了解2012年至2019年间加拿大东部北极地区冰山与船舶共存关系的变化

《FACETS》：Understanding changes in iceberg–ship coexistence throughout the eastern Canadian Arctic: 2012–2019

本研究基于2012-2019年东加拿大北极（ECA）的船舶自动识别系统（AIS）数据和冰山漂移追踪数据库，构建冰山-船舶共存指数（ISCI），分析该区域冰山与船舶的时空分布特征及变化趋势。结果显示，2016-2019年干货船、游船和乘客船数量显著增加，导致ECA东部巴芬岛、拉格朗特海峡及史密斯湾等区域的ISCI值大幅上升，冰山与船舶的共存风险加剧。研究强调需加强冰山监测和优化航行风险评估体系。

　　在北极地区，冰山对航行安全构成了显著威胁，尤其是在冰山频繁出现的区域。随着全球气候变暖的影响，冰山的生成速率发生变化，这对冰山对船舶构成的潜在风险提出了新的挑战。为了更好地理解和应对这一问题，科学家们利用历史船舶航行数据和冰山漂移信息，分析了冰山与船舶共存的情况，特别是在东部加拿大北极（ECA）地区。这项研究的时间范围是2012年至2019年，期间ECA地区的船舶数量显著增加，而冰山的分布也保持稳定。通过建立冰山-船舶共存指数（ISCI），研究人员评估了冰山与船舶在空间和时间上的相互作用，并揭示了近年来冰山与船舶共存的显著变化趋势。

### 船舶交通的增加

自1990年以来，加拿大北极群岛（CAA）的船舶交通量迅速增长，尤其是在2015年至2019年期间，平均每年的航行次数从104次增加到381次。这种增长主要由以下几个因素驱动：

1. **资源开发需求**：许多北地社区无法通过陆路运输物资，因此依赖于海运。同时，随着矿产资源的开采，如在哈德森海峡附近的矿区，船舶交通量显著增加。
2. **季节性变化**：由于冰层变薄，开放水域季节延长，使得船舶能够在更长的时间内航行。例如，东部兰开斯特海峡的航道开放时间在2007年后显著增加。
3. **旅游活动的兴起**：随着冰川探险和极地旅游的发展，一些船舶专门用于游客运输，这增加了该区域的船舶数量。

在2012年至2015年期间，ECA地区共有108艘独特的船舶航行，而在2016年至2019年，这一数字增加到271艘。船舶类型的变化也反映了这一趋势，其中干散货船、休闲船只和乘客船只的数量增长最为显著，分别增加了307%和571%。相比之下，集装箱船、政府/科研船只和油轮的数量则保持相对稳定。

### 冰山的分布与威胁

冰山主要来源于冰川的断裂和冰架的崩解。在CAA和格陵兰西部，冰山在夏季期间频繁漂移，影响着船舶航行区域。冰山通常沿着西格陵兰洋流（WGC）和巴芬岛洋流（BIC）移动，最终漂向南边，进入拉布拉多海。这些冰山在漂移过程中，有时会暂时停驻在狭窄的水道中，如史密斯海峡和琼斯海峡，从而对航行造成威胁。

在东部加拿大北极地区，冰山的分布显示出一定的模式。冰山主要出现在纳雷斯海峡、东部兰开斯特海峡以及巴芬岛以东的区域。这些区域的冰山密度较高，尤其在纳雷斯海峡和史密斯海峡附近，冰山数量和大小都较为显著。此外，冰岛（一种大型冰山）的出现频率也在增加，尤其是在2008年至2013年间，冰岛碎片的观测数量达到了452个。

### 冰山-船舶共存指数（ISCI）

为了量化冰山和船舶的共存情况，研究人员引入了冰山-船舶共存指数（ISCI）。该指数基于冰山漂移位置和船舶航行轨迹的重叠程度，计算出每个网格单元的共存指数。通过比较2012-2015年和2016-2019年的数据，研究人员发现，尽管冰山数量没有明显增加，但船舶数量的激增导致了冰山-船舶共存指数的显著上升。

- **干散货船**：在2012年至2019年间，干散货船的数量从13艘增加到46艘，其航行轨迹主要集中在巴芬岛东海岸和庞宁湾入口附近。这些区域的ISCI值从2012-2015年的较低水平显著上升，尤其是在2016-2019年期间。
- **货物船**：货物船的数量也有所增加，从13艘增加到28艘。这些船只的航行轨迹主要集中在拉布拉多海和史密斯海峡，ISCI值在这些区域也有所提升。
- **休闲船只**：休闲船只的数量在2012年至2019年间从14艘增加到43艘。尽管这些船只的航行次数增加不多，但其航行范围扩展到了更北的区域，如纳雷斯海峡和西北航道。
- **乘客船只**：乘客船只的数量从7艘增加到17艘，其航行轨迹在2016-2019年期间更加集中在史密斯海峡和西北航道的北端区域。

### 研究发现与讨论

研究发现，随着船舶数量的增加，冰山与船舶的共存区域也在扩大。特别是在纳雷斯海峡、东部兰开斯特海峡和巴芬岛东海岸，冰山与船舶的共存情况显著增加。这一趋势可能与冰山漂移模式和船舶航行路线的变化有关。同时，冰山的威胁也因船舶冰强化程度的降低而加剧。近年来，船舶的平均冰强化水平下降，使得冰山碰撞的严重性增加。

冰山的存在对航行构成了多种风险。首先，冰山在冰层中难以被探测，尤其是在冬季，当冰山被冻结在海冰中时，会形成冰隙，这些冰隙可能突然终止，导致船只无法安全通过。其次，冰山的大小和形状变化多端，使得雷达探测存在局限性。此外，冰山的移动和冻结过程也会影响航行路径的稳定性。

### 需要改进的监测与管理

目前，加拿大冰山监测系统（CIS）和国际冰山巡逻队（IIP）仅在60°N以南的海域提供详细的冰山信息。而在60°N以北的区域，冰山信息较为模糊，仅被标记为“冰山海域”。这种信息的缺失对航行安全构成了挑战，尤其是在冰山频繁出现的区域。

因此，研究建议扩大冰山监测范围，以覆盖ECA地区的主要航道。通过提供详细的冰山位置和大小信息，可以更好地评估冰山对船舶的潜在威胁，并将这些信息纳入现有的冰山风险评估模型（如POLARIS）。此外，加强对冰山漂移和冻结过程的监测，有助于提高冰山预报的准确性，从而为船舶航行提供更可靠的导航信息。

### 未来展望

随着气候变化的持续影响，冰山和船舶的共存问题将变得更加复杂。船舶数量的增加和冰山分布的变化，使得航行风险不断上升。为了应对这一挑战，需要在以下几个方面进行改进：

1. **增强冰山监测**：通过卫星遥感技术和现场观测相结合，提高冰山监测的精度和覆盖范围。
2. **改进风险评估模型**：将冰山信息纳入现有的冰山风险评估体系，以更全面地评估航行风险。
3. **提升船舶冰强化标准**：针对不同类型的船舶，制定更严格的冰强化标准，以减少冰山碰撞的可能性。
4. **加强航行规划与管理**：在船舶航行前，利用冰山数据进行详细的航行规划，避开高风险区域，确保航行安全。

通过这些措施，可以有效降低冰山对船舶航行的威胁，提高北极水域的航行安全性。同时，这一研究也为未来的政策制定和航运管理提供了重要的数据支持和科学依据。