“雪龍”號北極西北航道航行實踐與探索研究

朱兵 袁東方 夏寅月

(中國極地研究中心,上海 200136)

0 引言

隨著氣候變暖和經(jīng)濟全球化,北極航道開發(fā)利用的價值日益凸顯。近年來,北極東北航道已常態(tài)化商業(yè)運營,而對于北極西北航道(Northwest Passage)的商業(yè)利用,仍處于研究的起步階段。雖然近幾年學者對西北航道的海冰分布特點[1]、航道開通情況[2]、自然環(huán)境的危險[3]和相關風險研究的情況[4]進行了分析和研究,但欲實現(xiàn)中國船舶對西北航道的常態(tài)化利用,尚需要不斷地航行實踐和探索研究[5],對其經(jīng)濟性和航行安全性進行充分的評估。

中國第八次北極科學考察中,“雪龍”號極地科學考察船首次穿越北極中央航道和北極西北航道,實現(xiàn)了我國船舶首次環(huán)北極航行,為中國船舶在北極水域的航行積累了彌足珍貴的經(jīng)驗?！把垺碧柾瓿闪酥袊笆状螌Ρ睒O西北航道的穿越,開辟了北美經(jīng)濟圈(大西洋沿岸)至東北亞經(jīng)濟圈海上新通道,為未來中國船只利用西北航道積累了豐富的航行經(jīng)驗,推動我國對北極西北航道適航性的系統(tǒng)評估[6]。

本文以“雪龍”號穿越北極西北航道整個過程為基礎,介紹了西北航道的地理環(huán)境、通行政策、冰區(qū)引航、航線規(guī)劃等情況,通過“雪龍”號實際通行過程的記錄,對航行過程中各水道航行方法進行討論,總結可供其他船舶在西北航道安全順利通行的經(jīng)驗和建議。

1 航行實踐的基礎

1.1 西北航道

北極西北航道是起始于太平洋白令海峽,經(jīng)楚科奇海,過美國阿拉斯加大陸北部波弗特海,向東穿過加拿大北部北極群島水域,到達巴芬灣后,再過戴維斯海峽,最后進入北大西洋的航線總稱。西北航道所在水域島嶼眾多,暗礁星羅棋布,且航道內冰情復雜,是地球上地形十分復雜的海域之一,也是世界上航行風險很大的航線之一[7]。

西北航道可分為3 個航段:第1 段為白令海峽至波弗特海(美國與加拿大分界線);第2 段為波弗特海(美國與加拿大分界線)至蘭開斯特海峽出口;第3 段為蘭開斯特海峽出口至戴維斯海峽。第2 段穿越北極群島時有多條航線可供選擇,其中主要有3 條,分別稱為北線、中線和南線,每個航段經(jīng)過的主要水域和所涉及的航行安全控制區(qū)如表1[8]和圖1 所示。由于第1 段和第3 段水域情況相對單一,本文主要對航道情況比較復雜的第2 段進行討論。

表1 西北航道航段表[8]Table 1.Northwest Passage section table[8]

圖1 西北航道航線圖Fig.1.Northwest Passage route

1.2 氣象水文

西北航道全年平均氣溫較低,氣候惡劣[9]。風向隨著氣壓的過境而多變,浪向隨著風向而變化。北冰洋海水通過加拿大北部北極群島內的各條水道向東流入巴芬灣和戴維斯海峽,受此影響,西北航道海水平均流速在0.5 節(jié)左右;而巴芬灣和戴維斯海峽的海水流向和流速因受到風和地形的影響出現(xiàn)較大的變化。西北航道的海霧很頻繁,尤其是西南風和東南風時產生的高濃度平流霧,持續(xù)時間長且頻繁。此外,航道中夾雜著成片浮冰和零星的冰山給航行造成一定的困難[10]。

1.3 “雪龍”號

“雪龍”號全長167 m,船寬22.6 m,夏季滿載吃水9.0 m,滿載排水量21025 t,單槳單舵,可調槳(Controllable Pitch Propeller,CPP),主機功率13200 kW,發(fā)電機功率3×1140 kW,經(jīng)濟航速15節(jié),最大航速 17.9 節(jié),續(xù)航力 20000 海里,冰級B1*(相當于國際船級社協(xié)會冰級PC6),能以1.5節(jié)的速度連續(xù)破1.2 m 厚的冰(含20 cm 的雪),是我國最早投入使用的極地科考破冰船。截止目前,已執(zhí)行了23 次中國南極科學考察和9 次中國北極科學考察任務。

