關(guān)于東北航道海冰信息的發(fā)布渠道及特點

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發(fā)展的趨勢，提高海冰實時/近實時觀測能力及預(yù)報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構(gòu)關(guān)于東北航道的海冰數(shù)據(jù)，分析各機構(gòu)發(fā)布的海冰信息存在的問題，如產(chǎn)品數(shù)量少、預(yù)報區(qū)域受限、信息共享應(yīng)用不足。建議我國增大對東北航道的研究投入，增強與環(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：X951? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0042-03

2021年舉辦的海洋氣象科技創(chuàng)新戰(zhàn)略研討會多次提到具有“冰上絲綢之路”美譽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輸，[2]雖然不能和作為世界航運重要部分的蘇伊士運河航道相比，但已經(jīng)成為未來發(fā)展的趨勢。對于中國航運業(yè)，東北航道航程比傳統(tǒng)航線縮減三分之一，航時平均縮減10天，由于航時航程的縮減，燃耗成本也平均減少15%以上。我國作為交通貿(mào)易大國，強調(diào)合作共贏，近年來一直加強海洋的開發(fā)，通過東北航道，中國可以與北極周邊國家加強經(jīng)濟、政治上的合作，實現(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。當海冰密集度小于1/10時，船舶航行基本不受海冰影響;當海冰密集度在1/10至5/10時，船舶不能嚴格按照初始航線航行;當海冰密集度在5/10至8/10時，船舶航行困難;當海冰覆蓋比例大于9/10時，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，全球很多國家都對北極海冰開展了廣泛而細致的研究，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劃，及時避開冰情嚴重的海域，也可對預(yù)報提供參考和背景值。

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個的包括近實時/實時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)信息包括近實時的觀測數(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)的相對精度達5%，可以長時間序列且較精準的統(tǒng)計相關(guān)海域海冰的密集度及分布狀況，有利于研究人員驗證冰情預(yù)測模型的準確度。俄羅斯提供的海冰信息大部分都要向機構(gòu)申請獲取，其中為船舶公司提供的產(chǎn)品以動畫/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)機構(gòu)當做模板用來驗證海冰的預(yù)報模型，用戶能夠在官網(wǎng)根據(jù)時間系列、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)報中心以不萊梅機構(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)，同時正在提高更高分辨率、更多種類的海冰數(shù)據(jù)預(yù)報水平。目前國家海洋環(huán)境預(yù)報中心提供的數(shù)據(jù)圖形包括北極海冰密集度分析、96小時北極海冰密集度預(yù)報、96小時北極海冰冰厚預(yù)報和海冰漂移以及96小時北極海冰密集度變化預(yù)報圖，如圖6。

2 東北航道海冰信息特點

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)報區(qū)域受限、信息共享應(yīng)用不足幾個缺點：

（1）在產(chǎn)品數(shù)量上看，北極周邊許多國家通過浮標和各種遙感手段獲得了大量的近實時/實時海冰數(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)分布一次性浮標和氣象觀測站來獲取實時的海冰數(shù)據(jù)，而他國海域以及海冰密集度較大難以到達的海域很難去投放大量浮標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)由于空間格式及時間格式的差異不能進行綜合多源融合，也沒有特定針對東北航道的實時數(shù)據(jù)及可靠的預(yù)報數(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)多個國家海域，海冰數(shù)據(jù)可以從不同國家不同機構(gòu)獲取，[8]這需要對多樣性的數(shù)據(jù)進行時空處理，得出統(tǒng)一的對航行規(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)布的海冰動態(tài)信息結(jié)合大氣信息或者申請專業(yè)的氣導(dǎo)公司為船舶提供詳細的航行規(guī)劃，保障船舶的航行安全。

對于我國而言，由于北極地理位置較遠且冰區(qū)較難抵達，在國內(nèi)很難實時接收觀測數(shù)據(jù)及衛(wèi)星數(shù)據(jù)，如果能夠獲取更多的實時觀測數(shù)據(jù)，將很大程度提高我國海冰預(yù)報能力，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)，加強與環(huán)北極國家的合作，獲取更多的觀測數(shù)據(jù)和準實時衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，同時將這些海冰數(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：

[1] 林國龍， 湯兵兵， 丁一. 考慮季節(jié)性因素影響下的北極航線與傳統(tǒng)航線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2017， 36（03）： 108-114.

[2] 董沛. 北極航道能否成世界海運新選擇[N]. 工人日報， 2021-04-05（008）.

[3] 楊劍. 北極航運與中國北極政策定位[J]. 國際觀察， 2014（01）： 123-137.

[4] 呂寶剛. 北極航行的環(huán)境因素及冰區(qū)航行安全措施研究[D]. 大連海事大學(xué)， 2012.

[5] 孔愛婷. 南北極海冰時空變化分析及信息系統(tǒng)構(gòu)建[D].廣東工業(yè)大學(xué)， 2016.

[6] 姜珊， 楊清華， 梁穎祺， 滕駿華， 張林. 可服務(wù)于北極航道的海冰與氣象預(yù)報信息綜合分析[J]. 極地研究， 2017， 29（03）： 399-413.

[7] AMSR-2海冰密集度數(shù)據(jù)集. 不萊梅大學(xué). https：// seaice.uni-bremen.de/sea-ice-concentration . 2020

[8] 邵晨， 蔣雪中， 惲才興. 基于多源共享數(shù)據(jù)的北極航道海域冰情分析[J]. 上海國土資源， 2015， 36（01）： 90-94.

[9] 楊成林. 北極東北航道通航條件戰(zhàn)略分析[D]. 山東師范大學(xué)， 2016.