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1、北极航道适航性研究现状与展望 庞小平 刘清全 季青 赵羲 武汉大学中国南极测绘研究中心 极地测绘科学国家测绘地理信息局重点实验室 摘 要： 论述了北极航道对于我国海洋与极地战略的重要性, 归纳和总结了国内外北极航道适航性研究现状, 并对我国未来北极航道适航研究进行了展望, 以期为更好地开展北极航道研究, 为我国利用北极航道开展极地科考和商业航行提供一定的借鉴。关键词： 北极航道; 通航性; 海冰冰情; 气象条件; 水文环境; 作者简介：庞小平, 教授, 博士生导师, 主要从事极地制图与战略研究。收稿日期：2017-08-21基金：国家重点研发项目课题资助项目 (2016YFC1402704)
2、Research Status and Prospect of Navigability in Arctic Sea RoutesPANG Xiaoping Abstract： We expounded the importance of Arctic Sea routes to the ocean and polar strategy, and summarized research status of navigability in the Arctic Sea routes in this paper. And then, we attempted to provide some pro
3、spects for Arctic Sea routes research in the future, so as to better conduct the research of navigability in the Arctic Sea routes for our countrys scientific community. The aim of this paper is to provide better research results and reference for Chinese polar expedition and commercial navigation i
4、n the Arctic.Keyword： Arctic Sea routes; navigability; sea ice condition; meteorological condition; hydrological environment; Received： 2017-08-21党的十八大提出建设海洋强国的宏伟目标, 极地强国是海洋强国建设的重要组成部分, 极地也是关系国家利益的“战略新疆域”, 存在着现实和潜在的重大国家利益。2015 年 7 月新的国家安全法将外层空间、国际海底区域和极地纳入“国家战略新疆域”, 更是将探索和和平利用极地上升到国家安全的角度1。在早前中国官方公布
5、的“一带一路”建设海上合作设想中, 首次将北极航道明确为“一带一路”三大主要海上通道之一。中俄双方将共同开发和利用海上特别通道的北极航道, 共同打造“冰上丝绸之路”。随着全球气候的变暖, 北极地区的海冰在逐渐消融。20 世纪 70 年代, 北极海冰覆盖面积已开始逐年减少;进入 21 世纪后, 海冰减少的速率从每 10a 减少 3%,增加到了每 10a 减少 10%2。与此同时, 北极地区的多年冰也在逐年减少, 海冰厚度变得越来越薄3。北冰洋海冰覆盖范围的大幅减少, 加上海冰厚度的日益变薄, 使得北极航道 (图 1) 有望真正地拥有全面开通的条件。图 1 北极航道示意图 下载原图有关专家预计,
