第24卷第2期 极地研究 Vol 24. No. 2 2012年6月 CHINESE JOURNAL OF POLAR RESEARCH June 2012 研究进展 北极航道相关海域科学考察研究进展 何剑锋吴荣荣!张芳王勇2俞勇 (国家海洋局极地科学重点实验室,中国极地研究中心,上海200136;2国家海洋局极地考察办公室,北京100086 提要中国从1999年开始至今已实施了四次北极科学考察,对白令海、楚科奇海、波弗特海、加拿大海盆和马卡若夫 海盆进行了广泛的考察。全球变化致使北冰洋夏季海冰覆盖面积不断减少,导致冰期以来北极东北航道和西北航道 的首次同时开通。北极航道集中在陆架区,不仅是海冰变化最为显著的海域,同时也是陆地-北冰洋相互作用最为显 著的区域,对北冰洋区域气候、生态系统和生物多样性、经济和当地土著居民生活产生重大影响。本文对北极航道关 键海域近年来国际相关科学考察进行了总结,对科学考察背后的各国北极策略进行分析,并从科学需求的角度对今 后中国北极科学考察中针对北极航道相关海域应开展的科学考察与研究提出了相关建议 关键词北极航道考察研究进展 doi:10.3724/SP.J.1084.2012.00187 配合未来航道的开通,俄罗斯已计划在东北航 0引言 道楚科奇半岛至巴伦支海沿线建立9个具有救援 消防和直升机支援功能的应急中心,同时计划在沿 北极航道是指穿越北冰洋,连接大西洋和太平线设立70个永久观测站和33个自动观测点,其中 洋的海上航道,包括东北航道和西北航道。东北航的5和30个已分别在建{2。加拿大政府也决定建 道西起西欧和北欧港口,穿过西伯利亚沿岸海域,绕设一条从内陆通往北冰洋海岸的道路,并斥巨资在 过白令海峡到达东北亚港口;西北航道东起北美东西北航道上的剑桥湾( Cambridge Bay)新建一个北 海岸,向西穿过加拿大北极群岛,经波弗特海、白令极考察站作为北极研究的国际平台。而已经或正在 海峡抵达北美西部港口(广义的北极航道还包括穿执行的一些考察项目无疑可以为航道提供第一手基 越北冰洋中心区的穿极航线)。随着北冰洋夏季海础环境资料。 冰覆盖面积的持续减少,从2008年开始,一些航运 北极未来的开发也将对中国产生重要而深远的 公司已先后完成了北极航道的试探性商业航行(。影响。北极地区丰富的资源对于能源匮乏的中国来 一旦北极航道开通并投入商业运行,将大大缩短欧说具有重大经济和战略价值,北极海冰融化将使中 洲、北美与东北亚之间的海上航线,形成新的世界经国恶劣天气和自然灾害增多进而影响生态安全和粮 济走廊,改变世界能源和贸易格局,进而影响整个世食安全,而北极航道的开通将使中国的国际航运和 界的经济和地缘政治格局。与此同时,航道开通将外贸从中受益。中国于19992003、2008和 意味着煤烟排放、溢油等潜在风险进一步増加,将深Σ010年共实施了四次北极科学考察,对白令海、楚 刻影响当地的生态环境以及当地居民生活。 科奇海、波弗特海、加拿大海盆和马卡若夫海盆的广 收稿日期]2011年9月收到来稿,2011年11月收到修改稿 [基金项目]科技部对欧盟科技合作专项经费项目(1105)、海洋公益性行业科研专项(201205007)和中国海洋发展研究中心与国家海洋 局极地考察办公室“北极航道分析与应用研究”项目资助 作者简介]何剑锋,1968年生。博士,研究员,从事极地生态环境监测与研究及极地生物海洋学研究。E- mail: hejianfeng@pic.gov.cm
第 ２４卷第 ２期 极地研究 Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２ ２０１２年 ６月 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＰＯＬＡＲＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｊｕｎｅ２０１２ ［收稿日期］ ２０１１年 ９月收到来稿，２０１１年 １１月收到修改稿 ［基金项目］ 科技部对欧盟科技合作专项经费项目（１１０５）、海洋公益性行业科研专项（２０１２０５００７）和中国海洋发展研究中心与国家海洋 局极地考察办公室“北极航道分析与应用研究”项目资助 ［作者简介］ 何剑锋，１９６８年生。