近海区域海洋学论文

西北航道的海冰冰况及其对通航的影响分析

文献综述

摘要：近些年，我国实行“海洋强国”战略，西北航道因为其对我国重要的战略意义而受广泛关注。而决定西北航道是否能够通航的一个重要因素就是航道内的冰情，包括海冰密集度、冰厚、冰流量等方面。目前，对海冰的研究方法主要包括北极国际浮标计划（IABP）、由飞机搭载的空气电磁感应、以及卫星微波或可见光遥感。本文便是通过总结北极海冰的研究情况，来探讨影响西北航道通航的因素。

关键词：西北航道、海冰密集度、冰厚、海冰流出、冰障

一、前言

自新航道开辟以来，无数船队为了减短航程，不惜花费庞大的人力物力来开凿运河，以此来避免绕过好望角、弗罗厄德角等的遥远海上旅途。与此同时，许多冒险家另辟蹊径，梦想不在广阔的太平洋、大西洋上行舟。而他们的目光向北移动，看中了纬度最高的大洋——北冰洋，并且希望开辟出真正的航线。在计划中，从大西洋北部出发，穿越北极海域到达太平洋，然后直抵亚洲。这便是“东北航线”或“西北航线”。东北航道是指西起冰岛，经巴伦支海，沿欧亚大陆北方海域向东，直至白令海峡的航道。现已初具通航规模，而西北航道却仍停留在理论层面。但是由于其巨大的经济、政治影响，目前对其的研究正在如火如荼的进行，本文的重点也是对西北航道的研究。

“西北航道”主要包括两条路线，在苏洁［1］等的描述中，靠北的一支航线是从波弗特海东南沿班克斯岛( Banks Island) 西侧，进入麦克卢尔海峡( MCS，M’Clure Strait) ，经梅尔维尔子爵海峡( VMS，Viscount-Melville Sound) 、巴罗海峡 ( BS，Barrow Strait) 和兰开斯特海峡( LS，Lancaster) ，进入巴芬湾，我们称这条线路为西北航道北路，其中从 MCS 至 LS 的水道统称帕里( Parry) 水道。西北航道的南路有多条线路，其中主要的是由波弗特海开始从阿蒙森湾 ( AG，Amundsen Gulf) 进入经科罗内申湾( CG，Coronation Gulf) 、

毛德皇后湾( QMG，Queen Maud Gulf) 、维多利亚海峡( VS，Vic-toria Strait) 、富兰克林海峡( FS，Franklin Strait) 和皮尔海峡( PS，Peel Sound) ，在 BS 西端与北路汇合，简称 PS 线路。

图 1 穿过加拿大北极群岛的西北航道

如果商船由新地岛沿东北航道进入白令海峡，相比传统路线，即通过苏伊士运河或者巴拿马运河，路程将缩短将近50%。由此可见，西北航道或者东北航道的开通对人类极其有益。

在研究西北航道海冰密集度、海冰流出量、冰厚等海冰参数后，以海冰密集度低于15%作为可通行的依据，在整个航道无冰障的情况下，西北航道便可通航。据Khno和Semenov［4］的研究成果显示，西北航道的完全通行可能会在21世纪末才有可能实现。

二、西北航道主要冰情特点及研究方法

海冰密集度，指的是某区域内海冰面积占全部水体的面积的百分比。通过AMSRE、AMSR2等卫星的亮温数据可以繁衍出海冰密集度的数据。据苏洁等人的研究认为，密集度小于15%的天数定义为无冰天数，密集度小于50的总天数定义为轻冰天数。当整个航路都处于无冰状态时，可认为航路开通，可以通航。但是据苏洁等人的研究成果来看，2002年-2008年间，只有2007年夏季西北航

道北路全线开通（如图2、图3），而其他时间，西北航路只有部分开通或者完全处于冰封状态，通航尚有困难。而影响西北航道是否开通的主要因素为：关键海区的冰障是否融化，付强［5］认为影响西北航道是否能够开通的关键海区主要是麦克卢尔海峡入口处、梅尔维尔子爵海峡、威尔士王子岛和威廉国王岛之间。

图2 amsre卫星显示的2007年9月7日（第250天）的西北航道图像

图3 德国Bremen大学利用amsre卫星数据反演的2007年9月7日的西北航道海冰密集度图像

冰障大部分是由多年冰组成，Christian和Stephen［2］把厚度大于四米长度大于一百米的多年冰定义为影响西北航道通行的冰障，因为这种大小的多年冰

与在此区域航行的船只大小类似，而且厚度大于四米的冰会阻断航行。根据由飞机搭载的电磁感应装置所测出的数据，Christian和Stephen［2］得出多年冰在拜厄姆马丁通道（BMC）、梅尔维尔子爵海峡（VMS）、麦克卢尔海峡（MCS）的厚度大于三米。由于这些冰障的存在，西北航道不能完全开放，如果这些冰障融化，西北航道才有真正能够通航的可能。而组成冰障的这些多年冰来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随海流流入，在西北航道海域，这种流冰成为冰障。例如，在苏洁等人的研究中，班克斯（Banks）岛西侧也会有由北冰洋中央区域漂流过来的流冰形成冰障。

与此同时，在全球气候迅速变化的背景下，北极在加速变暖，海冰加速融化使得西北航道（或者说北极）的冰量迅速减少。但是海冰融化并不是北极海冰减少的唯一原因，北极气候变化导致了大气环流的变化，于震宇等人［3］研究表明这种变化除了导致极区海冰分布变化，还导致了通过斯瓦尔巴群岛和格陵兰岛之间的Fram海峡流向北大西洋海冰流出量的变化。利用海冰热动力模式，以北极国际浮标计划（IABP）提供的海平面气温场、湿度场、长短波辐射场、风场、洋流场、海洋热流场为强迫场，模拟了北极海冰的流出量。应用公式L=∫A(x)u(x)h(x)dx计算得到北极海冰流出量，式中，A为海冰密集度，u为海冰流速，h为海冰厚度，dx为两个网格点间距离。在1979~1988年间流出量增多，冰面积减少。从于震宇等人［3］模拟值上看出，流出量增多的部分基本和冰面积减少的部分相当。说明在不考虑北极变暖的影响下，海冰流出量的变化对于北极海冰面积的影响是非常显著的。

三、影响西北航道海冰的因素

影响海冰的因素非常多，但就近些年全球气候变化的背景来看，影响西北航道海冰的因素主要是大气原因、海流、辐射。

首先，大气环流和大气成分，由于温室气体的增多，地面长波辐射被大气反射、吸收的量增多，使全球气温迅速变化，北极海冰加速融化，CAA水道等关键水道，逐渐加速融化，这也使通航北极航道通航的可能性加大。

而冰流量对西北航道通航的影响更加显著，例如苏洁［1］的文章中，2007年9月帕里水道西部局地海冰基本消融;从 M’Clure海峡西侧输的北冰洋海冰没