北极东北航道维利基茨基海峡海冰时空变化及适航性分析

利用2002—2013年的海冰密集度数据对北极东北航道通航关键区域——维利基茨基海峡的海冰分布特征和通航性进行了分析研究。结果表明,近十年来从8月中下旬到10月中旬海峡海面状况适合船舶航行;海冰冰情年际变化很大,对维利基茨基海峡通航天数有明显的影响;海峡每年可通航时间基本在40 d以上,其开通时间年际变化较大,从7—9月不等,而结束时间相对集中在10月份。     

基于“永盛轮”航线冰情分析的北极东北航线通航性研究

海冰冰情是开发、利用北极航道的关键信息,研究利用2006—2015年北极地区逐日海冰密集度数据,根据2013年"永盛轮"首航北极东北航道时所经航线为例,提取了航线冰情要素,包括航线通航窗口、逐日海冰密集度时空分布以及海冰密集度月标准差等,对航线通航条件进行了研究。根据航线冰情要素获得了十年间航线通航窗口的基本情况,十年间航线所经水域的大体通航情况和主要冰障位置,7—10月份航线所经水域海冰密集度的变化动态。通过对航线冰情要素的分析,得出影响航线的两个关键海域,并分析了"永盛轮"航线与关键水域航线通航窗口的变化趋势。     

北极迅速变暖条件下西北航道的海冰分布变化特征

北极近年迅速变暖使西北航道的通航成为可能。本文利用AMSR-E的6.25km分辨率日平均海冰密集度卫星数据研究了2002-2008年北极西北航道的海冰密集度变化特征。通过统计分析沿西北航线冰障关键流段代表站点的融化期、轻冰期、无冰期、无冰天数和轻冰天数,以及海冰分布和变化的某些细节,加深了对西北航道海冰季节变化和年际变化以及空间分布的主要特征,特别是与通航相关的冰情信息的了解。研究指出西北航道南路比北路容易开通;各线路冰障流段存在的时间呈减小趋势,整条线路无冰/轻冰天数呈增加趋势;冰间湖和冰间水道的产生和发展在很大程度上可能会影响到整个航路的融冰开始时间。     

北极冰区船舶安全航行过程风险动态仿真

近年来随着北极冰区航道的开辟与成功通航,船舶航行安全广受重视,因冰区通航条件对船舶交通安全影响因素特殊且变化大,有必要分析极地冰区船舶航行时航路过程中的风险。探讨低温、浮冰、高纬度等特殊属性对船舶极地冰区航行安全的影响,结合船舶交通风险的特点,提出北极冰区东北航道船舶航行风险状态概率转移的过程风险,构建北极冰区东北航道船舶航行过程风险模型。基于马尔科夫过程假设,建立基于马尔科夫链-蒙特卡洛方法的云仿真模型,利用该模型对北极冰区东北航道船舶航行进行时间连续的过程风险动态仿真。研究表明:夏季时期船舶在北极冰区东北航道航行过程风险整体上处于可通航状态,离散风险程度随时间而连续变化,总体呈现"M"型趋势,风险波动明显。     

基于遥感数据的北极西北航道海冰变化以及通航情况研究

使用不莱梅大学AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS)和AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)日尺度海冰密集度数据,计算了2002—2018年加拿大北极群岛7—9月的平均海冰面积,研究了9月份平均海冰密集度变化特征;结合商船破冰能力确定海冰密集度阈值,选取西北航道关键区域,统计了西北航道的通航窗口,探讨了西北航道在实际商业通航方面的可能性。研究发现,在过去17年加拿大北极群岛的7—9月海冰面积整体呈下降趋势但有明显波动性, 9月份的海冰分布年际变化复杂,差异较大;在西北航道可通航的年份中,可通航的开始日期一般在8月份,结束日期在9月底至10月初,南路可通航时间最短14天,最长达到80天。总的来说,西北航道可通航年份和时间缺乏规律性。     