博士，研究员，从事极地生态环境监测与研究及极地生物海洋学研究。Ｅｍａｉｌ： 櫑櫑櫑櫑櫑 櫑 櫑櫑櫑櫑 毀 毀 毀 毀 ｈｅｊｉａｎｆｅｎｇ＠ｐｒｉｃ．ｇｏｖ．ｃｎ 研究进展 北极航道相关海域科学考察研究进展 何剑锋１ 吴荣荣１ 张芳１ 王勇２ 俞勇１ （１国家海洋局极地科学重点实验室，中国极地研究中心，上海 ２００１３６；２国家海洋局极地考察办公室，北京 １０００８６） 提要 中国从 １９９９年开始至今已实施了四次北极科学考察，对白令海、楚科奇海、波弗特海、加拿大海盆和马卡若夫 海盆进行了广泛的考察。全球变化致使北冰洋夏季海冰覆盖面积不断减少，导致冰期以来北极东北航道和西北航道 的首次同时开通。北极航道集中在陆架区，不仅是海冰变化最为显著的海域，同时也是陆地北冰洋相互作用最为显 著的区域，对北冰洋区域气候、生态系统和生物多样性、经济和当地土著居民生活产生重大影响。本文对北极航道关 键海域近年来国际相关科学考察进行了总结，对科学考察背后的各国北极策略进行分析，并从科学需求的角度对今 后中国北极科学考察中针对北极航道相关海域应开展的科学考察与研究提出了相关建议。 关键词 北极航道 考察研究 进展 ｄｏｉ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０８４．２０１２．００１８７ ０ 引言 北极航道是指穿越北冰洋，连接大西洋和太平 洋的海上航道，包括东北航道和西北航道。东北航 道西起西欧和北欧港口，穿过西伯利亚沿岸海域，绕 过白令海峡到达东北亚港口；西北航道东起北美东 海岸，向西穿过加拿大北极群岛，经波弗特海、白令 海峡抵达北美西部港口（广义的北极航道还包括穿 越北冰洋中心区的穿极航线）。随着北冰洋夏季海 冰覆盖面积的持续减少，从 ２００８年开始，一些航运 公司已先后完成了北极航道的试探性商业航行［１］ 。 一旦北极航道开通并投入商业运行，将大大缩短欧 洲、北美与东北亚之间的海上航线，形成新的世界经 济走廊，改变世界能源和贸易格局，进而影响整个世 界的经济和地缘政治格局。与此同时，航道开通将 意味着煤烟排放、溢油等潜在风险进一步增加，将深 刻影响当地的生态环境以及当地居民生活。 配合未来航道的开通，俄罗斯已计划在东北航 道楚科奇半岛至巴伦支海沿线建立 ９个具有救援、 消防和直升机支援功能的应急中心，同时计划在沿 线设立 ７０个永久观测站和 ３３个自动观测点，其中 的 １５和 ３０个已分别在建［２］ 。加拿大政府也决定建 设一条从内陆通往北冰洋海岸的道路，并斥巨资在 西北航道上的剑桥湾（ＣａｍｂｒｉｄｇｅＢａｙ）新建一个北 极考察站作为北极研究的国际平台。而已经或正在 执行的一些考察项目无疑可以为航道提供第一手基 础环境资料。 北极未来的开发也将对中国产生重要而深远的 影响。北极地区丰富的资源对于能源匮乏的中国来 说具有重大经济和战略价值，北极海冰融化将使中 国恶劣天气和自然灾害增多进而影响生态安全和粮 食安全，而北极航道的开通将使中国的国际航运和 外贸 从 中 受 益［３４］ 。中 国 于 １９９９、２００３、２００８和 ２０１０年共实施了四次北极科学考察，对白令海、楚 科奇海、波弗特海、加拿大海盆和马卡若夫海盆的广
极地研究 第24卷 大海域进行了科学考察,获取了大量的第一手观测伯利亚海的平均水深分别为88m和58m。拉普 资料和样品,已己成为北极科学考察的一支重要力量。捷夫海因其北部界限延伸到北冰洋盆地,平均水 本文通过对北极航道重点海域近年来国际相关科学深达578m,然而其沿岸66%的区域水深不超过 考察进行总结,对科学考察背后的各国北极策略进100m。喀拉海平均水深90m,巴伦支海沿其东南 行分析,并从科学热点和服务于国家需求的角度对岸浅(10-100m)而西北岸较深(200-300m)。 今后中国北极科学考察中针对北极航道重点海域应沿东北航道须经数个海峡,其中维利基斯基海峡 开展的科学考察与研究提出了相关建议。 ( Vikilski strait)是连接喀拉海与拉普捷夫海的 个关键海峡,该海峡仅在部分年度夏季较短时间 北极航道相关海域基础环境 内开通,是东北航道通航的一个主要瓶颈。而在 东部航段,连接拉普捷夫海与东西伯利亚海的德 1.1基本地理状况 米特里·拉普捷夫和萨尼科夫海峡都很浅。