王輝 李想 柯文文 安磊

摘 要：隨著全球氣候變暖，北極海冰消融，東北航道商業(yè)性通航成為未來航運(yùn)發(fā)展的趨勢，提高海冰實(shí)時(shí)/近實(shí)時(shí)觀測能力及預(yù)報(bào)能力是船舶安全航行東北航道的重要保障。通過獲取不同國家機(jī)構(gòu)關(guān)于東北航道的海冰數(shù)據(jù)，分析各機(jī)構(gòu)發(fā)布的海冰信息存在的問題，如產(chǎn)品數(shù)量少、預(yù)報(bào)區(qū)域受限、信息共享應(yīng)用不足。建議我國增大對(duì)東北航道的研究投入，增強(qiáng)與環(huán)北極國家之間的信息交互，為東北航道季節(jié)性通航常態(tài)化提供更加及時(shí)有效的保障。

關(guān)鍵詞：東北航道;海冰產(chǎn)品;數(shù)據(jù);北極航行

中圖分類號(hào)：X951? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）02-0042-03

2021年舉辦的海洋氣象科技創(chuàng)新戰(zhàn)略研討會(huì)多次提到具有“冰上絲綢之路”美譽(yù)的北極航道分為東北航道和西北航道，東北航道從日韓等國港口穿過白令海峽、西伯利亞和北冰洋相鄰海域，到達(dá)歐洲港口，[1]被稱為連接亞歐的黃金水道，如圖1。由于氣候原因，海洋長期被海冰覆蓋，東北航道一直沒有被集中使用。隨著近年來全球氣溫上升，北極海冰的面積及厚度也在逐漸減少，有利于東北航道的暢通。

據(jù)俄羅斯塔斯社數(shù)據(jù)顯示，2020年共有3297萬噸貨物通過北極航道運(yùn)輸，[2]雖然不能和作為世界航運(yùn)重要部分的蘇伊士運(yùn)河航道相比，但已經(jīng)成為未來發(fā)展的趨勢。對(duì)于中國航運(yùn)業(yè)，東北航道航程比傳統(tǒng)航線縮減三分之一，航時(shí)平均縮減10天，由于航時(shí)航程的縮減，燃耗成本也平均減少15%以上。我國作為交通貿(mào)易大國，強(qiáng)調(diào)合作共贏，近年來一直加強(qiáng)海洋的開發(fā)，通過東北航道，中國可以與北極周邊國家加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)、政治上的合作，實(shí)現(xiàn)和平、共贏的局面。[3]

1 東北航道海冰信息發(fā)布渠道

相較于普通海面，海冰成為影響東北航道通航性最重要的因素。當(dāng)海冰密集度小于1/10時(shí)，船舶航行基本不受海冰影響;當(dāng)海冰密集度在1/10至5/10時(shí)，船舶不能嚴(yán)格按照初始航線航行;當(dāng)海冰密集度在5/10至8/10時(shí)，船舶航行困難;當(dāng)海冰覆蓋比例大于9/10時(shí)，船舶不能自主航行冰區(qū)海域，需要破冰船協(xié)助航行。[4]目前，全球很多國家都對(duì)北極海冰開展了廣泛而細(xì)致的研究，提供了包括東北航道附近海域等環(huán)北極區(qū)域海冰的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品，如表1，為保障船舶安全航行東北航道發(fā)揮了很大的作用。

加拿大海冰服務(wù)中心為東北航道相關(guān)海域提供可呈現(xiàn)總體冰情和大尺度海冰遍布情況的衛(wèi)星可見光圖像，還有每天發(fā)布1次、每周發(fā)布1至2次的觀測數(shù)據(jù)，海域包括加拿大東部、北冰洋東部和西部。如圖2。這些數(shù)據(jù)可以直觀地觀察東北通道海冰的分布，幫助航海公司制定船舶航行計(jì)劃，及時(shí)避開冰情嚴(yán)重的海域，也可對(duì)預(yù)報(bào)提供參考和背景值。

美國國家冰中心提供的東北航道海冰數(shù)據(jù)包括每日分析和每周分析，[5]如圖3，冰濃度、冰型/厚度和30天冰濃度變化等冰情以冰圖格式表示，美國冰雪數(shù)據(jù)中心通過SSM/Ⅰ-SSMIS傳感器利用BT/NT/CDR算法獲得北極海冰數(shù)據(jù)，共產(chǎn)生超過270個(gè)的包括近實(shí)時(shí)/實(shí)時(shí)的東北航道海冰密集度、海冰范圍、海冰邊緣線等要素的海冰數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)格式包括PNG、ESRI Shapefile、ASCII Text等。

俄羅斯南北極研究所（AARI）提供的數(shù)據(jù)信息包括近實(shí)時(shí)的觀測數(shù)據(jù)、東北航道有關(guān)海域海冰的每周/月分析以及長期分析，如圖4。該數(shù)據(jù)可以反映東北航道的海冰情況。除此之外，AARI根據(jù)“全球數(shù)字化海冰數(shù)據(jù)庫”統(tǒng)計(jì)了東北航道沿海區(qū)域的長期月平均海冰密集度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的相對(duì)精度達(dá)5%，可以長時(shí)間序列且較精準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)相關(guān)海域海冰的密集度及分布狀況，有利于研究人員驗(yàn)證冰情預(yù)測模型的準(zhǔn)確度。俄羅斯提供的海冰信息大部分都要向機(jī)構(gòu)申請(qǐng)獲取，其中為船舶公司提供的產(chǎn)品以動(dòng)畫/圖片的格式呈現(xiàn)。