6、北极航道一旦全面开通, 必将成为一条新的“海洋交通大动脉”, 以新的方式连接亚洲、欧洲和北美洲4。目前, 在环球海上航行中, 若要连接大西洋和太平洋, 只能通过巴拿马运河或苏伊士运河, 甚至需绕行到非洲南部好望角, 与这些航线相比, 北极航道将使航程极大缩短, 带来不可估量的商业利益和经济利益5。北极航道的开通一方面能够缩短商船的航行时间, 提高企业的经济效益;另一方面, 北极地区蕴含着丰富的矿产资源, 北极航道的开通将改变世界的经济贸易格局、能源格局和政治格局6。由于北极航道特殊的地理位置, 多变的沿岸冰情环境, 复杂的气象与水文条件, 导致目前只有在夏季才具备通航的条件。鉴于北极航道的重要
7、性和通航环境的复杂性, 本文归纳和总结当前国内外北极航道通航性研究的现状, 并对未来北极航道适航性研究进行了展望, 以期为更好地开展北极航道研究, 为我国认识和利用北极航道提供一定的借鉴。1 北极航道简介北极航道主要由两条航道构成, 即西伯利亚沿岸的东北航道和加拿大沿岸的西北航道。北极东北航道是联系欧洲和亚洲两地海上的最短航道, 也是沟通太平洋和大西洋的海上捷径, 又被称为“北方海航道”。它在国际社会上没有确切的公认起点和终点, 通常是指从东北亚出发, 向西穿过太平洋的白令海, 经北冰洋南部的楚科奇海、东西伯利亚海、拉普捷夫海、喀拉海、巴伦支海、挪威海, 直到北欧的海运通道。在东北航道上, 连
8、接五大海域的海峡多达 58 个, 其中最主要的有 10 个, 航线如图 2 所示。可以看出, 该航道最主要的航段位于北冰洋的离岸海域, 即俄罗斯北部沿海区域。由楚科奇海经德朗海峡进入东西伯利亚海;由东西伯利亚海进入拉普捷夫海时, 有两个海峡可供选择, 它们是德米特里拉普捷夫海海峡和桑尼科夫海峡;由拉普捷夫海向西进入喀拉海时可以选择维利基茨基海峡、绍卡利斯基海峡、红军海峡、扬斯克海峡 4 个海峡中的任意一个;由喀拉海继续往西进入巴伦支海时可选择尤戈尔海峡、喀拉海峡和马托奇金沙尔海峡 3 个海峡中的任意一个。图 2 东北航道示意图 下载原图西北航道大部分航段位于加拿大北极群岛水域, 从白令海峡向东
9、沿美国阿拉斯加北部离岸海域, 穿过加拿大北极群岛, 直到巴芬湾戴维斯海峡。这条航线在波弗特海进入加拿大北极群岛时, 分成两条主要支线, 一条穿过阿蒙森湾、多芬联合海峡、维多利亚海峡到兰开斯特海峡;另一条穿过麦克卢尔海峡、梅尔维尔子爵海峡、巴罗海峡到兰开斯特海峡, 航线如图 3 所示。与东北航道相比, 西北航道没有过多的地理条件约束, 通航相对更加自由;然而与紧靠俄罗斯沿岸的东北航道不同, 西北航道有近 1/3 的航程与陆地距离较远, 在整体安全性方面不及东北航道。图 3 西北航道示意图 下载原图另外, 理论上还有一条穿越北极的航道。该穿极航道是从白令海峡出发, 直接穿过北冰洋中心区域到达格陵兰
10、海或挪威海的中央航道, 该航道位于 200 海里专属经济区之外的公海上, 无需经过俄罗斯和加拿大主张内水化的“历史性”航道水域。由于北冰洋中心区域被多年累积的海冰所覆盖, 海冰最为密集和厚实, 预计穿极航道将最后开通和利用。2 国外北极航道适航性研究现状国外对北极航道适航性的研究相对较早。1996 年, 北极周边的 8 个国家 (美国、加拿大、俄罗斯、丹麦、挪威、瑞典、冰岛和芬兰) 在加拿大的渥太华成立了北极理事会 (ArcticCouncil) , 北极航运的评估是该组织的一项主要工作。在 2009 年北极航运评估报告中, 对北极航运的地理、气候和监管等因素的现状进行介绍, 分析北极航运对环
11、境的影响, 预测了 2020 年的发展前景7。2002 年 12 月, 俄罗斯、英国、芬兰、荷兰、德国、意大利和挪威等 7 个国家, 发起北极研究管理者论坛 (AREOP) , 在论坛存在的 3a 时间里, 主要研讨北极航道上冰况信息收集和预报的方法, 海上交通法规保险, 以及对应急处理和环境影响进行评估等。除了以上提到的一些大型组织项目外, 国外学者对北极航道的研究还涉及到很多不同的领域。BurgL8在北极通航可行性报告中分析了北极航道的通航环境情况。StephensonSR9等分析了海冰变化对北极航行的影响, 发现在许多模拟航行中, 具有抗冰能力的船舶可在北极航行, 主要气候模式的海冰成分
