北极东北航道海冰变化特征分析研究

21世纪以来,北极海冰正在发生快速变化,海冰覆盖范围明显减小,厚度显著变薄,在此背景下,东北航道的提前开通成为可能.本文对多年来北极东北航道内的海冰变化特征和近几年东北航道的开通情况进行了分析研究,认为东北航道在9月份开通的可能性最大,8月份次之,10月份通航的困难较大;历年的航道开通起始时间变化较大,俄罗斯新西伯利亚群岛和北地群岛,与大陆之间的海冰对东北航道的开通起着关键作用.东北航道的海冰年际变化较大,这给未来东北航道使用带来了较大挑战.     

北极航道现状与发展趋势及对策

相比其他航道,北极航道的行程更短,北极航道的通航具有很高的经济性和商业价值。充分调研北极航道的现状,对当前通航北极的商船类型、路线及沿途的冰区环境进行详细分析,并从北极油气资源开采规划上预测未来商船类型和航线的发展趋势。鉴于我国商船在北极航道面临的风险,提出有效地应对措施,并剖析了我国发展极地救助船的必要性。     

北极航道利益研究综述

为了解国内外关于北极航道利益的研究成果,促进我国对北极航道资源的进一步研究和开发利用,文章从北极航道的利益相关主体、利益归属和经济利益3个方面梳理相关文献,并提出未来研究方向和重点。结果表明:北极航道的利益相关主体主要包括北极8国、近北极国家和传统航道受益国;加拿大和俄罗斯依据"历史性权利"和"直线基线法"强调其对北极航道的主权,而其他国家认为其"内水论"的主张具有不合理性,争议重点在于国际航道属性的判定;北极航道对于提高航运利益、贸易利益和资源利益发挥重要作用;北极航道利益相关主体可能形成的经济利益关系和利益集团是重要研究方向,其中增加创新点和搭建模型等是研究重点。     

北极航道安全研究文献综述

尽管在全球气候变暖的大背景下北极海冰总体上呈现消融的趋势,"西北航道"和"东北航道"也已分别与2008年和2009年首次被人们在没有破冰船的护航下成功穿越,但由于北极地区位置特殊,资源丰富,军事价值和科研价值突出以及对全球气候变化的独特影响,已成为各国政府和学术界关注的焦点。因而对北极航道的关注也持续升温,航道安全也成为我国学术界关注的重点。本文主要从自然环境、航道的通行权及海事管辖权、航道基础设施及助航技术支持、人员与船舶操纵方面阐述影响北极航道安全的因素,探讨我国在积极应对北极航道安全挑战中的行动。     

北极航道开通对我国能源供求形势的影响

文章对我国能源供求现状进行概述,在此基础上根据《中国统计年鉴》中的数据,利用1990-2013年的能源需求总量时间序列构建ARIMA模型,进行相关拟合与检验,并运用此模型对2016-2018年的能源需求量进行预测,揭示我国面临的能源供求形势。结果表明,未来我国能源需求量将持续增长,在能源供给相对不足的情况下需依赖大量进口,而进口能源的稳定供应又受到各种威胁制约。在此背景下讨论北极航道开通为我国能源供应带来的机遇,以及对缓和我国能源供求形势产生的影响,进而提出相关政策建议。     

北极海冰输出区域海冰运动变化特征及其与北极航道适航性的关系

随着北极地区气候变暖的加剧,北极海冰正在急剧消融,海冰的减少增加了北极地区航道的适航性。本文利用遥感数据反演得到的海冰运动产品对北极海冰输出区域以及东北航道以北区域的海冰运动特征进行了量化。结果显示,从北极中央海域向弗拉姆海峡以及格陵兰海流出海冰的南向位移量呈现出显著增长趋势,海冰的平均南向位移量在2007-2014年间达到1511 km,是2007年之前（617 km）的两倍以上,反映了北极穿极流（TDS）强度在不断增强。通过长时间序列分析发现,春季东北航道以北区域的海冰北向漂移速度在喀拉海呈现+0.04 厘米/秒/年的显著增长趋势（P<0.05）。海冰北向漂移对于东北航道的开通具有显著的影响,在拉普捷夫海与喀拉海,海冰北向运动速度与航道适航期的决定系数分别达到0.33（P<0.001）和0.15（P<0.05）。东西伯利亚海、拉普捷夫海以及喀拉海存在冰间湖区域的春季海冰面积变化与航道的适航期密切相关,海冰的北向漂移对拉普捷夫海和喀拉海的海冰面积减少也有显著影响,这说明北向漂移促进了海冰的离岸输送,造成海冰面积减少的同时形成冰间水道或冰间湖促使航道开通。为探究大气环流指数对海冰运动以及东北航道适航期的影响,本文利用大气再分析数据计算了中央北极指数（CAI）和北极大气偶极子异常（DA）指数。相关性分析表明,CAI比DA更能解释东北航道的适航期,而且CAI能够解释北极海冰输出区域海冰南向位移量变化的45%。最近10年,夏季正相位的CAI进一步加强,通过加强海冰离岸输运和冰间湖活动加剧了东北航道区域海冰变薄及其强度变弱,从而促进了东北航道的开通。     