前者 东北航道主要位于俄罗斯以北的北冰洋宽阔12-15m,其东侧水深只有不到10m;后者最小水 陆架上,水深较浅(图1)。其中楚科奇海和东西深13m。 自A 料击 出: 图1北极东北和西北航道示意图(绿色航线为东北航道,红色航线为西北航道,图片引自htp:∥ww.lecerclepolaire.com/ Fig 1. The Arctic northeast and northwest passages( Green line is Northeast Passage and the red one, Northwest Passage. Figure was citedfromhttp:/www.lecerclepolaire.com/en/newsviEws/route_du_nord_news.html) 西北航道在加拿大北极群岛有多条公认的穿越深超过400m,但该航线西段容易堆积从北冰洋涌 航线(图1)。通航时间相对较短(从7月下旬至的多年冰,仅在部分年份夏季呈无冰状态。南侧 10月中旬),并且因不同路径和年份而异。其中北几条航线则更容易在夏季开通,但多浅滩和岩礁,航 侧两条航线(经梅尔维尔子爵海峡)为深水航道,水线相对复杂,且待行船只吃水深度不能超过10m
大海域进行了科学考察，获取了大量的第一手观测 资料和样品，已成为北极科学考察的一支重要力量。 本文通过对北极航道重点海域近年来国际相关科学 考察进行总结，对科学考察背后的各国北极策略进 行分析，并从科学热点和服务于国家需求的角度对 今后中国北极科学考察中针对北极航道重点海域应 开展的科学考察与研究提出了相关建议。 １ 北极航道相关海域基础环境 １．１ 基本地理状况 东北航道主要位于俄罗斯以北的北冰洋宽阔 陆架上，水深较浅（图 １）。其中楚科奇海和东西 伯利亚海的平均水深分别为 ８８ｍ和 ５８ｍ。拉普 捷夫海因其北部界限延伸到北冰洋盆地，平均水 深达５７８ｍ，然而其沿岸 ６６％的区域水深不超过 １００ｍ。喀拉海平均水深 ９０ｍ，巴伦支海沿其东南 岸浅（１０—１００ｍ）而西北岸较深（２００—３００ｍ）。 沿东北航道须经数个海峡，其中维利基斯基海峡 （ＶｉｋｉｌｓｋｉＳｔｒａｉｔ）是连接喀拉海与拉普捷夫海的一 个关键海峡，该海峡仅在部分年度夏季较短时间 内开通，是东北航道通航的一个主要瓶颈。而在 东部航段，连接拉普捷夫海与东西伯利亚海的德 米特里·拉普捷夫和萨尼科夫海峡都很浅。前者 １２—１５ｍ，其东侧水深只有不到 １０ｍ；后者最小水 深 １３ｍ。 图 １ 北极东北和西北航道示意图（绿色航线为东北航道，红色航线为西北航道，图片引自 ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｌｅｃｅｒｃｌｅｐｏｌａｉｒｅ．ｃｏｍ／ Ｅｎ／ｎｅｗｓｖｉｅｗｓ／ｒｏｕｔｅ＿ｄｕ＿ｎｏｒｄ＿ｎｅｗｓ．ｈｔｍｌ） Ｆｉｇ．１．ＴｈｅＡｒｃｔｉｃｎｏｒｔｈｅａｓｔａｎｄｎｏｒｔｈｗｅｓｔｐａｓｓａｇｅｓ（ＧｒｅｅｎｌｉｎｅｉｓＮｏｒｔｈｅａｓｔＰａｓｓａｇｅａｎｄｔｈｅｒｅｄｏｎｅ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＰａｓｓａｇｅ．Ｆｉｇｕｒｅｗａｓ ｃｉｔｅｄｆｒｏｍ：ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｌｅｃｅｒｃｌｅｐｏｌａｉｒｅ．ｃｏｍ／Ｅｎ／ｎｅｗｓｖｉｅｗｓ／ｒｏｕｔｅ＿ｄｕ＿ｎｏｒｄ＿ｎｅｗｓ．ｈｔｍｌ） 西北航道在加拿大北极群岛有多条公认的穿越 航线（图 １）［５］ 。通航时间相对较短（从 ７月下旬至 １０月中旬），并且因不同路径和年份而异。其中北 侧两条航线（经梅尔维尔子爵海峡）为深水航道，水 深超过 ４００ｍ，但该航线西段容易堆积从北冰洋涌 入的多年冰，仅在部分年份夏季呈无冰状态。南侧 几条航线则更容易在夏季开通，但多浅滩和岩礁，航 线相对复杂，且待行船只吃水深度不能超过 １０ｍ。 １８８ 极地研究 第 ２４卷
