基于逐日海冰密集度的北极东北航道通航性分析

顾小壮 王星东 王真真

摘 要：本文主要利用德国布莱梅大学2009—2018年的海冰密集度产品，提取北极东北航道上每个点的逐日海冰密集度，研究北极东北航道的通航性。研究表明，北极东北航道的通航期虽然呈现出较大的波动，但在波动中呈现出比较明显的上升趋势，而且通航结束时间也有十分明显的推迟趋势。

关键词：东北航道;通航能力;海冰密集度;时空分析

中图分类号：TP31;U612 文献标识码：A 文章编号：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

卫星各项监测数据表明，北极海冰的融化速度在明显加快，使北极部分区域达到了通航条件，可通航时间甚至长达一个月[1]。北极东北航道是连接北大西洋和北太平洋间的海上捷径，也是联系欧洲和东北亚地区潜在的经济航线。东北航道的开通会极大地缩短东北亚地区和欧美地区的海上航线距离[2-4]。同时，还能在很大程度上节约运输时间和成本，促进全球经贸活动的开展，有利于北极自然资源的开发利用。虽然国内外对北极通航性做了一些研究，但对航运通航条件考虑不够全面。本文主要对北极东北航道的通航性进行较为全面的分析，对制订船只在北极海域的航行计划提供借鉴。

专题微波成像仪（Special Sensor Microwave/Imager，SSM/I）及用于地球观察系统的高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer for Earth Observing System，AMSR-E）等传感器具有多频双极化地表辐射测量能力，并且具有高时间分辨率的数据采集能力，已被广泛应用于多种海冰密集度反演算法。已有研究表明，目前，绝大多数研究仍是针对海冰冰情的局部进行研究，对航道冰情的研究力度仍有待加强。对航线冰情进行针对性分析，能使北极航线的通航条件更加清晰，对认识北极航线的通航条件具有重大意义。

北极航道通航受多方面因素影响，其中受海冰影响最大。由此，本文利用2009—2018年的北极海冰密集度产品，分析北极东北航道的海冰密集度与通航情况的关系;整理了东北航道线路的融化期、轻冰期、无冰期的长短，将其作为估计通航可行性的基础参数;分析了海冰分布和变化细节，以深化对北极东北航道海冰的季节变化、年际变化以及其空间分布等主要特征的了解。

2 研究区域与数据源

选取位于东北航道中段的北地群岛及其附近海域作为研究区域。研究区包括喀拉海东部、拉普捷夫海西部和维利基茨基海峡。北地群岛主要由布尔什维克岛、少先队员岛和北共青团岛等几个大岛及许多小岛组成。该研究区是东北航道上暑季无冰期最短、冰情最为严重的区域，是影响东北航道通航的关键区域。

研究使用的数据是由德国布莱梅大学PHAROS小组制作的AMSR-E海冰密集度数据产品，空间分辨率为3.125km，时间为2009年1月至2018年12月，其像元值为0～100，代表海冰密集度为0%～100%。数据值0表示没有海冰覆盖，100表示海冰完全覆盖。若数据丢失和错误，陆地的像元值为NaN（Not a Number）。部分日期的海冰密集度数据的缺失，将由相邻两天的数据进行线性内插来填补。

3 北极东北航道通航性分析

逐日海冰密集度时空分布以每年的第一天开始计数，将计数天数作为横坐标，以航线的地理位置为纵坐标，由此可以得到每年的冰障位置和海冰融化的细节等信息。逐日海冰密集度时空分布提取步骤如下：①数据预处理即对于每年的海冰密集度数据，统一所有数据的坐标系统，进行预处理;②选定北极东北航线的某一段作为研究区;③将航线数据与海冰密集度的数据集进行叠加，提取逐日海冰密集度数据;④利用算法对海冰密集度进行处理，得出逐日海冰密集度结果;⑤利用提取的结果进行通航分析。

按照以上步骤可得到北极东北航道中段每个位置所对应像素的逐日海冰密度与通航性的关系。图1为从2009年到2018年东北航线逐日海冰密集度。其中，横坐标是东北航道上每天的海冰覆盖情况，纵坐标是地理位置。将海冰密集度小于15%的总天数定义为无冰天数，小于50%的定义为轻冰天数，两者结合作为是否能通航的参考依据。从东北航线长时间序列的海冰分布状况可以看出，每年夏季东北航线的海冰密集度越来越小，无冰天数和轻冰天数越来越多。2010—2014年，东北航道有一段位置通航天数较长，其中，2013年整年可以通航;2018年，整个研究区域可通航时间最长。

随着全球变暖，北极海冰的覆盖率不断下降，可通航时间呈上升趋势。同时，随着沿途基础设施的不断完善，北极东北航道正走向商业航运的新时代。

4 结论

北极东北航道的通航期呈现出较大的波动，但在波动中呈现出比较明显的上升趋势，且通航结束时间有十分明显的推迟趋势。受全球变暖的影响，北极东北航道的开辟具有较好的发展势头。

参考文献：

[1]彭振武，王云闯.北极航道通航的重要意义及对我国的影响[J].水运工程，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]馬龙，王加跃，刘星河，等.北极东北航道通航窗口研究[J].海洋预报，2018（1）：52-59.