南極羅斯海可利用岸線資源特征研究

劉建華

（國家海洋局東海海洋環境調查勘察中心，上海 200137）

地球的南北兩極，是全球變化的驅動器和全球氣候變化的冷源。南極作為地球上至今未被開發和未被污染的潔凈大陸，在全球變化特別是全球氣候變化研究中，起著不可替代的關鍵作用。在20世紀，已有40多個國家在南極建立了100多個科學考察站，并陸續取得系列科考成果。

我國的極地研究已開展了近40年，成效顯著。通過極地能力建設、內陸科學考察站建設等項目的實施，建成了以雪龍船、極地科考站、國內科研基地為主體的極地科考平臺，并建立和逐步完善了圍繞環境變化研究的綜合監測體系[1-3]，在諸多重大領域取得了具有國際影響的科研成果。

我國自20世紀80年代開始了連續的南極科學考察與研究，通過對南設德蘭群島、拉斯曼、伊麗莎白公主地區域的海岸線附近的地質地貌、環境、生物、冰川和海冰、水文氣象等進行全面綜合考察，先后建立長城站、中山站、昆侖站、泰山站4個長期觀測科考站，并在南極單獨或聯合設立了3個特別保護區和特別管理區。目前正在羅斯海岸線附近進行第5個科考站的選址及后續勘探工作。本文對其可利用海岸線資源進行評估分析，為羅斯海建站及可利用海岸線資源提供技術支撐。

目前對南極海岸線資源的利用主要為兩個方面：港口資源和旅游資源。其中港口資源要求具有船舶航行和停泊的條件，以及具備一定的腹地條件。對海岸線資源的評估，特別是港口資源潛力的研究，對南極科學考察（科考站的建立）、生物礦產資源的開發利用至關重要。

國內有關學者對此作過相關研究，如：對南極大陸冰蓋、冰架、海洋、湖泊、沿岸帶，以及陸地等不同類型生態環境的結構特征進行比較，并就其脆弱性因子進行分析，提出針對性的環境保護建議和措施，以利南極考察站和輻射環境生態的科學管理[4]；對南極礦產、能源、水、生物等資源及其開發利用前景進行了分析，并探討南極資源開發利用的可能性，以及我國對南極資源開發利用的基本國策和對策[5]；指出南極生態旅游與南極生態環境保護只有在發展的過程中相互促進、相互協調，才能最終實現動態平衡，南極生態旅游環境管理應通過變換監管主體、劃分功能區域與強化環境教育等手段，來實現南極環境保護的目的[6]；對于南極資源的紛爭，認為在《南極條約》的宗旨下，在南極開展科學考察活動、和平利用南極豐富的資源造福于全人類與南極環境保護方面，沒有根本性的沖突[7]。

1 研究資料

通過歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）網站下載2005年、2010年、2015年的風速風向、有效波高和海冰厚度的數據，以及南極羅斯海擬建站現場照片。購置1997、1998、2000、2004、2006、2007、2008年南極羅斯海區域海圖，使用Arc/GIS10.0軟件對海圖進行數字化。

根據已有的岸線形態、冰川分布、海岸帶地貌、海灣水深、波浪特征等條件，結合資源分布，科考站利用現狀等資料，研究可利用海岸線資源的分布特征。

研究區域及其地理位置如圖1所示。

圖1 研究區域地理位置圖Fig.1 The geographical location of the study area

2 研究區概況

2.1 海岸地貌

羅斯海位于維多利亞地阿代爾角（Cape A dare）與愛德華七世半島的科爾貝克角（Cape Col beck）之間，中心位于175°W、75°S處，面積約9.6×105km2。北界位于大陸架外緣，南界為巨大冰墻構成的羅斯冰架，西側岸邊有羅斯島、貝奧福特島、富蘭克林島、科爾曼島，東側有羅斯福島。最南端位于85°S，是全球離南極點最近的海域，探險船隊進入南極大陸的傳統航路。

羅斯冰架是世界最大的浮動冰原之一。從南極中部的高原一直向外延伸800 km，是太平洋南部深入南極洲的大海灣。水深500~700 m，表面水溫-2~0℃，全年覆有冰層。南端有著名的羅斯冰障。

羅斯島作為羅斯海重要島嶼，是南極洲西南部羅斯海中的火山島。位于南極洲維多利亞地岸外，羅斯冰架的北緣在77°30′S、168°E之間，隔麥克默多海峽與維多利亞地相望。面積1300 km2，由火山熔巖組成，最高點海拔4023 m。島上有著名的埃里伯斯活火山（海拔3794 m）和特羅爾山，儲量豐富的硫黃礦。麥克默多站是南極科學考察最大的補給站，每年夏天（當年11月至次年3月）都有來自世界各地的科學家乘飛機來這里，將生活必需品帶回科考站。