第2期 何剑锋等:北极航道相关海域科学考察研究进展 加拿大三海计划(C30, Canada' s Three oceans)和份在2007、2010和2011年。而由图4可见,北冰洋 计划新建的北极考察站均位于南部航线,推测是受多年冰比例明显下降。由于多年冰主要集中在加拿 航道内海冰分布的影响。 大北极群岛和格陵兰岛以北海域,因而相对而言,在 相对而言,东北航道存在一些明显优势。从应东北航道碰到多年冰的概率要明显低于西北航道。 用角度而言,航道所在海域是自然资源富集区,且水 域宽阔,沿线有较多可用港口,与内陆有铁路交通;2北极航道海域研究热点 而西北航道穿越加拿大群岛的诸多岛屿,实际航行 较为复杂,附近基础设施很少,只有空中航线可以到2.1北冰洋研究热点 达,且深水航道容易受北冰洋多年冰的影响。而 2004年北极理事会批准了“北极监测和评估计 从科学研究角度而言,东北航道研究可以与穿极航划”(AMSP, Arctic monitoring and assessment pro- 道硏究结合,所在海域也是北冰洋海冰重要发源地、 gramme),提出四项战略目标:减少和防止北极海洋 以及陆地-海洋相互作用和生态环境变化最为剧烈环境污染、保护北极海洋生物多样性及其生态系统 的地区,对北极气候和海洋生态环境研究具有重要功能、促进北极居民健康和社区繁荣、推动北极海洋 意义。我们认为中国未来对北极航道的研究重点应资源的可持续利用。2008年俄罗斯北极政策总目 放在东北航道。 标涉及资源基地、军事安全、生态安全、信息、科技和 1.2北极航道夏季海冰分布及年际变化 国际合作,2010美国国家安全战略文件提出了国家 近30年来北极夏季海冰呈现迅速减少的趋安全需求、保护环境、管理北极资源、帮助土著居民 势切,2007年夏季达到有观测历史以来的最低点,支持科学研究和加强国际合作的北极策略,加拿大 此后北冰洋夏季海冰覆盖面积一直在历史的低位徘“北方战略”主要包括行使领土主权、促进经济发 徊(图2)。《北极气候影响评估》和政府间气候变展、保护北极环境和改进行政管理。美国海洋大气 化委员会第四次评估报告( IPCC AR4,2007)所采用局(NOA)2010—2017年战略规划对北极的策略和 的全球气候模式(GCM),预测整个21世纪海冰覆展望为:预测海冰,加强基础科学以了解和探测北极 盖面积将持续缩小。而最近的模式显示,北冰洋最气候和生态系统变化,改进天气和水的预报和预警, 早在2037年就将夏季无冰。 加强国际和国家伙伴关系,提高北极海洋和沿岸资 源利用和管理,以及推动弹性和健康的北极社区和 s 6r(Area of ocean with at 经济。英国自然环境研究理事会北极研究专项 (2010—2015)的总目标是提高北极变化预测能力 其中包括:了解和研究北极快速变化,量化导致北极 甲烷和二氧化碳释放的过程,减少在北极气候不确 定性和相关区域地球化学预测,以及评估北极气候 快速变化的潜在风险和危害。由此可见,从国家战 +2 Standard Deviations 略层面,是政治、经济和科学并重;而在科学研究层 面,对北极气候环境变化及反馈的了解和预测是各 Jun 国普遍关注的焦点。对于科学研究热点,具体而言 图22007年以来北冰洋春夏季海冰覆盖面积(引自美国国 可归纳为以下几个部分。 家雪冰数据中心资料) (1)海冰、海洋变异与气候变化。在全球变暖 Fg2. Variations of Arctic sea ice coverage during spring and的背景下,最近几年夏季海冰的损失率已经超过大 and Ice Data Center) 多数模型的预测。了解北极气候快速变化的驱动和 图3显示了2007以来夏季北极海冰最小覆盖反馈,并预测海冰短期和长期的变化程度和速率,是 范围(9月16日)。由图可见,除了拉普捷夫海西部项重大而紧迫的科学挑战。同时,随着北极航道 尚有海冰外,东北航道其余水域几乎没有海冰。而开通的日益临近,对航道水域海冰的季节和年际变 西北航道的夏季海冰存在较强的年际变化,开通年化监测、预测也日益受到重视。国际研究计划如美