2 航行規(guī)定與資料

2.1 水域通行政策

加拿大將其北部的北極群島水域主張為“歷史性內水”,規(guī)定在這些水域中航行的外籍船只不享有無害通過權,并制訂了如《北極水域污染防治法》(Arctic Water Pollution Prevention Act,AWPPA)、《北極航運安全和污染防治規(guī)章》(Arctic Shipping Safety and Pollution Prevention Regulations,ASSPPR)、《加拿大北方船舶交通服務區(qū)規(guī)章》(Northern Canada Vessel Traffic Services Zone Regulations,NORDREG)等法律法規(guī),憑借減少海上航行安全事故和保護北極冰封水域海洋環(huán)境的名義,強化其對西北航道的管轄,對外籍船舶實施嚴格的航行準入和環(huán)保標準[11]。在《加拿大北方船舶交通服務區(qū)規(guī)章》中,對加拿大所管轄的水域劃定航行安全控制區(qū)(圖2),要求進入航行安全控制區(qū)的船舶進行強制性申請和報告。目前加拿大尚未制定標準化的西北航道航行申請流程,船舶想要穿越西北航道,必須先熟悉加拿大相關的規(guī)章制度,在船舶冰區(qū)航行性能、防止海洋污染措施、配備冰區(qū)引航員、合理規(guī)劃航線等方面,做好相應的準備工作,并與加拿大海事管理部門提前進行充分溝通和有效申請。

圖2 航行安全控制區(qū)[12]Fig.2.Shipping safety control zones[12]

“雪龍”號基于北極水域海洋科學調查的需求提出了航道通行申請,主要遞交的材料和報告如表2。

表2 遞交的材料和報告Table 2.Materials and reports submitted

2.2 冰區(qū)引航員規(guī)定

《北極航運安全和污染防治規(guī)章》規(guī)定了對航行安全控制區(qū)內航行的船舶配備冰區(qū)引航員的要求[13]。該規(guī)章明確了冰區(qū)引航員的資質,即能夠勝任《加拿大航運法》(Canada Shipping Act,CSA)所規(guī)定的船長或甲板負責人的任務,以及曾經(jīng)作為船長或甲板負責人在船上工作至少50 天,其中30 天必須有船舶在北極水域遭遇冰情、需要破冰船協(xié)助或對可能損害船舶的積冰進行應對演習的工作經(jīng)驗[14]。船舶在駛入航行安全控制區(qū)之前引航員即須到位,在船舶完全駛離航行安全控制區(qū)后方能結束引航任務。冰區(qū)引航員主要職責包括:(1)在保證所需休息時間的前提下(每日工作時間不超過12 小時),可隨時在船長要求時值班;(2)作為船員中的一員,應遵守船長的任何合理指示;(3)在遇到海冰、冰山密集區(qū)域,應赴駕駛臺,以提供建議和經(jīng)驗,并盡力提供幫助;(4)冰區(qū)引航員協(xié)助路線細化,并將這些信息轉發(fā)給相關地方當局;(5)根據(jù)船舶冰級、能見度和海況,結合海冰條件為船舶安全航速進行指導;(6)為請求破冰船協(xié)助提供幫助;(7)如果提供的建議被船上忽視或拒絕,有權向自己公司進行報告等。

2.3 航線規(guī)劃要求

首先,必須根據(jù)船舶破冰等級獲得船級社根據(jù)加拿大《北極水域污染防治法》條款給船舶頒發(fā)的《北極污染防治符合性聲明》證書,此證書上標有對應加拿大船級社規(guī)定的船舶冰級。如中國船級社(CCS)認證“雪龍”號的冰級為B1*級,等同于加拿大船級社(CASPPR)認證的Type A 級(表3)[15-20]。由于“雪龍”號在沒有強動力破冰船的協(xié)助時不能獨自進入加拿大北極水域1 區(qū)、2 區(qū)和5 區(qū),而北線和中線涉及1 區(qū)和2 區(qū),因此“雪龍”號單船航行只能選擇南線,并且在相應航行安全區(qū)允許的可通航時間內通行(見表4)。可以看出,6 區(qū)因是北線、中線和南線的必經(jīng)之地,6 區(qū)對冰級較低的Type D 和Type E 級船全年限行,因此想要獨自穿越西北航道的Type D 和Type E 級船舶,必須進行冰區(qū)結構加強,提升船舶的冰級,以符合航行安全區(qū)的通航要求。

