电磁感应装置所测出的数据， Christian 和 Stephen［2］得出多年冰在 拜厄姆马丁通道（BMC）、梅尔维尔子爵海峡（VMS）、麦克卢尔海峡（MCS）的 厚度大于三米。由于这些冰障的存在，西北航道不能完全开放，如果这些冰障 融化，西北航道才有真正能够通航的可能。而组成冰障的这些多年冰来源除了 本地沿海岸生成以外，更多的是其他海域的流入更多的是其他海域的冰随海流 流入，在西北航道海域，这种流冰成为冰障。例如，在苏洁等人的研究中，班 克斯（Banks）岛西侧也会有由北冰洋中央区域漂流过来的流冰形成冰障。 与此同时，在全球气候迅速变化的背景下，北极在加速变暖，海冰加速融 化使得西北航道（或者说北极）的冰量迅速减少。但是海冰融化并不是北极海 冰减少的唯一原因，北极气候变化导致了大气环流的变化，于震宇等人 ［3］研究 表明这种变化除了导致极区海冰分布变化，还导致了通过斯瓦尔巴群岛和格陵 兰岛之间的 Fram 海峡流向北大西洋海冰流出量的变化。利用海冰热动力模式， 以北极国际浮标计划（IABP）提供的海平面气温场、湿度场、长短波辐射场、 风场、洋流场、海洋热流场为强迫场，模拟了北极海冰的流出量。应用公式 L= ∫A(x)u(x)h(x)dx 计算得到北极海冰流出量，式中，A 为海冰密集度，u 为海冰 流速， h 为海冰厚度， dx 为两个网格点间距离。 在 1979~1988 年间流出量增多， 冰面积减少。从于震宇等人［3］模拟值上看出，流出量增多的部分基本和冰面积 减少的部分相当。说明在不考虑北极变暖的影响下，海冰流出量的变化对于北 极海冰面积的影响是非常显著的。

三、影响西北航道海冰的因素
影响海冰的因素非常多，但就近些年全球气候变化的背景来看，影响西北 航道海冰的因素主要是大气原因、海流、辐射。 首先，大气环流和大气成分，由于温室气体的增多，地面长波辐射被大气 反射、吸收的量增多，使全球气温迅速变化，北极海冰加速融化，CAA 水道等关 键水道，逐渐加速融化，这也使通航北极航道通航的可能性加大。 而冰流量对西北航道通航的影响更加显著，例如苏洁［1］的文章中，2007 年 9 月帕里水道西部局地海冰基本消融;从 M’Clure 海峡西侧输的北冰洋海冰没

有像往年夏季一样一直伸入水道，而是停留在海峡入口处;但仍然有来自 QEI 的 多年冰从 BMC 输入，并沿帕里水道北岸向西漂流。2007 年 8—9 月 SLP 场的主 要特征是波弗特高压异常强(图略)，这使得从 BMC 流出的多年冰沿等压线向西 流动，而没有横跨帕里水道。以及北极中央区在夏季融化（如图 4），据研究表 明，是因为暖流的流入所造成的影响。 最后，除了上述因素外，大气环流、积雪、融池、冰间湖等因素对海冰的 融化及分布也有重要的影响。

图4

德国 Bremen 大学利用 amsre 卫星数据反演的 2010 年 9 月 1 日的北极中央海区海冰密集度图像，图中显示 在北极中央海区，海冰已经开始融化

四、西北航道通航可能性的结论
卫星数据显示北冰洋的海冰覆盖率在各个季节海冰覆盖率都有所下降，在 2007 年的 9 月海冰总量达到了历史最低点，仅仅为 430 万平方千米。2007 年的 历史最低海冰延长了北部航线和西北航道的通航时间，同时也是西北航道第一 次完全通航。东北航道现在每年几乎都有一月半的通航时间，在每年夏末都允 许大约是海冰长度的商船通行。Khno 和 Semenov［4］认为无论是东北航道还是西 北航道，航海时间的进一步延长是可预见的，如果航海时间延长，将会使北部 航线成为一条目前真正可以使用的航线。而且，全球变暖模式模拟的将来海冰 情况是： 如果大气层温室气体浓度进一步提高的话， 北冰洋海冰会进一步减少。 这对西北航道通航来说，无疑是有利的一个情况。据相关报道，2016 年 3 月， 北极海冰达到全年最大值，但是今年的海冰最大值时海冰量远远小于往年，中

国海洋大学苏洁老师的利用遥感数据繁衍出的北极海冰密集度产品也间接证明 了这一点（图 5），这对于西北航道的通航来说，无疑是一个有利因素。

图5

中国海洋大学利用 amsr2 卫星数据反演的 2016 年 3 月 29 日的北极海冰密集度图像

世界各国的观测资料都显示北极海冰减少的速度，远远大于人们利用模式 计算估计的海冰减少速度。 这表明模式海冰所估计并不是十分准确， 也就是说， 北极海冰的融化速度超过人们的想象。北极海冰的减少不仅有自然变化因素， 人为影响对海冰减少的干扰也产生了影响。模式海冰预测在二十一世纪末，东 北航道形成完全通路的时间将持续 3 个月至 6 个月，而西北航道可通航时间则 在 2 到 4 个月之间。 然而， 目前对北极海冰观测数据较少， 我们所得出的结论也有一定的限制。 Khno 和 Semenov［4］在研究论文中也承认，在将来，只有有更多的观测数据，才 有可能弄清北极海冰减少的原因到底是人为还是自然因素，亦或是两者的结合 所造成的影响。 为了更好的完成本论文，在写作前从近些年的期刊杂志及相关书籍中收集 了关于西北航道海冰的参考文献，但由于世界各国对西北航道的研究时间普遍 较短，文献相对缺乏。西北航道如果能够开通，我国将会从此大大获益，故我 国对西北航道的研究应该更加深入，以便能在西北航道具有完全通航能力时顺 利使用。

参考文献： ［1］苏洁等，北极加速变暖条件下西北航道的海冰分布变化特征，青岛， doi:10.3724/SP.J。1084.2010.00104 ［2］ Christian Haas and Stephen.E.L.Howell, Ice thickness in the Northwest Passage,doi:10.1002/2015GL065704 ［3］于震宇，邢宇航，张志国，利用热动力模式模拟 1979~1998 年北极海冰流 出量变化，黑龙江，哈尔滨，doi:10.14021/j.cnki.hljqx.2008.04.015 ［4］V.C. Khon. I.I.Mokhov.M.Latif and V.A.Semenov.W.Park Perspectives of Northern Sea Route and Northwest Passage in the twenty-first century,doi:10.1007/s10584-009-9683-2 ［5］付强，北极西北航道通航关键海区海冰变化规律研究[D]，大连，大连海事 学院，2012

图片来源： 图 1：苏洁等，北极加速变暖条件下西北航道的海冰分布变化特征，青岛， doi:10.3724/SP.J。1084.2010.00104 图 2： ftp://sidads.colorado.edu/DATASETS/NOAA/G02186/geotiff/4km/all_surfac e/2007/ 图 3、图 4：德国 Bremen 大学 :8084/amsredata/asi_daygrid_swath/l1a/ n6250/2007/sep/ 图 5：中国海洋大学 极地海洋过程与全球海洋变化重点实验室



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