加拿大三海计划（Ｃ３Ｏ，Ｃａｎａｄａ’ｓＴｈｒｅｅＯｃｅａｎｓ）和 计划新建的北极考察站均位于南部航线，推测是受 航道内海冰分布的影响。 相对而言，东北航道存在一些明显优势。从应 用角度而言，航道所在海域是自然资源富集区，且水 域宽阔，沿线有较多可用港口，与内陆有铁路交通； 而西北航道穿越加拿大群岛的诸多岛屿，实际航行 较为复杂，附近基础设施很少，只有空中航线可以到 达，且深水航道容易受北冰洋多年冰的影响［６］ 。而 从科学研究角度而言，东北航道研究可以与穿极航 道研究结合，所在海域也是北冰洋海冰重要发源地、 以及陆地海洋相互作用和生态环境变化最为剧烈 的地区，对北极气候和海洋生态环境研究具有重要 意义。我们认为中国未来对北极航道的研究重点应 放在东北航道。 １．２ 北极航道夏季海冰分布及年际变化 近 ３０年来北极夏季海冰呈现迅速减少的趋 势［７］ ，２００７年夏季达到有观测历史以来的最低点， 此后北冰洋夏季海冰覆盖面积一直在历史的低位徘 徊（图 ２）。《北极气候影响评估》和政府间气候变 化委员会第四次评估报告（ＩＰＣＣＡＲ４，２００７）所采用 的全球气候模式（ＧＣＭ），预测整个 ２１世纪海冰覆 盖面积将持续缩小。而最近的模式显示，北冰洋最 早在 ２０３７年就将夏季无冰［８］ 。 图 ２ ２００７年以来北冰洋春夏季海冰覆盖面积（引自美国国 家雪冰数据中心资料） Ｆｉｇ．２．ＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆＡｒｃｔｉｃｓｅａｉｃｅｃｏｖｅｒａｇｅｄｕｒｉｎｇｓｐｒｉｎｇａｎｄ ｓｕｍｍｅｒｓｉｎｃｅ２００７（Ｃｒｅｄｉｔ：ＡｍｅｒｉｃａｎＮａｔｉｏｎａｌＳｎｏｗ ａｎｄＩｃｅＤａｔａＣｅｎｔｅｒ） 图 ３显示了 ２００７以来夏季北极海冰最小覆盖 范围（９月 １６日）。由图可见，除了拉普捷夫海西部 尚有海冰外，东北航道其余水域几乎没有海冰。而 西北航道的夏季海冰存在较强的年际变化，开通年 份在 ２００７、２０１０和 ２０１１年。而由图 ４可见，北冰洋 多年冰比例明显下降。由于多年冰主要集中在加拿 大北极群岛和格陵兰岛以北海域，因而相对而言，在 东北航道碰到多年冰的概率要明显低于西北航道。 ２ 北极航道海域研究热点 ２．１ 北冰洋研究热点 ２００４年北极理事会批准了“北极监测和评估计 划”（ＡＭＳＰ，ＡｒｃｔｉｃＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＰｒｏ ｇｒａｍｍｅ），提出四项战略目标：减少和防止北极海洋 环境污染、保护北极海洋生物多样性及其生态系统 功能、促进北极居民健康和社区繁荣、推动北极海洋 资源的可持续利用。２００８年俄罗斯北极政策总目 标涉及资源基地、军事安全、生态安全、信息、科技和 国际合作，２０１０美国国家安全战略文件提出了国家 安全需求、保护环境、管理北极资源、帮助土著居民、 支持科学研究和加强国际合作的北极策略，加拿大 “北方战略”主要包括行使领土主权、促进经济发 展、保护北极环境和改进行政管理。美国海洋大气 局（ＮＯＡＡ）２０１０—２０１７年战略规划对北极的策略和 展望为：预测海冰，加强基础科学以了解和探测北极 气候和生态系统变化，改进天气和水的预报和预警， 加强国际和国家伙伴关系，提高北极海洋和沿岸资 源利用和管理，以及推动弹性和健康的北极社区和 经济。英国自然环境研究理事会北极研究专项 （２０１０—２０１５）的总目标是提高北极变化预测能力， 其中包括：了解和研究北极快速变化，量化导致北极 甲烷和二氧化碳释放的过程，减少在北极气候不确 定性和相关区域地球化学预测，以及评估北极气候 快速变化的潜在风险和危害。由此可见，从国家战 略层面，是政治、经济和科学并重；而在科学研究层 面，对北极气候环境变化及反馈的了解和预测是各 国普遍关注的焦点。对于科学研究热点，具体而言 可归纳为以下几个部分。 （１）海冰、海洋变异与气候变化。在全球变暖 的背景下，最近几年夏季海冰的损失率已经超过大 多数模型的预测。了解北极气候快速变化的驱动和 反馈，并预测海冰短期和长期的变化程度和速率，是 一项重大而紧迫的科学挑战。同时，随着北极航道 开通的日益临近，对航道水域海冰的季节和年际变 化监测、预测也日益受到重视。国际研究计划如美 第 ２期 何剑锋等：北极航道相关海域科学考察研究进展 １８９