表3 各船級社冰級符號對應關系Table 3.The corresponding relation of the ice class symbols of each classification society

表4 航行安全控制區(qū)通航日期表Table 4.Schedule of navigable dates for shipping safety control zones

對于Type A 級船舶,在南線經(jīng)過的航行安全控制區(qū)(12 區(qū)-11 區(qū)-7 區(qū)-6 區(qū)-13 區(qū))中,6 區(qū)通航時段較短(表4),穿越西北航道應選擇在8 月15 日至10 月15 日之間通行。還要計劃好引航員登離船時間,考慮到引航服務費不菲(在船每天1000 美元、從家中到船往返的交通費、食宿費均需船方承擔),宜準時接送引航員。引航員登離船地點一般設在格陵蘭和美國阿拉斯加港口,以滿足船舶在整個加拿大水域航行期間引航員全程在船進行指導的要求。

南線航道狹窄,暗礁叢生,淺灘密布,水深情況比較復雜。選擇南線航行時,相應的海圖資料須配備齊全,海圖最好選用加拿大版海圖,以保證數(shù)據(jù)的準確性。主要的加拿大版海圖如表5所列。

表5 加拿大版海圖資料Table 5.The list of Canadian marine charts

對于計劃走西北航道北線或中線(涉及1 區(qū)和2 區(qū))的船舶,除了必須了解和熟悉所航水域和航行安全控制區(qū)的通行政策、聘請冰區(qū)引航員、配齊相關的圖書資料、隨時可以獲得冰情和氣象信息等,船舶自身的冰級一定要達到加拿大船級社認定的Arc3 以上級別(見表4 中允許進入1 區(qū)和2 區(qū)的船舶冰級要求),即至少要超過“雪龍”號(Type A 級)4 個等級,并且持有由認可的船級社頒發(fā)的船舶冰級證書或等效證明。此證書或證明須提前遞交給加拿大交通管理部門和冰區(qū)引航員。

2.4 法規(guī)探討

《極地水域營運船舶國際規(guī)則》(International Code for Ships Operating in Polar Waters)(以下簡稱《極地規(guī)則》)已于2017 年1 月1 日默認生效。這是國際海事組織(IMO)在原有相關建議性文件的基礎上堅持推動強制性極地水域船舶航行規(guī)則而制定的。由此可見,極地水域船舶航行安全和極地區(qū)域自然環(huán)境保護已逐漸成為國際海事界共同關注的重點,制定出這樣一套完善的極地水域船舶航行安全和防污染標準有著非常重大的意義?！稑O地規(guī)則》主要包括“安全措施”和“防污染措施”兩大部分,內容幾乎涵蓋安全和環(huán)保的所有方面,涉及《1974 年國際海上人命安全公約》(International Convention for Safety of Life at Sea,1974,簡稱《SOLAS 公約》)、《1973 年國際防止船舶造成污染公約》(International Convention for the Prevention of Pollution From Ships,1973,簡稱《MARPOL 公約》)及《1978 年海員培訓、發(fā)證和值班標準國際公約》(International Convention on Standards of Training,Certification and Watchkeeping for Seafarers,1978,簡稱《STCW 公約》)三大公約修正案。在各大公約修正案的支撐下,《極地規(guī)則》對航行于極地水域船舶的約束力不言而喻。加拿大2017 年12 月19 日出臺的《北極航運安全和污染防治條例》取代了原有的《北極航運污染防治規(guī)章》,與《極地規(guī)則》的“安全”和“防污染”兩大塊內容形成了高度的一致性,體現(xiàn)出加拿大國內法規(guī)的國際化趨向,并且更有利于他們對北極水域的管轄?！稑O地規(guī)則》對冰區(qū)引航員沒有具體要求,因此加拿大在新規(guī)章中對冰區(qū)引航制度(包括冰區(qū)引航員配備要求和引航員資質條件)有所放寬,即在符合相關資質的情況下,船上的船長或船員可以勝任冰區(qū)引航員的職責。