北极海冰消融情景下东北航道通航性能演变分析

全球气候增暖,导致北极海冰消融加速,冰上丝绸之路的开通逐渐提上日程。本文针对2030—2070年俄罗斯8个重要港口通过东北航道到达白令海峡的通航性能,采用6种CMIP5气候模式在2种排放情景下的海冰数据,以及PC6破冰船和普通商船2种船型,分别对最优航线、通航时长、可通航里程以及通航成本4项要素进行研究。主要结论为：① 随着时间变化,各条最优通航线路逐渐集中有序,普通商船的通航能力显著提高,到2070年拥有和PC6近似相等的通航能力;② 俄港口到白令海峡间的运输时长每过10 a下降14 h,其中圣彼得堡港运输时长下降最为显著。到2070年,俄港口与白令海峡的经度差每增加1°,该港口的运输时长下降0.4 h;③ 未来50 a,东北航道可通航里程平均每隔10 a增加166 km,其中圣彼得堡港可通航里程的变化模式和平均变化模式最为相近;④ 从北冰洋港口出发的航线通航成本每10 a下降1万美元,商船在高浓度排放情景下总通航成本的下降幅度最明显。结合海冰变化情况,俄中西部港口具有巨大的资源运输潜力。本文量化并评估了东北航道在未来海冰消融情景下的通航性能演变态势,为东北航道通航以及北极港口贸易情况提供了理论和数据支撑。     

面向航运服务的海冰密集度遥感产品对比研究

北极快速升温为北极通航窗口期延长提供了重大机遇,为北极航运和极区科考船只的空间信息提供服务,海冰边缘区浮冰遥感信息产品的可靠性非常关键.对比和分析了9种海冰密集度数据产品,并采用高分雷达数据开展面向海冰边缘区精度评估.结果表明,北极地区的9种海冰密集度产品相对其平均值的最大日偏差出现在夏季6—8月航道窗口期,其中采用被...     

北极西北航道风能资源调查分析

针对北极西北航道及其战略支点建设既面临生态环境脆弱现状又对能源存在迫切需求的情况,提出评估、利用海上风能资源的建议。基于欧洲中期天气预报中心的风场资料,综合分析风功率密度,资源的可利用率、富集程度、稳定性以及资源技术开发量等要素,对西北航道的风能气候特征展开系统性研究。结果表明:该海域蕴藏着较为丰富且利于航道建设的风能资源,其中风能开发的优势区域为戴维斯海峡以东海区、阿蒙森湾海区以及帕里群岛至麦克林托克海峡的狭长海域(例如维多利亚海峡),而这几个海区也是西北航道通航的关键区域,上述区域在风功率密度的大小、有效风速频率、能级频率、资源储量以及变异系数等方面具有较为明显的优势,而且在长期变化中相关要素没有出现显著的衰退信号。     

北极东北航道通航策略及经济性研究

北极航道是沟通东亚、北美和欧洲的最便捷航道,相对于经苏伊士运河或巴拿马运河的传统商业航线具有缩短航程、节省运输时间、减少油耗和废气排放等优势。通过对东北航道地理环境的分析(特别是冰情的分析),从而确定一条合理的适航航线。在此基础上对通航船舶进行经济性分析,制定最优的通航策略。东北航道的通航将改善中国的对外贸易平衡,对于中欧经贸往来乃至世界经济发展具有重要战略意义。     

基于动态贝叶斯网络的北极东北航道关键海区通航可行性研究

全球的持续变暖导致极地海冰不断融化,北极航道即将全面开通。针对北极东北航道关键海区通航的不确定性、数据的时序性等问题,提出基于动态贝叶斯网络的北极东北航道关键海区通航可行性评估与预测技术。通过对航道通航关键海区的确定、指标的选取、贝叶斯网络的构建与参数学习、基于证据的推理计算、动态贝叶斯技术的检验等流程,建立了基于动态贝叶斯网络的风险评估与预测模型。结果表明,动态贝叶斯网络技术不仅能够很好地处理动态时序信息,且其在推理过程中结合了历史信息,具备信息的累积能力,降低了误差数据对最终结果的影响度,使结果更接近真实值,且动态贝叶斯网络技术的预测结果在短期内准确性较高,对判断北极东北航道的可通航性具有重要的参考意义。     

中国船舶首航东北航道及其展望

北极航道按其处于地球上的地理方位可分为东北航道和西北航道,东北航道按航线所处的纬度范围则可分为北极低纬航线(北极近岸航线)、北极中纬航线(作为国际常规航线)、北极高纬航线、挺极航线。"雪龙"号于2012年夏季书写了中国船舶首航东北航道的航海史。"雪龙"号从东北航道的起点白令海峡开始,沿东北航道抵达冰岛,并沿北极高纬航线返回白令海峡,完成往返穿越北冰洋之旅。据此,本文对北极航道的分类提出了一些看法,对东北航道的商业航行情况进行了总结,在此基础上概述了"雪龙"号此次首航东北航道的整个进程和关键问题,同时对中国建立北极航道战略进行了思考并提出了建议。     