190 极地研究 第24卷 09/16/2006 9/16/2007 09/16/2008 09/16/2009 09/16/2010 09/01/2011 图3夏季北冰洋海冰覆盖的卫星图象(引自htp:∥arti. atmos.uiue.edu/ cryosphere/) ig.3.SatelliteimagesofsummerseaicecoverintheArcticOcean(Sourcehttp:arctic.atmosuiucedu/cryosphere/) 国的北极环境变化研究计划( SEARCH, A Study of了海洋酸化。酸化将威胁那些具有碳酸钙外壳和骨 Environmental arctic change)和欧盟的达摩克利斯骼的贝类、珊瑚以及部分浮游植物和浮游动物的生 计划( DEMOCLES, Developing Arctic Modeling and存,而加拿大C30计划调查结果显示,加拿大海盆 Observing Capabilities for Lon- term environmental的海洋酸化已开始影响浮游生态系统。欧盟针对海 洋酸化制定了海洋酸化计划( EPOCA, European Pro (2)北冰洋酸化。北冰洋海洋酸化正在引起关 ject on Ocean Acidification),并在北极斯瓦尔巴附近 注,它发生最快但目前处于临界水平。十八世纪工海域开展了现场实验研究。 业革命以来人类活动所释放的CO2约有三分之 (3)生态系统及环境变化响应。已有的研究表 被海洋吸收,导致pH值从8.2降至8.19。北冰洋明,随着北冰洋海冰容量的不断减少和陆地淡水输 弱酸性的海冰融水持续加入到季节性混合层,加剧人的增加,以及太平洋和大西洋入流水的变化,北冰
图 ３ 夏季北冰洋海冰覆盖的卫星图象（引自 ｈｔｔｐ：∥ａｒｃｔｉｃ．ａｔｍｏｓ．ｕｉｕｃ．ｅｄｕ／ｃｒｙｏｓｐｈｅｒｅ／） Ｆｉｇ．３．ＳａｔｅｌｌｉｔｅｉｍａｇｅｓｏｆｓｕｍｍｅｒｓｅａｉｃｅｃｏｖｅｒｉｎｔｈｅＡｒｃｔｉｃＯｃｅａｎ（Ｓｏｕｒｃｅ：ｈｔｔｐ：∥ａｒｃｔｉｃ．ａｔｍｏｓ．ｕｉｕｃ．ｅｄｕ／ｃｒｙｏｓｐｈｅｒｅ／） 国的北极环境变化研究计划（ＳＥＡＲＣＨ，ＡＳｔｕｄｙｏｆ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＡｒｃｔｉｃＣｈａｎｇｅ）和欧盟的达摩克利斯 计划 （ＤＥＭＯＣＬＥＳ，ＤｅｖｅｌｏｐｉｎｇＡｒｃｔｉｃＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄ ＯｂｓｅｒｖｉｎｇＣａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｆｏｒＬｏｎｇｔｅｒｍ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ）。 （２）北冰洋酸化。北冰洋海洋酸化正在引起关 注，它发生最快但目前处于临界水平。十八世纪工 业革命以来人类活动所释放的 ＣＯ２ 约有三分之一 被海洋吸收，导致 ｐＨ值从 ８．２降至 ８．１［９］ 。北冰洋 弱酸性的海冰融水持续加入到季节性混合层，加剧 了海洋酸化。酸化将威胁那些具有碳酸钙外壳和骨 骼的贝类、珊瑚以及部分浮游植物和浮游动物的生 存，而加拿大 Ｃ３Ｏ计划调查结果显示，加拿大海盆 的海洋酸化已开始影响浮游生态系统。欧盟针对海 洋酸化制定了海洋酸化计划（ＥＰＯＣＡ，ＥｕｒｏｐｅａｎＰｒｏ ｊｅｃｔｏｎＯｃｅａｎＡｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ），并在北极斯瓦尔巴附近 海域开展了现场实验研究。 （３）生态系统及环境变化响应。已有的研究表 明，随着北冰洋海冰容量的不断减少和陆地淡水输 入的增加，以及太平洋和大西洋入流水的变化，北冰 １９０ 极地研究 第 ２４卷