對于計劃航行于北極水域和穿越西北航道的我國船舶而言,應積極應對國際法規(guī)和加拿大本土通航政策,在船舶構造、消防救生、航行安全、船舶配員、船員培訓、環(huán)境保護等方面滿足相關要求,切實做好極地水域航行安全和防污染工作。我國與加拿大在航道領域合作方面需增進了解、建立互信,拓寬航線上其他領域的合作,降低我國船舶在西北航道通航限制,以期達到航道通行的相對自由。

3 航行實踐與探索

3.1 過程概況

“雪龍”號于北京時間2017 年8 月30 日14:10至9 月6 日17:40 穿越西北航道,依次經(jīng)過戴維斯海峽(Davis Strait)、巴芬灣(Baffin Bay)、蘭開斯特海峽(Lancaster Sound)、巴羅海峽(Barrow Strait)、皮爾海峽(Peel Sound)、富蘭克林海峽(Franklin Strait)、拉森海峽(Larsen Sound)、維多利亞海峽(Victoria Strait)、毛德皇后灣(Queen Maud Gulf)、迪斯海峽(Dease Strait)、科羅內申灣(Coronation Gulf)、多芬聯(lián)合海峽(Dolphin and Union Strait)、阿蒙森灣(Amundsen Gulf),到達波弗特海(Beaufort Sea),總航程為2293 海里,航時171.5 小時(含巴芬島東側沿岸的作業(yè)里程和時間)(圖3)。

圖3 “雪龍”號航行軌跡Fig.3.The sailing track of the Xuelong

3.2 海冰風險評估

航行過程中,根據(jù)加拿大《北極冰情航運制度》的標準(Arctic Ice Regime Shipping System,AIRSS)須對航線前方的實時冰情進行冰情指數(shù)計算,評估船舶穿越冰區(qū)的可能性,適時進行航線調整,并將觀測到的海冰情況報送加拿大交通管理部門。整個南線航路上,拉森海峽冰情較為嚴重[2],以此為例進行冰情指數(shù)計算。從穿越拉森海峽當日(2017 年9 月3 日)的實時冰情圖(圖4)中可以看出,航道內存在綠色“L”區(qū)(1–3 成冰)和黃色“J”區(qū)(4–6 成冰),以及橙色“G”區(qū)(7–8 成冰)和紅色“D”區(qū)(9–10 成冰)。

對于任何冰況區(qū)而言,一個冰情指數(shù)(IN)是該區(qū)域各冰類的密集度(十分制)與它們的冰乘數(shù)的乘積之和。計算方法如下:

式中,IN為冰情指數(shù);Ca,Cb…為十分制冰的密集度;IMa,IMb…為冰乘數(shù),其取值如表6 所示。

表6 冰乘數(shù)Table 6.Ice multiplier

計算出的冰情指數(shù)須大于或等于0 才可以通過,否則必須繞道[8]。

首先,對圖4 中航道的綠色“L”區(qū)進行分析:從圖4 中找到對應的“L”蛋形碼[21],“L”蛋形圖中的“2”表示2 成的浮冰(即8 成為開闊水域)、海冰發(fā)展階段均為“7.”(陳年冰)、冰型為“4”(中等大小浮冰,不參與計算)?！把垺碧柋墳門ype A,從表6 中查到對應的冰乘數(shù)。根據(jù)公式(1),冰情指數(shù)IN=8×2+2×(–3)=10。再對黃色“J”區(qū)進行計算,“J”蛋形圖中的“4.”表示“當年厚冰”(Type A 對應的冰乘數(shù)為“–1”),其冰情指數(shù)IN=5×2+2×(–3)+3×(–1)=1。同理,計算出橙色“G”區(qū)的冰情指數(shù)IN=3×2+3×(–3)+4×(–1)=–7。計算出紅色“D”區(qū)的冰情指數(shù)IN=1×2+3×(–3)+6×(–1)=13。從以上計算結果可以看出,綠色“L”區(qū)和黃色“J”區(qū)的冰情指數(shù)均大于0,冰級為Type A 的“雪龍”號可以通行;而橙色“G”區(qū)和紅色“D”區(qū)的冰情指數(shù)均小于0,“雪龍”號則不可以通行,如果遇到必須繞行。