德國不來梅大學(xué)環(huán)境物理研究所根據(jù)MODIS和AMSR2反演得到每日的海冰密集度、厚度數(shù)據(jù)，采用的高頻反演算法將能有效提高海冰數(shù)據(jù)的精確度以及海冰密集度繁衍結(jié)果的空間分辨率，[6，7]因此被大多數(shù)機(jī)構(gòu)當(dāng)做模板用來驗(yàn)證海冰的預(yù)報(bào)模型，用戶能夠在官網(wǎng)根據(jù)時(shí)間系列、區(qū)域以及需要的海冰數(shù)據(jù)格式等選擇需要的海冰數(shù)據(jù)集，如圖5。在25km空間分辨率格網(wǎng)下，不萊梅大學(xué)的海冰數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性，且不萊梅大學(xué)BT算法的平均偏差最小。

2010年我國的國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心以不萊梅機(jī)構(gòu)發(fā)布的海冰密集度數(shù)據(jù)為參考建立了北極大氣和海冰數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并快速地開展大量海冰數(shù)據(jù)遙感研究，研發(fā)了基于集合卡曼濾波的海冰資料同化技術(shù)，同時(shí)正在提高更高分辨率、更多種類的海冰數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)水平。目前國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心提供的數(shù)據(jù)圖形包括北極海冰密集度分析、96小時(shí)北極海冰密集度預(yù)報(bào)、96小時(shí)北極海冰冰厚預(yù)報(bào)和海冰漂移以及96小時(shí)北極海冰密集度變化預(yù)報(bào)圖，如圖6。

2 東北航道海冰信息特點(diǎn)

綜合以上收集到的各國關(guān)于東北航道的海冰數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)海冰數(shù)據(jù)目前存在產(chǎn)品數(shù)量少、預(yù)報(bào)區(qū)域受限、信息共享應(yīng)用不足幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）在產(chǎn)品數(shù)量上看，北極周邊許多國家通過浮標(biāo)和各種遙感手段獲得了大量的近實(shí)時(shí)/實(shí)時(shí)海冰數(shù)據(jù)[6]。與觀測數(shù)據(jù)相比，東北航道海域海冰預(yù)測產(chǎn)品研究不夠深入和充分。

（2）從預(yù)測區(qū)域來看，由于東北航道在經(jīng)緯度上跨度較大，周圍分布著很多環(huán)北極國家，目前，環(huán)東北航道海域的國家通過在自己的領(lǐng)海內(nèi)分布一次性浮標(biāo)和氣象觀測站來獲取實(shí)時(shí)的海冰數(shù)據(jù)，而他國海域以及海冰密集度較大難以到達(dá)的海域很難去投放大量浮標(biāo)來獲取足夠全面的海冰數(shù)據(jù)。

（3）從信息共享應(yīng)用看，環(huán)東北航道國家之間的合作較多，其他國家卻難以獲取和利用比較全面準(zhǔn)確的海冰數(shù)據(jù)，且不同國家不同部門的數(shù)據(jù)由于空間格式及時(shí)間格式的差異不能進(jìn)行綜合多源融合，也沒有特定針對(duì)東北航道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及可靠的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，無法為連續(xù)的航行提供安全保障。

3 結(jié)論與展望

東北航道航線長，途經(jīng)多個(gè)國家海域，海冰數(shù)據(jù)可以從不同國家不同機(jī)構(gòu)獲取，[8]這需要對(duì)多樣性的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空處理，得出統(tǒng)一的對(duì)航行規(guī)劃有利的信息。在夏季通航期，船舶公司可以利用高頻發(fā)布的海冰動(dòng)態(tài)信息結(jié)合大氣信息或者申請(qǐng)專業(yè)的氣導(dǎo)公司為船舶提供詳細(xì)的航行規(guī)劃，保障船舶的航行安全。

對(duì)于我國而言，由于北極地理位置較遠(yuǎn)且冰區(qū)較難抵達(dá)，在國內(nèi)很難實(shí)時(shí)接收觀測數(shù)據(jù)及衛(wèi)星數(shù)據(jù)，如果能夠獲取更多的實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)，將很大程度提高我國海冰預(yù)報(bào)能力，為東北航道安全通航提供有效的保障。[9]因此中國要增大北極科考船的科考次數(shù)，加強(qiáng)與環(huán)北極國家的合作，獲取更多的觀測數(shù)據(jù)和準(zhǔn)實(shí)時(shí)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，同時(shí)將這些海冰數(shù)據(jù)與水文氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合，完善東北航道海冰的數(shù)據(jù)庫，開發(fā)客戶端軟件，為東北航道通航的業(yè)務(wù)化提供更多有效保障。

參考文獻(xiàn)：

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