第2期 何剑锋等:北极航道相关海域科学考察研究进展 191 1981-2000平均 2009年 当年冰(<1年) 次年冰(1-2年) 老冰(>2年) 图4北冰洋2月底多年冰分布及年际变化(据美国国家雪冰数据中心数据,科罗拉多大学 Maslanik and Fowler绘制) 4. Distribution and variation of multi-year sea ice in the Arctic Ocean in the end of February( From the National Snow and lce Da- ta Center, courtesy J. Maslanik and C. Fowler, University of Colorado) 洋生态系统正在发生着显著变化,大型哺乳动物的网计划(SAON, Sustaining Arctic Observing Net 生存环境受到严重威胁、海冰生物产量下降、上表层woks),由北极理事会牵头组织的协调环北极观测 浮游生物呈现小型化趋势以及亚北极物种入侵等。系统组成环北极观测网,以满足对北极地区环境监 由于北极地区变暖速率要高出全球的3倍左右测和研究需求。其中海洋学领域下设63个监测子 (ACIA2004,IPCC2007),北极生态系统可能遇到网络,海洋生态系统下设28个监测子网络,各国的 的气候驱动阈值和临界点,导致突然的变化比其他监测网络如美国的北极观测网(AON, The Arctic 生态系统快得多。相关计划如欧盟的北极临界点计 Observing Network)、北极区域海洋观测系统( Arctic 划(ATP, Arctic Tipping Point)和美国的气候变化对ROOs, Arctic Regional Ocean Observing System)、加 北极生态系统和化学过程影响计划( ICESCAPE,Im拿大的北极网络( ArcticNet)、欧盟的斯瓦尔巴北极 pacts of Climate change on the Eco- Systems and Chem-地球联合观测系统(SIOs, Svalbard Integrated Arctic istry of the Arctic Pacific Environment Earth Observing System)等。由图5可见,部分网络 (4)区域环境保护。区域环境保护是环北极国和监测站点与航道相关 家必须面对的课题。1996年8月6日,8个北极国2.2东北航道的科学考察与研究 家的代表在加拿大渥太华成立北极理事会,承担了 东北航道的科学考察与研究都是欧美通过合 实施《北极环境保护战略》的职责。但随着气温作的方式与俄罗斯联合实施的,其中最为重要的 升高、海冰融化和人类活动的增加,特别是包括大型是美国与俄罗斯的合作,推进了南森阿蒙森海盆 邮轮在内的商船试航,加之生态环境的脆弱特性,环观测系统计划( NABOS, Nansen and Amundsen Ba- 境保护的重要性显得日益突出。世界自然基金会于 sins Observational Systen)和俄-美北极长期调查计 2009年3月发表的研究报告指出,由于油气开发的划( RUSALCA, Russian- American long- -term census 同时,在应付原油泄漏类似事件能力却少有改进,北 of the arctic)两个重要的国际合作项目;而德国与 极生态已更加脆弱。呼吁北极地区国家联手拿出行俄罗斯合作开展了“拉普捷夫海系统”长期合作项 动保护北极,某些生态敏感或重要地区应禁止石油目。由于这些项目覆盖了东北航道的主要海域, 和天然气开发。 可以认为欧美部分国家对东北航道的了解远胜 为了监测和预测北极的变化,长期监测被提到中国。 了非常重要的地位,其中北极地区最为庞大的一个 (1)南森-阿蒙森/加拿大海盆观测系统计划 监测网络计划是2006年11月提出的北极持续观测( NABOS/ CABOS)
图 ４ 北冰洋 ２月底多年冰分布及年际变化（据美国国家雪冰数据中心数据，科罗拉多大学 ＭａｓｌａｎｉｋａｎｄＦｏｗｌｅｒ绘制） Ｆｉｇ．４．ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｙｅａｒｓｅａｉｃｅｉｎｔｈｅＡｒｃｔｉｃＯｃｅａｎｉｎｔｈｅｅｎｄｏｆＦｅｂｒｕａｒｙ（ＦｒｏｍｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＳｎｏｗａｎｄＩｃｅＤａ ｔａＣｅｎｔｅｒ，ｃｏｕｒｔｅｓｙＪ．ＭａｓｌａｎｉｋａｎｄＣ．Ｆｏｗｌｅｒ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｏｌｏｒａｄｏ） 洋生态系统正在发生着显著变化，大型哺乳动物的 生存环境受到严重威胁、海冰生物产量下降、上表层 浮游生物呈现小型化趋势以及亚北极物种入侵等。 