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西北航道的海冰冰況及其對通航的影響分析 文獻(xiàn)綜述

摘要：近些年，我國實(shí)行“海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略，西北航道因?yàn)槠鋵ξ覈匾膽?zhàn)略 意義而受廣泛關(guān)注。 而決定西北航道是否能夠通航的一個(gè)重要因素就是航道內(nèi)的 冰情，包括海冰密集度、冰厚、冰流量等方面。目前，對海冰的研究方法主要包 括北極國際浮標(biāo)計(jì)劃（IABP）、由飛機(jī)搭載的空氣電磁感應(yīng)、以及衛(wèi)星微波或可 見光遙感。 本文

便是通過總結(jié)北極海冰的研究情況，來探討影響西北航道通航的 因素。 關(guān)鍵詞：西北航道、海冰密集度、冰厚、海冰流出、冰障

一、前言
自新航道開辟以來， 無數(shù)船隊(duì)為了減短航程，不惜花費(fèi)龐大的人力物力來開 鑿運(yùn)河，以此來避免繞過好望角、弗羅厄德角等的遙遠(yuǎn)海上旅途。與此同時(shí)，許 多冒險(xiǎn)家另辟蹊徑，夢想不在廣闊的太平洋、大西洋上行舟。而他們的目光向北 移動(dòng)，看中了緯度最高的大洋——北冰洋，并且希望開辟出真正的航線。在計(jì)劃 中，從大西洋北部出發(fā)，穿越北極海域到達(dá)太平洋，然后直抵亞洲。這便是“東 北航線”或“西北航線”。東北航道是指西起冰島，經(jīng)巴倫支海，沿歐亞大陸北 方海域向東，直至白令海峽的航道�，F(xiàn)已初具通航規(guī)模，而西北航道卻仍停留在 理論層面。但是由于其巨大的經(jīng)濟(jì)、政治影響，目前對其的研究正在如火如荼的 進(jìn)行，本文的重點(diǎn)也是對西北航道的研究。 “西北航道”主要包括兩條路線，在蘇潔［1］等的描述中，靠北的一支航線 是從波弗特海東南沿班克斯島( Banks Island) 西側(cè)， 進(jìn)入麥克盧爾海峽( MCS， M’Clure Strait) ，經(jīng)梅爾維爾子爵海峽( VMS，Viscount-Melville Sound) 、 巴羅海峽 ( BS，Barrow Strait) 和蘭開斯特海峽( LS，Lancaster) ，進(jìn)入巴 芬灣，我們稱這條線路為西北航道北路，其中從 MCS 至 LS 的水道統(tǒng)稱帕里 ( Parry) 水道。西北航道的南路有多條線路，其中主要的是由波弗特海開始從 阿蒙森灣 ( AG，Amundsen Gulf) 進(jìn)入經(jīng)科羅內(nèi)申灣( CG，Coronation Gulf) 、

毛德皇后灣( QMG， Queen Maud Gulf) 、 維多利亞海峽( VS， Vic-toria Strait) 、 富蘭克林海峽( FS，F(xiàn)ranklin Strait) 和皮爾海峽( PS，Peel Sound) ，在 BS 西端與北路匯合，簡稱 PS 線路。

圖 1 穿過加拿大北極群島的西北航道

如果商船由新地島沿東北航道進(jìn)入白令海峽，相比傳統(tǒng)路線，即通過蘇伊 士運(yùn)河或者巴拿馬運(yùn)河，路程將縮短將近 50%。由此可見，西北航道或者東北航 道的開通對人類極其有益。 在研究西北航道海冰密集度、海冰流出量、冰厚等海冰參數(shù)后，以海冰密 集度低于 15%作為可通行的依據(jù)，在整個(gè)航道無冰障的情況下，西北航道便可通 航。據(jù) Khno 和 Semenov［4］的研究成果顯示，西北航道的完全通行可能會(huì)在 21 世紀(jì)末才有可能實(shí)現(xiàn)。

二、西北航道主要冰情特點(diǎn)及研究方法
海冰密集度，指的是某區(qū)域內(nèi)海冰面積占全部水體的面積的百分比。通過 AMSRE、AMSR2 等衛(wèi)星的亮溫?cái)?shù)據(jù)可以繁衍出海冰密集度的數(shù)據(jù)。據(jù)蘇潔等人的 研究認(rèn)為，密集度小于 15%的天數(shù)定義為無冰天數(shù)，密集度小于 50 的總天數(shù)定 義為輕冰天數(shù)。當(dāng)整個(gè)航路都處于無冰狀態(tài)時(shí)，可認(rèn)為航路開通，可以通航。 但是據(jù)蘇潔等人的研究成果來看，2002 年-2008 年間，只有 2007 年夏季西北航