北极水域船舶事故特征及关联规则分析

北极海冰的大量融化,加速了北极航道开发和利用,对北极水域船舶事故风险管理提出了更高的要求。本文以2008—2017年的北极水域船舶事故数据为样本,运用数据挖掘技术和方法,对北极水域船舶事故进行了时空特征分析,并对船舶属性与事故属性之间的潜在映射关系进行了关联规则挖掘。结果表明:北极水域事故数逐年呈上升的趋势,事故主要发生在巴伦支海东部的俄罗斯摩尔曼斯克港口水域和挪威北部水域;北极水域严重事故受船舶总吨、船旗国、船舶类型、事故类型、事故水域等变量的影响,船舶尺度较大的船舶更容易造成严重事故;北极水域俄罗斯籍渔船的严重事故,很多是由机损事故引发的,但很少造成环境污染。研究结论可辅助海事管理部门和航运企业开展北极水域船舶事故预防和风险管理工作。     

1979-2012年北极海冰范围年际和年代际变化分析

利用美国冰雪中心发布的海冰密集度数据,对1979—2012年北极海冰范围进行年际和年代际变化分析。结果表明:(1)海冰在秋季融化速度最快,其次为夏季、冬季、春季。2000年后春季下降速率变缓,而其他季节融化速度加快;(2)由于多年冰的融化,太平洋扇区在夏秋季节融化速度要高于其他海区。而大西洋扇区在冬季和春季海冰的融化速度要快于夏秋季节,主要是因为大西洋海温升高;(3)东半球在夏秋季节海冰融化的范围要大于西半球,因此东北航道比西北航道提前开通应用。而整个北极区域近几年春季融化速度变缓,则主要是西半球的作用;(4)从空间分布年代际变化来看,1989—1998年最接近气候态,1979—1988年密集度偏大区域主要在巴伦支海和东西伯利亚海,2009—2012年海冰密集度较常年显著偏小,东半球密集度减小幅度比西半球更大,尤其是冬春季在巴伦支海,夏秋季在楚科奇海。春季时由于风的作用,白令海附近海冰密集度异常偏大;(5)北极区域海冰范围在冬春季比夏秋季突变明显,基本在2003年前后,海冰范围变化周期为6年。     

加拿大北极群岛区域西北航道海冰冰情长期时空变化特征研究

加拿大北极群岛西北航道区域海冰冰情对西北航道的开通及航行安全有着显著的影响.本研究将西北航道分为南部、北部以及交汇区3个区域,利用美国国家冰雪中心Bootstrap海冰密集度数据和CryoSat-2、CS2SMOS观测以及高分辨率北极海洋-海冰耦合模型(AO-FVCOM)的海冰厚度数据对1978年11月—2017年12...     

基于解释结构模型的北极航线 通航环境影响因素分析

随着全球气候变暖,北冰洋冰层开始逐渐消融,北极航线的开通成为可能。但北极航线通 航环境复杂,基础设施不完善,航行经验不足,船舶技术受限,至今仍无法通航。本文对北极航线通 航环境影响因素做出定义,以此为基础,结合德尔菲法建立指标体系,随后运用解释结构模型 （ISM）分析其各因素之间的层次因果关系框架并去噪简化,对北极航线通航环境进行影响因素重 要性分析,最后提出针对性的对策和建议,可为我国在北极航线战略的制定提供参考。     

基于CiteSpace的北极研究综述

以北极研究为中心,基于CNKI和WebofSciencesCoreCollection数据库2000—2017数据,采用CiteSpace,系统展示了中国和国际(含中国)在北极科研领域的发展趋势、前沿、热点和机构合作特征。研究表明,国内的北极研究经历了由气候海冰—航运—北极治理的研究过程,发文量以北极航运为主导。国际针对北极的研究经历了三个逐步加速阶段:1990、2000和2005,北极八国和德、英、法是北极研究的主力军。北极科技合作仍主要以国家内部合作为主,但科研机构合作频率高度爆发且出现一批以"HelmholtzCentre for Polar and Marine Research(德国)、The Arctic University of Norway(挪威)、Aarhus University(丹麦)和Korea PolarResearchInstitute(韩国)"为代表的北极研究合作爆发单位;北极研究领域多样,呈现出以"arctic ocean"、"climate"、"arctictemperature"、"variability"、"seaice"、"model"等为重点的关键词,表明近年国际北极研究主要热点在气候变化、海冰、洋流等领域,这些领域相互交叉。通过对国内外北极通航经济性的系统综述分析得出:国内外学者均认为与北极海冰有关因素是制约北极通航的关键;国内学者对北极通航的经济效益较为乐观,而国外学者则较为辨证且谨慎。这与研究所考虑的角度有关,国内学者较多考虑北极通航的技术管理、人力资源、能耗、时间和政治等因素,而国外学者在这些因素的基础上,还侧重于贸易需求、通航意愿性和通航对气候的影响等因素。     

