基于逐日海冰密集度的北極東北航道通航性分析

顧小壯 王星東 王真真

摘 要：本文主要利用德國布萊梅大學2009—2018年的海冰密集度產品，提取北極東北航道上每個點的逐日海冰密集度，研究北極東北航道的通航性。研究表明，北極東北航道的通航期雖然呈現出較大的波動，但在波動中呈現出比較明顯的上升趨勢，而且通航結束時間也有十分明顯的推遲趨勢。

關鍵詞：東北航道;通航能力;海冰密集度;時空分析

中圖分類號：TP31;U612 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）13-0134-02

Abstract： In order to study the navigability of the Northeast Arctic Channel， the daily sea ice density of each point in the Northeast Arctic Channel was extracted from the ice density products of Bremen University in Germany from 2009 to 2018. The research showed that although the navigation period of Northeast Arctic Channel showed a large fluctuation， it showed a relatively obvious upward trend in the fluctuation， and there was a very obvious postponement trend in the end time of navigation.

Keywords： northeast channel;navigation capacity;sea ice density;spatio-temporal analysis

1 研究背景

衛星各項監測數據表明，北極海冰的融化速度在明顯加快，使北極部分區域達到了通航條件，可通航時間甚至長達一個月[1]。北極東北航道是連接北大西洋和北太平洋間的海上捷徑，也是聯系歐洲和東北亞地區潛在的經濟航線。東北航道的開通會極大地縮短東北亞地區和歐美地區的海上航線距離[2-4]。同時，還能在很大程度上節約運輸時間和成本，促進全球經貿活動的開展，有利于北極自然資源的開發利用。雖然國內外對北極通航性做了一些研究，但對航運通航條件考慮不夠全面。本文主要對北極東北航道的通航性進行較為全面的分析，對制訂船只在北極海域的航行計劃提供借鑒。

專題微波成像儀（Special Sensor Microwave/Imager，SSM/I）及用于地球觀察系統的高級微波掃描輻射計（Advanced Microwave Scanning Radiometer for Earth Observing System，AMSR-E）等傳感器具有多頻雙極化地表輻射測量能力，并且具有高時間分辨率的數據采集能力，已被廣泛應用于多種海冰密集度反演算法。已有研究表明，目前，絕大多數研究仍是針對海冰冰情的局部進行研究，對航道冰情的研究力度仍有待加強。對航線冰情進行針對性分析，能使北極航線的通航條件更加清晰，對認識北極航線的通航條件具有重大意義。

北極航道通航受多方面因素影響，其中受海冰影響最大。由此，本文利用2009—2018年的北極海冰密集度產品，分析北極東北航道的海冰密集度與通航情況的關系;整理了東北航道線路的融化期、輕冰期、無冰期的長短，將其作為估計通航可行性的基礎參數;分析了海冰分布和變化細節，以深化對北極東北航道海冰的季節變化、年際變化以及其空間分布等主要特征的了解。

2 研究區域與數據源

選取位于東北航道中段的北地群島及其附近海域作為研究區域。研究區包括喀拉海東部、拉普捷夫海西部和維利基茨基海峽。北地群島主要由布爾什維克島、少先隊員島和北共青團島等幾個大島及許多小島組成。該研究區是東北航道上暑季無冰期最短、冰情最為嚴重的區域，是影響東北航道通航的關鍵區域。

研究使用的數據是由德國布萊梅大學PHAROS小組制作的AMSR-E海冰密集度數據產品，空間分辨率為3.125km，時間為2009年1月至2018年12月，其像元值為0～100，代表海冰密集度為0%～100%。數據值0表示沒有海冰覆蓋，100表示海冰完全覆蓋。若數據丟失和錯誤，陸地的像元值為NaN（Not a Number）。部分日期的海冰密集度數據的缺失，將由相鄰兩天的數據進行線性內插來填補。

3 北極東北航道通航性分析

逐日海冰密集度時空分布以每年的第一天開始計數，將計數天數作為橫坐標，以航線的地理位置為縱坐標，由此可以得到每年的冰障位置和海冰融化的細節等信息。逐日海冰密集度時空分布提取步驟如下：①數據預處理即對于每年的海冰密集度數據，統一所有數據的坐標系統，進行預處理;②選定北極東北航線的某一段作為研究區;③將航線數據與海冰密集度的數據集進行疊加，提取逐日海冰密集度數據;④利用算法對海冰密集度進行處理，得出逐日海冰密集度結果;⑤利用提取的結果進行通航分析。

按照以上步驟可得到北極東北航道中段每個位置所對應像素的逐日海冰密度與通航性的關系。圖1為從2009年到2018年東北航線逐日海冰密集度。其中，橫坐標是東北航道上每天的海冰覆蓋情況，縱坐標是地理位置。將海冰密集度小于15%的總天數定義為無冰天數，小于50%的定義為輕冰天數，兩者結合作為是否能通航的參考依據。從東北航線長時間序列的海冰分布狀況可以看出，每年夏季東北航線的海冰密集度越來越小，無冰天數和輕冰天數越來越多。2010—2014年，東北航道有一段位置通航天數較長，其中，2013年整年可以通航;2018年，整個研究區域可通航時間最長。

隨著全球變暖，北極海冰的覆蓋率不斷下降，可通航時間呈上升趨勢。同時，隨著沿途基礎設施的不斷完善，北極東北航道正走向商業航運的新時代。

4 結論

北極東北航道的通航期呈現出較大的波動，但在波動中呈現出比較明顯的上升趨勢，且通航結束時間有十分明顯的推遲趨勢。受全球變暖的影響，北極東北航道的開辟具有較好的發展勢頭。

參考文獻：

[1]彭振武，王云闖.北極航道通航的重要意義及對我國的影響[J].水運工程，2014（7）：86-89，109.

[2]Korosov A A，Rampal P，Pedersen L T，et al. A new tracking algorithm for sea ice age distribution estimation[J]. The Cryosphere，2018（6）：2073-2085.

[3]Ye Y， Shokr M， Heygster G，et al. Improving Multiyear Sea Ice Concentration Estimates with Sea Ice Drift[J].Remote Sens，2016（8）：397.

[4]馬龍，王加躍，劉星河，等.北極東北航道通航窗口研究[J].海洋預報，2018（1）：52-59.