2.2 水文及生態、礦產資源特征

羅斯海在強大的東風漂流影響下，形成大規模的順時針環流，下層海水上涌，表層海流沿冰架前緣向西流動，然后沿維多利亞地北流，與西風漂流匯合。深度在300 m以內的最低水溫為-2.1℃，表層水溫平均為-1.8℃。

羅斯海附近岸線存有儲量豐富的磷礦、錫礦和石油[5]。而且羅斯海的生態生物資源非常豐富，羅斯海有1000多種無脊椎動物，95種魚類，10種哺乳動物和6種鳥類。羅斯海的陸架陸坡面積僅占南冰洋的2%，但這里卻是世界上38%的阿德利企鵝的棲息地，同時也是世界上30%的南極海燕和大約6%的南極小須鯨的“家園”。2016年10月28日，在羅斯海設立了特殊保護區，禁止捕魚35年。這也為南極甚至整個海洋生態系統的平衡起到至關重要的作用。羅斯海東岸線已有5個科考站（意大利祖切利站、德國岡瓦納站、韓國張保皋站、美國麥克默多站、新西蘭斯科特站），羅斯海區域已成為科學研究和勘察的熱點區域（圖2）。

圖2 羅斯海附近海島及科考站分布示意圖Fig.2 The distribution of islands and scientific research stations near the Ross Sea

3 南極羅斯海可利用海岸線資源潛力評估

3.1 自然地理條件

（1）水深特征

羅斯海海域水深范圍在200~4000 m，羅斯海外水深大于4000 m（圖3）。羅斯海岸線附近等深線曲折復雜。西海岸大陸坡范圍較小，坡度大，水下地形比較陡峭。2000~3000 m等深線密集，向海基本直接過渡到海底平原。東海岸水深條件變化更加復雜，岸線附近水深主要集中在200 m以淺。向海延伸，水深逐漸由500 m加深到2000 m。但范圍比西海岸廣闊。總體來說，東、西兩岸岸線附近水深條件差別不大，均在200 m等深線以淺范圍。

圖3 羅斯海附近海域水深變化圖Fig.3 The water depth variation near the Ross Sea

（2）風場

在羅斯島和南極大陸內部，風速常可達55.6 m/s以上，有時甚至達到83.3 m/s。南極風場變化見圖4，比較顯著的特征即從南極高原吹向南極大陸岸線邊緣的下降風。在沒有高地阻擋的情形下，風向向四周擴散，大致呈逆時針方向。在羅斯海附近海域，由于受地形因素影響，灣內風集聚，風向發生變化，逆時針轉折后，吹向海岸線邊緣。而南極周邊受西風帶的影響，存在一個圍繞南極的繞極環流，隔絕了與外界的能量交換。

圖4 南極風向變化分布圖Fig.4 The distribution of wind direction change in Antarctica

從圖5可以看出，南極羅斯海風向特征主要是以離岸風為主。這符合圖4的風向變化特征分析。通過對比2005~2015年的風速數據，發現羅斯海海域風速的變化特征比較明顯，夏季平均風速約6.4 m/s，冬季平均風速8.0 m/s。在西海岸150°W~165°W、65°S~77°S的范圍存在一個順時針的環流。外圍存在西風帶環流阻礙使得南極風無法與南太平洋海氣進行交換。最大風速的風向基本為SE向，受地形和其他因素的影響極小。夏季最大風速33.9 m/s，冬季最大風速42.3 m/s（表1），不論平均風速還是最大風速，均存在冬季大、夏季小的特征。

表1 羅斯海海域風速Table 1 The statistics of wind speed in Ross Sea area

圖5 不同年份風場平均風速季節變化Fig.5 The seasonal variation of average wind speed in different years

（3）有效波高

羅斯海波浪變化的主要驅動力是風，但在一定程度上會受海冰變化的影響。在夏季，2005年1月海冰融化，羅斯海內部存在一個被海冰包圍的湖泊，波高在1 m以內，隨著海冰融化，至3月份，整個羅斯海波浪波高在4 m以下，而在羅斯海西北部存在一個波浪高值區，最大值可達10 m。2010年和2015年變化特征基本類似，波高最大值比2005年變小，為6.23 m（表2）。

表2 羅斯海海域有效波高Table 2 The effective wave height in Ross Sea

在冬季，羅斯海被海冰覆蓋，波浪變化主要在外圍海域。2005年有效波高最大值為7.72 m，而2010年和2015年約10.5 m。2010年高值區分布在西北部附近海域，而2015年高值區出現在東北部。大部分海域的波高均在3 m以上，最小值出現的海域面積極小。

（4）海冰

根據以往相關研究，羅斯海的海冰年際變化大，不同年份海冰的外緣線、范圍、密集度都有較大差別[8]。根據2012年夏季海冰密集度和氣候態海冰密集度數據分析，12月份羅斯冰架前會出現大面積冰間湖，羅斯海海冰密集度減小，中下旬開始出現小于60%的區域，雪龍船可以選擇于此時間段進入羅斯海。1月中旬羅斯海出現開闊水道，至2月份羅斯海西側大部分海域均沒有海冰覆蓋，利于雪龍船航行和進行大洋科考作業。3月上旬新冰開始大量形成，至下旬整個海域基本為浮冰覆蓋，雪龍船應不晚于3月中上旬撤離羅斯海。