依托北极东北航道建设"冰上丝绸之路"研究综述

依托北极东北航道建设“冰上丝绸之路”是中国和俄罗斯未来合作的重中之重,同时符合亚欧大陆经济发展和多方合作的客观要求。“冰上丝绸之路”建设所代表的北极地区开发利用模式立足于现阶段的自然环境条件和世界经济形势,必然对世界政治经济格局和区域发展产生影响。文章从“冰上丝绸之路”的概念定位、建设主体和建设环境等方面梳理相关研究成果,具体涉及东北亚国家和北欧国家的战略选择、国际双边合作和多边合作的成功案例、北极航道的通航条件以及中国东北地区的对接路径等,为后续研究和实际建设提供理论铺垫。     

基于高效统计模型预测9月北极航道沿线海冰范围

The rapid decrease in Arctic sea ice cover and thickness not only has a linkage with extreme weather in the midlatitudes but also brings more opportunities for Arctic shipping routes and polar resource exploration, both of which motivate us to further understand causes of sea-ice variations and to obtain more accurate estimates of seaice cover in the future. Here, a novel data-driven method, the causal effect networks algorithm, is applied to identify the direct precursors of September sea-ice extent covering the Northern Sea Route and Transpolar Sea Route at different lead times so that statistical models can be constructed for sea-ice prediction. The whole study area was also divided into two parts: the northern region covered by multiyear ice and the southern region covered by seasonal ice. The forecast models of September sea-ice extent in the whole study area(TSIE) and southern region(SSIE) at lead times of 1–4 months can explain over 65% and 79% of the variances, respectively,but the forecast skill of sea-ice extent in the northern region(NSIE) is limited at a lead time of 1 month. At lead times of 1–4 months, local sea-ice concentration and sea-ice thickness have a larger influence on September TSIE and SSIE than other teleconnection factors. When the lead time is more than 4 months, the surface meridional wind anomaly from northern Europe in the preceding autumn or early winter is dominant for September TSIE variations but is comparable to thermodynamic factors for NSIE and SSIE. We suggest that this study provides a complementary approach for predicting regional sea ice and is helpful in evaluating and improving climate models.     

北极航道开通背景下中国与北极国家的贸易潜力分析 ——基于扩展引力模型的实证检验

为进一步促进中国与北极国家的双边贸易,增强中国参与北极事务的话语权,文章采用2008—2018年的面板数据,运用扩展的贸易引力模型进行实证检验,分析中国与北极国家双边贸易的影响因素,探究北极航道开通对中国与北极国家贸易效率和贸易潜力的影响,并提出发展建议。研究结果表明：中国的经济规模、北极国家的资本劳动比率以及中国与北极国家的贸易依存度对双边贸易产生显著的正向影响,而北极国家的经济规模以及中国与北极国家之间的海运距离对双边贸易产生显著的负向影响,加入世界贸易组织促进中国对北极国家的出口贸易而对进口贸易的影响较小;目前中国与美国、俄罗斯和加拿大的贸易效率较高,但北极航道的开通可有力促进中国与其他北极国家贸易效率的提升;北极航道开通后,中国与北极国家出口贸易潜力提升幅度的平均值约为25%,其中提升幅度较大的是冰岛（49.74%）和丹麦（36.98%）;针对北极航道开通对中国对外贸易的重要战略意义,未来中国应加强与北极国家的贸易联系、完善港口和产业规划布局以及加强与北极国家的交流与合作。     

北极东北航道自然环境风险区划——以俄罗斯北部海域为例

在全球变暖背景下,针对北极海冰融化和东北航道开通的航行风险问题,采用风险评估理论,利用海冰密度、风速、能见度、气温和高程等指标数据,构建风险指标体系,开展了对北极东北航道主要航段自然环境危险性风险(以下简称综合风险)的评估与区划等工作,讨论各指标因子对综合风险的贡献度,得到如下结果:1)经验上来看,北极东北航道适宜通航的月份为7~10月,从风险量化角度分析得出东北航道7~10月自然环境风险较其它月份低,对经验结论进行了验证。2)研究区综合风险分布为"东高西低",即巴伦支海的综合风险较低,咯拉海、拉普捷夫海和东西伯利亚海风险较高。3)可通航月内(7~10月),9月份综合风险最低,其次是8、7月份,10月份综合风险最高。4)除去个别年份(2008和2009年),研究区在2004~2015年综合风险呈现下降趋势,2015年达到最低值。5)敏感性分析得:海冰对综合风险的贡献度最大;风速、水深次之;气温对综合风险贡献最小。     