基于模糊层次分析-多级可拓的北极东北航线不同航段风险评价

北极东北航线经度跨度大,海区地理环境复杂,其不同航段的通航环境在自然环境和人为干预的影响下,存在较大的差异性。不同航段的差异性分析对保障航行安全具有重要意义。结合模糊层次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process, FAHP)和多级可拓理论,基于构建的北极东北航线风险评价指标体系,对北极东北航线不同航段的风险水平进行评价分析。结果表明:(1)冰情、温度、能见度、航道条件、航海保障能力是影响东北航线航行风险最重要的5大因素;(2)各航段安全风险存在明显差异,东西伯利亚海–德朗海峡航段多数指标风险水平较高;(3)风险评价结果与现实状况基本吻合,可为保障北极东北航线安全提供重要参考。     

“北极航道”开通与中国及其受影响区域的贸易增长潜力分析

在考虑船舶等待时间和海冰因素的基础上,以航行时间替代航运距离,对传统的贸易引力模型进行修正,量化评估了"北极航道"开通对中国及其受影响区域的贸易增长潜力。结果表明:(1)航行时间与进出口总额之间呈负相关关系,航行时间每减少1%,将使中国的进出口贸易总额增加0.6590%;(2)海冰因素会对贸易潜力的提升产生较大影响。在存在海冰的情况下,由于"北极航道"在航运距离上的天然优势,将使中国的贸易潜力增长10.95%,使中国受影响的北部沿海地区和东部沿海地区的贸易潜力分别增长12.02%和11.22%;一旦海冰消融、"北极航道"全面通航,中国及其受影响的北部沿海地区和东部沿海地区的贸易潜力则会得到进一步提升,提升效应将达到20%以上。     

基于MAS模拟的北极航运对生态环境的影响评估

随着全球气温不断升高、海冰不断融化缩减，北极海上运输活动日益增加，对北极大气和海洋生物等产生了潜在的威胁。从生态保护视角，以北极船舶海上溢油事故为例，评估北极海上运输活动对北极海洋生物的潜在影响；并采用多元回归分析方法探究影响因素的效应大小。考虑到北极航运和北极海洋生物之间潜在的相互作用，运用多主体系统（Multi-Agent System,MAS）建模并进行模拟分析。将北极航运的生物效应模型与北极航运海上运输模型、船舶溢油模型、溢油扩散模型相结合，以溢油污染区域的北极海洋生物损失率（直接接触溢油的北极海洋生物数量占比）和溢油油膜面积作为环境影响评价指标。结果表明，以北极东北航线为例，北极船舶交通量较少时，北极船舶溢油事故将影响1.1%～1.4%的北极海洋生物；交通量翻一番时，影响扩大至2.1%～2.7%。对北极海洋生物损失量影响最大的因素是溢油持续时间，北极水域通航期次之，北极船舶交通量影响再次之，溢油种类的影响最小。造成不同溢油种类中北极海洋生物损失率差异的重要原因是溢油面积不同。研究结果有助于评估北极航运对北极生态环境的影响，并可为北极海上事故应急响应提供参考。     

北极通航下的集装箱运输模式选择优化

随着北极气候的变暖,北极冰川融化,开辟北极新航线成为可能。而作为北极航线东北航道两端的中国和欧洲则是世界上最大的发展中国家和发达国家集团,经济发展日益密切,因此,对中国至欧洲集装箱运输航线模式选择的研究迫在眉睫。如何在新旧两种航线通航的情况下选择一种经济、安全与合理性为一体的运输模式,对中欧的贸易发展有重要影响。首先分析和总结了中国至欧洲集装箱运输航线国内外研究现状,其次构建了中国至欧洲集装箱航线优化的数学模型,并进行了实证研究。本文的研究可为航线管理者提供一定的决策依据。