道北路全線開通（如圖 2、圖 3），而其他時(shí)間，，西北航路只有部分開通或者完 全處于冰封狀態(tài)，通航尚有困難。而影響西北航道是否開通的主要因素為：關(guān) 鍵海區(qū)的冰障是否融化，付強(qiáng)［5］認(rèn)為影響西北航道是否能夠開通的關(guān)鍵海區(qū)主 要是麥克盧爾海峽入口處、梅爾維爾子爵海峽、威爾士王子島和威廉國王島之 間。

圖 2 amsre 衛(wèi)星顯示的 2007 年 9 月 7 日（第 250 天）的西北航道圖像

圖3

德國 Bremen 大學(xué)利用 amsre 衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演的 2007 年 9 月 7 日的西北航道海冰密集度圖像

冰障大部分是由多年冰組成， Christian 和 Stephen［2］把厚度大于四米長度 大于一百米的多年冰定義為影響西北航道通行的冰障，因?yàn)檫@種大小的多年冰

與在此區(qū)域航行的船只大小類似，而且厚度大于四米的冰會(huì)阻斷航行。根據(jù)由 飛機(jī)搭載的電磁感應(yīng)裝置所測出的數(shù)據(jù)， Christian 和 Stephen［2］得出多年冰在 拜厄姆馬丁通道（BMC）、梅爾維爾子爵海峽（VMS）、麥克盧爾海峽（MCS）的 厚度大于三米。由于這些冰障的存在，西北航道不能完全開放，如果這些冰障 融化，西北航道才有真正能夠通航的可能。而組成冰障的這些多年冰來源除了 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隨海流 流入，在西北航道海域，這種流冰成為冰障。例如，在蘇潔等人的研究中，班 克斯（Banks）島西側(cè)也會(huì)有由北冰洋中央?yún)^(qū)域漂流過來的流冰形成冰障。 與此同時(shí)，在全球氣候迅速變化的背景下，北極在加速變暖，海冰加速融 化使得西北航道（或者說北極）的冰量迅速減少。但是海冰融化并不是北極海 冰減少的唯一原因，北極氣候變化導(dǎo)致了大氣環(huán)流的變化，于震宇等人 ［3］研究 表明這種變化除了導(dǎo)致極區(qū)海冰分布變化，還導(dǎo)致了通過斯瓦爾巴群島和格陵 蘭島之間的 Fram 海峽流向北大西洋海冰流出量的變化。利用海冰熱動(dòng)力模式， 以北極國際浮標(biāo)計(jì)劃（IABP）提供的海平面氣溫場、濕度場、長短波輻射場、 風(fēng)場、洋流場、海洋熱流場為強(qiáng)迫場，模擬了北極海冰的流出量。應(yīng)用公式 L= ∫A(x)u(x)h(x)dx 計(jì)算得到北極海冰流出量，式中，A 為海冰密集度，u 為海冰 流速， h 為海冰厚度， dx 為兩個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)間距離。 在 1979~1988 年間流出量增多， 冰面積減少。從于震宇等人［3］模擬值上看出，流出量增多的部分基本和冰面積 減少的部分相當(dāng)。說明在不考慮北極變暖的影響下，海冰流出量的變化對于北 極海冰面積的影響是非常顯著的。

三、影響西北航道海冰的因素
影響海冰的因素非常多，但就近些年全球氣候變化的背景來看，影響西北 航道海冰的因素主要是大氣原因、海流、輻射。 首先，大氣環(huán)流和大氣成分，由于溫室氣體的增多，地面長波輻射被大氣 反射、吸收的量增多，使全球氣溫迅速變化，北極海冰加速融化，CAA 水道等關(guān) 鍵水道，逐漸加速融化，這也使通航北極航道通航的可能性加大。 而冰流量對西北航道通航的影響更加顯著，例如蘇潔［1］的文章中，2007 年 9 月帕里水道西部局地海冰基本消融;從 M’Clure 海峽西側(cè)輸?shù)谋北蠛１鶝]

有像往年夏季一樣一直伸入水道，而是停留在海峽入口處;但仍然有來自 QEI 的 多年冰從 BMC 輸入，并沿帕里水道北岸向西漂流。2007 年 8—9 月 SLP 場的主 要特征是波弗特高壓異常強(qiáng)(圖略)，這使得從 BMC 流出的多年冰沿等壓線向西 流動(dòng)，而沒有橫跨帕里水道。以及北極中央?yún)^(qū)在夏季融化（如圖 4），據(jù)研究表 明，是因?yàn)榕鞯牧魅胨斐傻挠绊憽?最后，除了上述因素外，大氣環(huán)流、積雪、融池、冰間湖等因素對海冰的 融化及分布也有重要的影響。