12、在航海潜力方面具有显著的差异性和区域偏差。ChoiM10等研究了基于不确定性的冰预测模型进行北极航道路径规划的方法, 讨论了距离、时间和可靠性参数以强调不确定性问题, 证明了模型的有效性。LasserreF11通过对北极航道的适航性建模, 比较评估了北极航道的经济可行性。SolskiJJ12探讨了俄罗斯在北极航道上法律监管的新发展, 明确了俄罗斯关于航道的立法框架。综上所述, 目前国外对北极航道适航性的研究相对比较成熟, 研究侧重于分析航道的环境概况、海冰对通航性的影响、商业航行的可行性、适航性模型等方面。基于已有的研究成果, 美国、俄罗斯、加拿大、挪威、丹麦、冰岛等国向特定用户提供关于北极航
13、道冰情、气象和海况服务 (表 1) 。3 国内北极航道适航性研究进展我国对北极航道的研究起步较晚, 20 世纪 90 年代才开始兴起。我国虽是近北极国家, 但在北极航道的研究中处于劣势地位13。目前, 对北极航道的研究主要是在北极航道的海冰状况、网上冰况信息的应用、北极航道的开通意义、法律地位及船舶操纵等领域。表 1 北极冰情、气象和海况信息主要服务组织与机构 下载原表 在海冰冰情方面, 首先是对北冰洋海冰的变化规律进行研究, 发现海冰有快速融化趋势, 特别在夏季, 北冰洋近岸侧的海冰密集度、硬度和厚度明显降低, 有利于商业船舶在北冰洋的通航14;其次是对东北航道和西北航道上海冰变化进行研究,
14、 包括航道上关键海区冰情信息及开通情况 (图 4、5) 。研究主要是利用海冰密集度大小作为判断指标, 发现西北航道开通时间集中在 9 月, 南路更容易开通15-16;东北航道集中在 8 月下旬至 10 月上旬可以全线开通, 航道上海冰的年际变化较大17-18。在网上冰况信息应用方面, 主要是从多国海洋信息服务网络获取海冰共享数据, 分析冰况图信息, 研究航道沿途各海区的海冰密集度和海冰覆盖范围19-20。在通航环境研究方面, 主要是使用层次分析法、模糊综合评价等方法系统分析北极航道的航行条件和影响航行环境的主要因素, 并建立了评价指标体系, 丰富了极地研究的相关性理论21-22。此外, 国内学
15、者还对北极航道开通对我国经济发展的战略意义、我国在北极的地缘政治、北极航道通航的法律问题以及北冰洋冰区航行船舶操纵问题等进行了一系列研究4,23-25。目前, 国内对北极航道通航性的研究虽涉及不同领域, 但大部分都是单一地针对航道上海冰密集度变化、航道通航的经济评估、通行政策等方面, 综合考虑各方面影响因素的定量研究还相对较少, 北极航道通航性的研究仍有待于深入开展。4 北极航道适航性研究展望北极航道研究越来越引起关注。综合国内外已有成果, 未来北极航道适航性研究可考虑从以下方面展开。1) 在当前考虑海冰密集度和海冰范围的基础上, 充分考虑海冰厚度、冰间水道等冰情信息对北极航道适航性的影响。对
16、北极航道冰情的监测和预报, 不仅要关注“冰多冰少”的海冰密集程度, 还要兼顾安全和成本因素, 分析“冰厚冰薄”的海冰厚度, 跟踪冰间水道的变化, 合理规划航线, 开展船舶通航性研究。2) 在综合考虑北极航道冰情信息的基础上, 结合气温、风速、风向等气象条件以及水深、洋流等水文环境信息, 探讨北极航道的适航性。北极东北航道、西北航道的气象水文因素具有较大的时空差异;气象水文因素与海冰的冰情变化又有着密切关系, 未来可综合考虑影响北极航道通航性的冰情、气象、水文等因素, 分区域开展北极航道的通航性评估研究。3) 北极航道的适航性研究, 除了考虑冰情、气象和水文环境等自然因素对北极航道适航性的影响外, 还需关注法律政策、通航管制、港口与助航设施等因素对航路的影响, 同时考虑通航船舶的规模与破冰等级, 构建全面的航道通航评价指标体系。4) 尽早建立实时的通航保障信息业务化系统, 为我国开发和利用北极航道, 打造“冰上丝