與2012對比，2005年、2010年和2015年夏季羅斯海的海冰變化特征與之比較相似（圖6），2月份至3月中旬是海冰面積覆蓋最小的時間段，便于科考和旅游等活動。而6月至8月的冬季，海冰覆蓋最北端可達60°S附近，其中以8月覆蓋面積最廣。

圖6 不同年份夏冬季海冰厚度分布（注：圖中彩色為海冰厚度，圖柱單位m；白色為冰架和岸線；藍色為海洋）Fig.6 The distribution of sea ice thickness in summer and winter of different years

羅斯海岸線礦產資源、石油，生物生態資源和旅游資源比較豐富。但由于受到海冰的影響，特別是海灣內部存在羅斯冰架常年覆蓋，開發利用潛力和科考受限比較大。可利用時間主要集中于夏季，可利用的岸段主要集中于東海岸。

3.2 海岸帶地貌和海岸類型

關于羅斯海的大陸海岸的形成，早期的地理學家認為羅斯海是冰川海渠的擴張，而與威德爾（Weddell）海相連接。由于介于其間的艾爾斯渥茲（Ellsworth）山脈的發現，證明了這個假設的錯誤。地球物理學對羅斯冰架的研究指出，海底有與地震有關的低速、沉積的厚巖層。因此，港灣的形成可能是大陸巖層向下的斷層塊，包括比肯層（Beacon Group），也可能是充滿沉積巖的拗陷沉積盆地。

羅斯海海域南北長960 km，東西寬800 km。大部海域為永久冰封區，北部有一帶浮動區，海底布滿各種類型的冰川海相沉積物。冰架以北海底較平坦，南部坡度較大，水深范圍500~700 m，最深不超過914 m。西部淺海區水深不及300 m，是南極地區浮冰較少、最容易接近的邊緣海之一。

根據我國南極第27次科考對羅斯海預選地址二進行的實地考察與勘探，從現場照片可以看出羅斯海海岸類型主要為基巖海岸和礫石海岸。其中礫石海岸組成成份由大的礫石和冰磧礫石等組成（圖7）。

圖7 羅斯海海岸地貌Fig.7 The coastal features in the Ross Sea

利用Arc/GIS軟件統計可利用岸線長度，西海岸岸線長度約為726 km，東海岸岸線長度約為2664 km，東、西海岸之間冰架邊緣線長度為840 km，可利用統計岸線總長度約為4230 km。

3.3 可利用海岸線資源潛力評估

羅斯海岸線礦產資源、石油，生物生態資源和旅游資源比較豐富。但由于受到海冰的影響，特別是海灣內部存在羅斯冰架常年覆蓋，開發利用潛力和科考受限比較大。可利用時間主要集中于夏季。可利用的岸段主要集中于東海岸。

羅斯島作為各國科考站基地之一，是南極科學考察最大的補給站。每年夏天（當年的11月至次年的3月）都有來自世界各地的科學家乘飛機來這里，將生活必需品帶回科考站。科考作為該島的首要屬性，其次作為運轉樞紐區，存在一定的旅游資源開發潛力。所以該區域可為科考與旅游區，面積約為0.78×104km2。

東北部海岸作為礦產、石油和生物資源儲存豐富的區域，特別是難言島附近，現存3個科考站，我國將在此地新建科考站，該區域的科考工作將在資源勘探有很大的潛力，可作為科考與資源勘探區，面積約為2.4×104km2。

在以上兩個分區之間，存在夏季海冰融化時段，可作為臨時的船舶停靠基地，或者未來開發利用用途，為季節性可利用區，面積大約為4.3×104km2。

總之，羅斯海可利用海岸線資源主要集中在東海岸。以羅斯島和難言島為中心，羅斯島周邊區域可作為科考與旅游區，難言島附近岸線可作為科考與資源勘探區（圖8）。

4 結論

羅斯海作為南極大陸重要科考研究基地，礦產資源和生態生物資源地，對其可利用岸線的資源特征進行研究具有重要意義，為以后的開發利用提供技術支撐。

南極下降風在羅斯海灣內，由于受地形和海冰的影響，存在一個順時針的旋轉流。羅海海灣內波高一般不超過4 m，外緣海最大波高可達10 m。

可利用岸線區域以羅斯島和難言島為中心，羅斯島周邊區域為科考與旅游區，面積約為0.78×104km2；難言島附近岸線為科考與資源勘探區，面積約為2.4×104km2；中間區域為季節性可利用區，面積大約為4.3×104km2。西部岸線未進行劃區。羅斯海可利用海岸線資源開發利用的最佳時間空窗期為每年的1月中旬至3月中旬，其余時段均被冰川覆蓋，無法利用。