3.3 航行要點分析

加拿大冰區(qū)引航員在格陵蘭努克港登上“雪龍”號,之后與船長商議確定了西北航道航行方案。從2017 年8 月22—28 日綜合冰情圖(圖5)上可以看出,中線上的梅爾維爾子爵海峽冰情非常嚴重。因此根據(jù)“雪龍”號的冰級和破冰能力取消了原來制定的中線航行計劃,改走南線(見2.3節(jié)的分析)。引航員提供了整個中線的航路點(表7)。在船期間,引航員負責接收當?shù)貧庀蟆⒑１畔?計算冰情指數(shù);根據(jù)各報文格式協(xié)助船長草擬報告。報告種類主要包括進入報告系統(tǒng)區(qū)域前的初始報告(SP)、每日位置報告(每日 16:00 UTC 進行報告)(PR)、偏離報告(DR)、離開報告系統(tǒng)區(qū)域的最終報告(FR)等《加拿大北方船舶交通服務區(qū)規(guī)章》所要求提供的報告[22]。

表7 航路點列表Table 7.List of waypoints

圖5 西北航道中線冰情圖(來源:加拿大冰情服務中心)Fig.5.Ice chart of the middle line of the Northwest Passage(source:Canadian Ice Service)

此次,“雪龍”號沿西北航道的南線由東往西航行,即離開格陵蘭后駛往蘭開斯特海峽,經(jīng)過南線各海峽和水道,由阿蒙森灣駛出、進入波弗特海,最后抵達白令海峽,完成西北航道的航行。

蘭開斯特海峽航道寬度40 海里以上,水面開闊、無冰,航道水深在200～800 m;巴羅海峽也較為開闊,航道水深150～200 m。經(jīng)巴羅海峽轉向南進入皮爾海峽時,由于皮爾海峽入口的東側有10～15 海里寬的大片沿岸浮冰堆積而形成密集浮冰區(qū),通過時需向西繞行進入皮爾海峽,再向南繼續(xù)航行。

皮爾海峽和南面的富蘭克林海峽航道寬度收窄,但也有10 海里以上,航道水深也超過200 m,海面有少量浮冰。只要加強瞭望、正確避讓,這些浮冰不會對航行產生較大影響。

富蘭克林海峽南部水域和拉森海峽,航道水深50～200 m,此處為整個南線上浮冰最為密集的區(qū)域(圖4),需要減速航行并對船舶的冰情指數(shù)進行計算,根據(jù)計算結果確定采取直行、繞行、滯航等待冰情好轉或申請破冰船協(xié)助等措施。在北極地區(qū),大片浮冰區(qū)往往伴隨著濃霧,此時必須采取有效的霧航措施,加強瞭望、減速航行,必要時停航。在穿越航道前要做好夜航準備工作,配備強光探照燈非常必要,在能見度尚可的冰區(qū)夜航時,需要利用探照燈掃射海面進行浮冰避讓。

圖4 西北航道南線冰情圖(來源:加拿大冰情服務中心)Fig.4.Ice chart of the south line of the Northwest Passage(source:Canadian Ice Service)

從維多利亞海峽南部直至阿蒙森灣出口,航線上不再有浮冰聚集,因此工作重點應由冰區(qū)安全航行轉移到隨之而來的狹窄水道、淺水區(qū)和島礁區(qū)安全航行。

迪斯海峽中設有5～6 海里寬的推薦航道,水深基本在50～100 米。沿著推薦航道航行,途中存在幾處淺灘須根據(jù)船舶吃水考慮直接通過或繞行。

科羅內申灣的愛丁堡水道(Edinburg Channel)是此次西北航道航行的最窄區(qū)域(寬度僅1 海里)(圖6),尤其在夜間航行時需要提前減速,慢速通過?？屏_內申灣與多芬聯(lián)合海峽(圖7)為水深較為復雜的水域,島礁密布,淺灘多,淺灘間最窄航道僅2 海里,航線上最小水深13 m[23]。水面看似正常,但水下形勢復雜,必須嚴格沿著既定的航線航行,不得有偏差。