1979-2012年北极海冰运动学特征初步分析

利用美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的海冰速度和范围数据,本文分析了1979—2012年间北极海冰的运动学特征,以及北极海冰运动与分布范围演变之间的关系。结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的2007和2012年高分辨率的气压场、风场数据,探讨了北极风场和气压场与海冰运动、辐散辐合和海冰面积的关系。结果表明,在1979-2012年间北极海冰平均运动速度呈显著增强的趋势,冬季海冰平均运动速度增加趋势明显强于夏季;北极、波弗特-楚科奇海域和弗拉姆海峡的冬、夏季海冰平均运动速度的增加率分别为2.1%/a和1.7%/a、2.0%/a和1.6%/a以及4.9%/a和2.2%/a。1979-2012年北极海冰平均运动速度和范围的相关性为-0.77,二者存在显著的负相关关系。北极冬季和夏季风场的长期变化趋势与海冰平均运动速度的变化趋势一致,冬季和夏季的相关系数分别为0.50和0.48。风场和气压场对海冰的运动、辐散及重新分布发挥着重要作用。2007年夏季,第234~273天波弗特海域一直被高压系统控制,波弗特涡旋加强,使得波弗特海域海冰聚集在北极中央区;顺时针的风场促使海冰向格陵兰岛和加拿大北极群岛以北聚合。2012年,白令海峡和楚科奇海域处于低压和高压系统的交界处,盛行偏北风,海冰从北极东部往西部输运,加拿大海盆的多年海冰因离岸运动而辐散,向楚科奇海域的海冰输运增加,受太平洋入流暖水影响,移入此区域的海冰加速融化,从而加剧海冰的减少。     

北极海冰输出研究综述

北极海冰对全球气候变化起重要的指示作用。除了海水冻结和融化过程以外,通过弗拉姆海峡(Fram Strait)的海冰输出也是影响北极海冰质量变化的重要动力机制。观测数据中的多源卫星遥感数据(尤其是辐射计观测数据)在获取大尺度连续观测方面具有独特的优势,在研究北极海冰输出面积通量变化方面有着广泛应用。本文总结了北极弗拉姆海峡、其他通道(S-FJL、FJL-SZ、加拿大群岛、Nares海峡通道)海冰输出面积或体积通量,着重介绍了弗拉姆海峡不同年龄海冰输出情况,并总结和分析了影响北极海冰输运的大尺度大气活动模态。最后,本文阐明北极海冰输出方面现有研究的不足之处以及未来的突破方向。     

2017年夏季北极中央航道海冰观测特征及海冰密集度遥感产品评估

2017年夏季中国第八次北极科学考察期间,"雪龙"号极地考察船首次成功穿越北极中央航道,期间全程开展了海冰要素的人工观测。中央航道走航期间的平均海冰密集度和平均冰厚分别为0.64和1.5 m,海冰密集度时空变化大且以厚当年冰为主,高纬密集冰区的浮冰大小显著高于海冰边缘区。基于"雪龙"号的船基走航观测海冰密集度评估比较了国际上常用的5种常用的微波遥感反演海冰密集度产品,同走航目测海冰密集度点对点的比较,误差最大的为德国不来梅大学AMSR2基于Bootstrap算法的产品,平均误差和均方根误差分别为0.19和0.28;误差最小的为欧洲气象卫星应用组织基于AMSR2数据和OSHD和TUD两种不同算法的产品,平均误差分别为-0.02和0.01,均方根误差均为0.20。从日平均比较来看,AMSR2基于Bootstrap算法的误差最大,平均误差和均方根误差分别为0.15和0.20;AMSR2/OSI SAF（TUD）的误差最小,平均误差和均方根误差分别为0.0和0.11,OSI SAF产品更接近人工观测结果。     

北极中央区海冰低密集度现象研究

近年,北极中央密集冰区出现海冰低密集度的异常现象。为了探讨这一现象的成因,本文使用ERA-Interim再分析资料,定义了北极中央区海冰低密集度（LCCA）指数,研究了2009-2016年的6-9月北极中央区发生的海冰低密集度现象。分析表明,研究时段内在北极中央区发生了6次明显的海冰低密集度（LCCA峰值）过程。在这些过程中,局地气温异常并不是导致海冰低密集度现象发生最主要的因素;海冰低密集度区域的形态及冰速场分布均与大气环流场相对应;在LCCA指数峰值发生前均有气旋中心出现在北冰洋70°N以北并伴随向北移动,气旋引起海冰辐散,同时所携带的较低纬度的热量导致海冰迅速融化。在6次过程中,有3次为气旋影响配合北极偶极子（DA）型环流。LCCA指数与84°N平均向北温度平流和北极中央区海冰速度散度呈正相关。在LCCA指数峰值前,温度平流对海冰低密集度区域形成的影响大于海冰辐散的影响。     