圖4

德國 Bremen 大學(xué)利用 amsre 衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演的 2010 年 9 月 1 日的北極中央海區(qū)海冰密集度圖像，圖中顯示 在北極中央海區(qū)，海冰已經(jīng)開始融化

四、西北航道通航可能性的結(jié)論
衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示北冰洋的海冰覆蓋率在各個(gè)季節(jié)海冰覆蓋率都有所下降，在 2007 年的 9 月海冰總量達(dá)到了歷史最低點(diǎn)，僅僅為 430 萬平方千米。2007 年的 歷史最低海冰延長了北部航線和西北航道的通航時(shí)間，同時(shí)也是西北航道第一 次完全通航。東北航道現(xiàn)在每年幾乎都有一月半的通航時(shí)間，在每年夏末都允 許大約是海冰長度的商船通行。Khno 和 Semenov［4］認(rèn)為無論是東北航道還是西 北航道，航海時(shí)間的進(jìn)一步延長是可預(yù)見的，如果航海時(shí)間延長，將會(huì)使北部 航線成為一條目前真正可以使用的航線。而且，全球變暖模式模擬的將來海冰 情況是： 如果大氣層溫室氣體濃度進(jìn)一步提高的話， 北冰洋海冰會(huì)進(jìn)一步減少。 這對西北航道通航來說，無疑是有利的一個(gè)情況。據(jù)相關(guān)報(bào)道，2016 年 3 月， 北極海冰達(dá)到全年最大值，但是今年的海冰最大值時(shí)海冰量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于往年，中

國海洋大學(xué)蘇潔老師的利用遙感數(shù)據(jù)繁衍出的北極海冰密集度產(chǎn)品也間接證明 了這一點(diǎn)（圖 5），這對于西北航道的通航來說，無疑是一個(gè)有利因素。

圖5

中國海洋大學(xué)利用 amsr2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演的 2016 年 3 月 29 日的北極海冰密集度圖像

世界各國的觀測資料都顯示北極海冰減少的速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人們利用模式 計(jì)算估計(jì)的海冰減少速度。 這表明模式海冰所估計(jì)并不是十分準(zhǔn)確， 也就是說， 北極海冰的融化速度超過人們的想象。北極海冰的減少不僅有自然變化因素， 人為影響對海冰減少的干擾也產(chǎn)生了影響。模式海冰預(yù)測在二十一世紀(jì)末，東 北航道形成完全通路的時(shí)間將持續(xù) 3 個(gè)月至 6 個(gè)月，而西北航道可通航時(shí)間則 在 2 到 4 個(gè)月之間。 然而， 目前對北極海冰觀測數(shù)據(jù)較少， 我們所得出的結(jié)論也有一定的限制。 Khno 和 Semenov［4］在研究論文中也承認(rèn)，在將來，只有有更多的觀測數(shù)據(jù)，才 有可能弄清北極海冰減少的原因到底是人為還是自然因素，亦或是兩者的結(jié)合 所造成的影響。 為了更好的完成本論文，在寫作前從近些年的期刊雜志及相關(guān)書籍中收集 了關(guān)于西北航道海冰的參考文獻(xiàn)，但由于世界各國對西北航道的研究時(shí)間普遍 較短，文獻(xiàn)相對缺乏。西北航道如果能夠開通，我國將會(huì)從此大大獲益，故我 國對西北航道的研究應(yīng)該更加深入，以便能在西北航道具有完全通航能力時(shí)順 利使用。

參考文獻(xiàn)： ［1］蘇潔等，北極加速變暖條件下西北航道的海冰分布變化特征，青島， 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，張志國，利用熱動(dòng)力模式模擬 1979~1998 年北極海冰流 出量變化，黑龍江，哈爾濱，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］付強(qiáng)，北極西北航道通航關(guān)鍵海區(qū)海冰變化規(guī)律研究[D]，大連，大連海事 學(xué)院，2012

圖片來源： 圖 1：蘇潔等，北極加速變暖條件下西北航道的海冰分布變化特征，青島， doi:10.3724/SP.J。1084.2010.00104 圖 2： ftp://sidads.colorado.edu/DATASETS/NOAA/G02186/geotiff/4km/all_surfac e/2007/ 圖 3、圖 4：德國 Bremen 大學(xué) :8084/amsredata/asi_daygrid_swath/l1a/ n6250/2007/sep/ 圖 5：中國海洋大學(xué) 極地海洋過程與全球海洋變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室



  本文關(guān)鍵詞：區(qū)域海洋學(xué)論文，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。