圖6 “雪龍”號通過狹窄的愛丁堡水道Fig.6.R/V Xuelong passed through the narrow Edinburgh Channel

圖7 “雪龍”號通過多芬聯(lián)合海峽Fig.7.R/V Xuelong passed through the Dolphin and Union Strait

至阿蒙森灣,航道逐漸開闊,水深達到200 m以上,但時常會有濃霧出現(xiàn),需謹慎航行。

“雪龍”號由阿蒙森灣駛入波弗特海,安全順利完成了西北航道第2 航段的穿越。冰區(qū)引航員也完成了他的引航任務。引航服務結束后,由“雪龍”號向加拿大交通部提供了冰區(qū)引航員在船服務證明。之后,引航員在美國阿拉斯加諾姆港離船登岸。

4 主要經(jīng)驗和航行建議

西北航道(尤其第2 航段)的穿越相對其他航道航行較為復雜,但航道內通行的船只較少,“雪龍”號穿越時沒有遇到需要避讓的過往船只。通過“雪龍”號首次穿越北極的航行實踐和探索,獲得如下主要經(jīng)驗和航行建議。

(1)了解加拿大針對西北航道通行出臺的政策,提交申請并獲得通行許可,并按規(guī)定聘請加拿大本地有資質的冰區(qū)引航員。

(2)確定或適時提高船舶的破冰等級,并獲得船級社頒發(fā)的冰級證書(或“北極防污染等效聲明”證書)。

(3)進行極區(qū)航行的適航性檢查,配備相關應急設備和物資。

(4)配備有冰區(qū)航行和島礁區(qū)航行經(jīng)驗的船員,并進行有效培訓。

(5)制定在危險航行水域主機、舵機突然失靈時的應急程序,并進行操演。

(6)做好北極水域防污染工作,禁止排放油污水、生活污水。

(7)根據(jù)船舶冰級和航行安全控制區(qū)進入的要求進行航線規(guī)劃。破冰能力強的船舶宜選擇北線或中線,北線和中線航道寬、水深較深(除中線威爾士王子海峽中間段一處淺灘,該淺灘距岸邊的航道寬度有3.5 海里,水深30～100 m),但浮冰密集;破冰能力不強且吃水小于10 m 的船舶,宜選擇南線航行,但南線航道長而曲折、可航通道狹窄、水深情況復雜、水文資料不全。

(8)要充分發(fā)揮冰區(qū)引航員的作用,利用其提供的航線、航道資料、冰情圖、天氣信息等資源,進行通行安全性的評估;較為復雜的冰情指數(shù)計算及各式報告的擬稿也可請引航員協(xié)助完成。

(9)在密集冰區(qū)、能見度不良及夜航時,進行航線優(yōu)化,采用安全航速,并加強瞭望,謹慎操作。通過雷達、GPS、海圖水深等多種手段及時準確定位,計算好風流壓差,防止偏航。夜間航行時,使用探照燈掃射海面,對浮冰進行避讓。過密集浮冰區(qū)、狹窄水道和淺灘時,應減速航行[24]。

(10)西北航道中雖然來往的商船極少,但時?？捎龅郊幽么笱策夛w機和海岸警衛(wèi)隊船只,如果船舶需要救援時,可以第一時間獲得援助。

5 結論

本文通過“雪龍”號穿越北極西北航道的航行實踐,對船舶穿越西北航道的通行要點進行了分析和研究,尤其探討了加拿大關于西北航道的通行政策、聘請加拿大冰區(qū)引航員,并根據(jù)船舶冰級等次,結合北極群島水域航行安全控制區(qū)進入要求,來合理規(guī)劃航線,結合船舶在島礁區(qū)、狹窄水道、冰區(qū)、霧中、冰區(qū)夜間等特殊情況下的正確航法及航次風險評估、制定應急預案等進行細致的分析,為其他船舶安全順利穿越北極西北航道提供經(jīng)驗和借鑒。