由于北极地区变暖速率要高出全球的 ３倍左右 （ＡＣＩＡ２００４，ＩＰＣＣ２００７），北极生态系统可能遇到 的气候驱动阈值和临界点，导致突然的变化比其他 生态系统快得多。相关计划如欧盟的北极临界点计 划（ＡＴＰ，ＡｒｃｔｉｃＴｉｐｐｉｎｇＰｏｉｎｔ）和美国的气候变化对 北极生态系统和化学过程影响计划（ＩＣＥＳＣＡＰＥ，Ｉｍ ｐａｃｔｓｏｆＣｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｏｎｔｈｅＥｃｏＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＣｈｅｍ ｉｓｔｒｙｏｆｔｈｅＡｒｃｔｉｃＰａｃｉｆｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）。 （４）区域环境保护。区域环境保护是环北极国 家必须面对的课题。１９９６年 ８月 ６日，８个北极国 家的代表在加拿大渥太华成立北极理事会，承担了 实施《北极环境保护战略》的职责［１０］ 。但随着气温 升高、海冰融化和人类活动的增加，特别是包括大型 邮轮在内的商船试航，加之生态环境的脆弱特性，环 境保护的重要性显得日益突出。世界自然基金会于 ２００９年 ３月发表的研究报告指出，由于油气开发的 同时，在应付原油泄漏类似事件能力却少有改进，北 极生态已更加脆弱。呼吁北极地区国家联手拿出行 动保护北极，某些生态敏感或重要地区应禁止石油 和天然气开发［１１］ 。 为了监测和预测北极的变化，长期监测被提到 了非常重要的地位，其中北极地区最为庞大的一个 监测网络计划是 ２００６年 １１月提出的北极持续观测 网 计 划 （ＳＡＯＮ，Ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ Ａｒｃｔｉｃ Ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ Ｎｅｔ ｗｏｒｋｓ），由北极理事会牵头组织的协调环北极观测 系统组成环北极观测网，以满足对北极地区环境监 测和研究需求。其中海洋学领域下设 ６３个监测子 网络，海洋生态系统下设 ２８个监测子网络，各国的 监测网络如美国的北极观测网 （ＡＯＮ，ＴｈｅＡｒｃｔｉｃ ＯｂｓｅｒｖｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋ）、北极区域海洋观测系统（Ａｒｃｔｉｃ ＲＯＯＳ，ＡｒｃｔｉｃＲｅｇｉｏｎａｌＯｃｅａｎＯｂｓｅｒｖｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）、加 拿大的北极网络（ＡｒｃｔｉｃＮｅｔ）、欧盟的斯瓦尔巴北极 地球联合观测系统（ＳＩＯＳ，ＳｖａｌｂａｒｄＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＡｒｃｔｉｃ ＥａｒｔｈＯｂｓｅｒｖｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）等。由图 ５可见，部分网络 和监测站点与航道相关。 ２．２ 东北航道的科学考察与研究 东北航道的科学考察与研究都是欧美通过合 作的方式与俄罗斯联合实施的，其中最为重要的 是美国与俄罗斯的合作，推进了南森阿蒙森海盆 观测系统计划（ＮＡＢＯＳ，ＮａｎｓｅｎａｎｄＡｍｕｎｄｓｅｎＢａ ｓｉｎｓＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌＳｙｓｔｅｍ）和俄美北极长期调查计 划（ＲＵＳＡＬＣＡ，ＲｕｓｓｉａｎＡｍｅｒｉｃａｎＬｏｎｇｔｅｒｍ Ｃｅｎｓｕｓ ｏｆｔｈｅＡｒｃｔｉｃ）两个重要的国际合作项目；而德国与 俄罗斯合作开展了“拉普捷夫海系统”长期合作项 目。由于这些项目覆盖了东北航道的主要海域， 可以认为欧美部分国家对东北航道的了解远胜 中国。 （１）南森阿蒙森／加拿大海盆观测系统计划 （ＮＡＢＯＳ／ＣＡＢＯＳ） 第 ２期 何剑锋等：北极航道相关海域科学考察研究进展 １９１