Arctic sea ice distribution in summer based on aerial photos

1Introduction TheArcticOceanisoneoftheimportantcold sourcesontheearth,whichaffectsglobalclimateand oceancirculationseriously.Itsinteractionwithglobal climatesystemisrepresentedbyseaice,whichisthe mainfeatureonthesurfaceoftheArcticOcean(Aa- gaard,etal.,1989).Firstly,seaiceplaysapivotalrole intheheatandmassbalanceonthesurfaceoftheArc- ticOcean.Seaicenotonlyobstructstheheatexchange betweenatmosphereandocean,butalsoreflectsthe mostofthelocalsolarradiationbacktotheatmo- spherebecauseofitshighalb…     

Dominant climate factors influencing the Arctic runoff and association between the Arctic runoff and sea ice

By using the Arctic runoff data from R-ArcticNET V4.0 and ArcticRIMS, trends of four major rivers flowing into the Arctic Ocean, whose climate factor plays an important role in determining the variability of the Arctic runoff, are investigated. The results show that for the past 30 years, the trend of the Arctic runoff is seasonally dependent. There is a significant trend in spring and winter and a significant decreasing trend in summer, leading to the reduced seasonal cycle. In spring, surface air temperature is the dominant factor influencing the four rivers. In summer, precipitation is the most important factor for Lena and Mackenzie, while snow cover is the most important factor for Yenisei and Ob. For Mackenzie, atmospheric circulation does play an important role for all the seasons, which is not the case for the Eurasian rivers. The authors further discuss the relationships between the Arctic runoff and sea ice. Significant negative correlation is found at the mouth of the rivers into the Arctic Ocean in spring, while significant positive correlation is observed just at the north of the mouths of the rivers into the Arctic in summer. In addition, each river has different relationship with sea ice in the eastern Greenland Sea.     

北极海冰变化特征分析

本文利用NASA的海冰密集度资料(时间为1978年10月～2002年9月,分辨率为1.0×0.25),计算并分析了1978～2002年的北极海冰面积、范围的时间变化趋势以及变化的空间分布。     

北极各海域海冰覆盖范围的变化特征

Sea ice in the Arctic has been reducing rapidly in the past half century due to global warming.This study analyzes the variations of sea ice extent in the entire Arctic Ocean and its sub regions.The results indicate that sea ice extent reduction during 1979–2013 is most significant in summer,following by that in autumn,winter and spring.In years with rich sea ice,sea ice extent anomaly with seasonal cycle removed changes with a period of 4–6 years.The year of 2003–2006 is the ice-rich period with diverse regional difference in this century.In years with poor sea ice,sea ice margin retreats further north in the Arctic.Sea ice in the Fram Strait changes in an opposite way to that in the entire Arctic.Sea ice coverage index in melting-freezing period is an critical indicator for sea ice changes,which shows an coincident change in the Arctic and sub regions.Since 2002,Region C2 in north of the Pacific sector contributes most to sea ice changes in the central Aarctic,followed by C1 and C3.Sea ice changes in different regions show three relationships.The correlation coefficient between sea ice coverage index of the Chukchi Sea and that of the East Siberian Sea is high,suggesting good consistency of ice variation.In the Atlantic sector,sea ice changes are coincided with each other between the Kara Sea and the Barents Sea as a result of warm inflow into the Kara Sea from the Barents Sea.Sea ice changes in the central Arctic are affected by surrounding seas.     

北极海冰密集度数值预报及验证评估研究

本文系统地评估了国家海洋环境预报中心于我国第七次北极科学考察期间开展的北极海冰密集度数值预报结果。该预报系统基于麻省理工大学通用环流模式,并采用牛顿松弛逼近（Nudging）资料同化方法,计算输出未来1~5 d的北极海冰密集度预报产品。本文将数值预报结果同卫星观测的海冰密集度、再分析资料和"雪龙"号第七次北极考察期间观测的海冰密集度数据进行了对比分析。结果表明,预报的北极海冰密集度小于卫星观测值,24 h、72 h和120 h预报结果的偏差分别为-2.7%、-3.1%和-3.2%;数值产品的预报技巧好于气候态结果和惯性预报,但是在海冰出现快速融化或冻结时,基于Nudging同化的数值预报技巧仍有不足。另外,相比船测数据,数值预报结果在海冰边缘区的偏差相对较大,24 h、72 h和120 h预报结果的偏差分别为8.8%、12.0%和14.5%。