關于東北航道海冰信息的發布渠道及特點

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，東北航道商業性通航成為未來航運發展的趨勢，提高海冰實時/近實時觀測能力及預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關于東北航道的海冰數據，分析各機構發布的海冰信息存在的問題，如產品數量少、預報區域受限、信息共享應用不足。建議我國增大對東北航道的研究投入，增強與環北極國家之間的信息交互，為東北航道季節性通航常態化提供更加及時有效的保障。

關鍵詞：東北航道;海冰產品;數據;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新戰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。

據俄羅斯塔斯社數據顯示，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，但已經成為未來發展的趨勢。對于中國航運業，東北航道航程比傳統航線縮減三分之一，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。我國作為交通貿易大國，強調合作共贏，近年來一直加強海洋的開發，通過東北航道，中國可以與北極周邊國家加強經濟、政治上的合作，實現和平、共贏的局面。[3]

1 東北航道海冰信息發布渠道

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海域，需要破冰船協助航行。[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北極區域海冰的數據及產品，如表1，為保障船舶安全航行東北航道發揮了很大的作用。

加拿大海冰服務中心為東北航道相關海域提供可呈現總體冰情和大尺度海冰遍布情況的衛星可見光圖像，還有每天發布1次、每周發布1至2次的觀測數據，海域包括加拿大東部、北冰洋東部和西部。如圖2。這些數據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據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，美國冰雪數據中心通過SSM/Ⅰ-SSMIS傳感器利用BT/NT/CDR算法獲得北極海冰數據，共產生超過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據集，數據格式包括PNG、ESRI Shapefile、ASCII Text等。

俄羅斯南北極研究所（AARI）提供的數據信息包括近實時的觀測數據、東北航道有關海域海冰的每周/月分析以及長期分析，如圖4。該數據可以反映東北航道的海冰情況。除此之外，AARI根據“全球數字化海冰數據庫”統計了東北航道沿海區域的長期月平均海冰密集度數據，該數據的相對精度達5%，可以長時間序列且較精準的統計相關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申請獲取，其中為船舶公司提供的產品以動畫/圖片的格式呈現。

德國不來梅大學環境物理研究所根據MODIS和AMSR2反演得到每日的海冰密集度、厚度數據，采用的高頻反演算法將能有效提高海冰數據的精確度以及海冰密集度繁衍結果的空間分辨率，[6，7]因此被大多數機構當做模板用來驗證海冰的預報模型，用戶能夠在官網根據時間系列、區域以及需要的海冰數據格式等選擇需要的海冰數據集，如圖5。在25km空間分辨率格網下，不萊梅大學的海冰數據具有較高的準確性，且不萊梅大學BT算法的平均偏差最小。

2010年我國的國家海洋環境預報中心以不萊梅機構發布的海冰密集度數據為參考建立了北極大氣和海冰數值預報系統，并快速地開展大量海冰數據遙感研究，研發了基于集合卡曼濾波的海冰資料同化技術，同時正在提高更高分辨率、更多種類的海冰數據預報水平。目前國家海洋環境預報中心提供的數據圖形包括北極海冰密集度分析、96小時北極海冰密集度預報、96小時北極海冰冰厚預報和海冰漂移以及96小時北極海冰密集度變化預報圖，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于東北航道的海冰數據信息，發現海冰數據目前存在產品數量少、預報區域受限、信息共享應用不足幾個缺點：

（1）在產品數量上看，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/實時海冰數據[6]。與觀測數據相比，東北航道海域海冰預測產品研究不夠深入和充分。

（2）從預測區域來看，由于東北航道在經緯度上跨度較大，周圍分布著很多環北極國家，目前，環東北航道海域的國家通過在自己的領海內分布一次性浮標和氣象觀測站來獲取實時的海冰數據，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據。

（3）從信息共享應用看，環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據，且不同國家不同部門的數據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據及可靠的預報數據，無法為連續的航行提供安全保障。

3 結論與展望

東北航道航線長，途經多個國家海域，海冰數據可以從不同國家不同機構獲取，[8]這需要對多樣性的數據進行時空處理，得出統一的對航行規劃有利的信息。在夏季通航期，船舶公司可以利用高頻發布的海冰動態信息結合大氣信息或者申請專業的氣導公司為船舶提供詳細的航行規劃，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較難抵達，在國內很難實時接收觀測數據及衛星數據，如果能夠獲取更多的實時觀測數據，將很大程度提高我國海冰預報能力，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，加強與環北極國家的合作，獲取更多的觀測數據和準實時衛星遙感數據，同時將這些海冰數據與水文氣象數據相結合，完善東北航道海冰的數據庫，開發客戶端軟件，為東北航道通航的業務化提供更多有效保障。

參考文獻：

[1] 林國龍， 湯兵兵， 丁一. 考慮季節性因素影響下的北極航線與傳統航線網絡構建[J]. 重慶交通大學學報（自然科學版）， 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. 北極航行的環境因素及冰區航行安全措施研究[D]. 大連海事大學， 2012.

[5] 孔愛婷. 南北極海冰時空變化分析及信息系統構建[D].廣東工業大學， 2016.

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

[7] AMSR-2海冰密集度數據集. 不萊梅大學. https：// seaice.uni-bremen.de/sea-ice-concentration . 2020

[8] 邵晨， 蔣雪中， 惲才興. 基于多源共享數據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略分析[D]. 山東師范大學， 2016.