北极地区东北航道多季节通航的适航条件和经济性分析(武汉理工大学)_20130316

北极地区东北航道多季节通航的适航条件和经济性分析中国远洋运输（集团）总公司武汉理工大学中远技术分中心2013年3月10日前言随着我国加入WTO，国际海运经济对我国经济的影响越来越凸显，海运经济已成为我国经济的重要组成部分。北极“东北航道”的通航会对十分依赖国际海运的中国经济带来前所未有的机遇和挑战。在“东北航道”的通航开发过程中，由于航线本身特殊的地理特点和气候环境，我们还面临着一些函待研究解决的关键问题，如：通航海域航行条件、海冰分布情况及研究、年通航时间、通航船舶要求及建造、航行区域的法律法规的制定、通航经济性分析等许多问题。虽然问题颇多，但“东北航道”巨大的航运经济价值，吸引着许多国家趋之若鹜，除了北极地区的八国之外，日本和韩国也纷纷染指。中国是近北极国家，北极航道对国家有重要的战略安全意义，中远集团作为最重要的一支国家远洋运输船队，在执行国家战略部署、维护国家战略安全方面义不容辞。同时北极航道带来的战略和商业机遇，是中远集团作为国家海运主力船队所需要前瞻性考虑的。相信在不远的将来，“东北航道”必会成为连接中欧海运贸易的关键纽带，它将继苏伊士运河、巴拿马运河后，第三次革命性地改变世界海运贸易格局，同时对我国海运贸易以及国民经济带来巨大的改变。本文主要通过对东北航线的多季节通航的适航条件和通航的经济性进行了分析，得出了一定的有益结论，对于东北航线的通航提供了很好的参考依据。首先，对北极地区东北航道多季节通航的适航条件进行了整体的分析研究，得出的结论是：（1）东北航线的通航具有较高的可行性，并初步给出了东北航道航线图；（2）但在近几年内的5月-10月份，东北航道不能满足普通商船的通航，必须建造冰区加强型船舶才能通行，且破冰能力至少是B*1型（破冰能力75cm）。（3）通过综合考虑东北航道的地理特征、通航水域冰情以及船舶选型的影响因素，船舶类型建议采用集装箱型船。最后，对北极地区东北航道多季节通航的经济性进行了全面的分析研究，得出的结论是：（1）对于东北航线，最大的运营成本来自于燃油费和破冰护航费；对于苏伊士运河航线，最大的运营成本来自于燃油费；（2）对于北欧港口，走东北航线的航程要比走苏伊士运河航线要缩短30%以上；（3）绝大部分时段走东北航线要比苏伊士运河航线航行时间短，特别是：在8月底至9月初4000TEU加强型集装箱船走东北航线（从上海至摩尔曼斯克）比普通商船走苏伊士运河航线快11天；而散货船的同类比较则要快18天；（4）当航行距离差距较大时，走东北航线比苏伊士运河航线利润高很多，例如：5至10月份，4000TEU集装箱船走东北航线（从上海至摩尔曼斯克）的经济效益均高于走苏伊士运河航线；其中,最多的8月份可节省130.67万美元,最少的5月份也可节省46.32万美元；当航程差距不是很大而且冰区范围较大时，走东北航线的燃油成本优势不足以抵消昂贵的破冰护航费，得不偿失；（5）如果能通过一些方式（如组织编队通航等）降低单船破冰护航费，走东北航道的优势将进一步得到体现，当然，同时还必须从长远目光和战略眼光来看问题。北极地区东北航道多季节通航的适航条件和经济性分析按照中国远洋运输（集团）总公司提出的“北极地区东北航道多季节通航分析”的任务要求，武汉理工大学联系人钱作勤教授组织能源与动力工程学院、交通学院以及航运学院的相关专家形成了项目领导小组和工作组，多次召开了工作会议，严新平副校长主持了工作会议并做出了重要指示。项目工作组紧扣任务要求对相关问题展开了深入的分析和研究，初步形成了以下分析研究报告。一、适航条件分析本文适航条件分析主要包括：船舶在北极地区东北航道航行的路线选择、船舶类型选择（集装箱船或巴拿马型散货船）、东北航道区域的气候条件以及东北航道区域地区的法律法规等。（一）东北航道的航线选择船舶在出海航行前必须根据航行的目的和具体要求，认真、全面地制定出安全且经济的航线，这一过程不仅需要参照历史航行经验，而且需要针对具体的航区分析其气象状况、航道情况以及服务设施等条件，还必须考虑到船舶自身的性能参数、配载情况以及船员技术水平等。对于北极航线来说，由于自然条件和航行环境较恶劣，海冰的存在不但严重影响航速，更重要的是会对船舶的安全航行造成障碍，同时由于缺乏在北极冰区的航行经验，因此对航线的选择和制定就显得尤为重要了。1.北极地区概况北极地区是指66°33′N以北的广大区域，北极地区的总面积约为2100万平方公里，其中陆地部分约占800万平方公里，北极地区与常年无人居住的南极大陆不同，其陆地、岛屿及近岸海域隶属于美国、俄罗斯、加拿大、瑞典、丹麦、冰岛、挪威和芬兰等8个环北极国家。北极地区的北冰洋以北极为中心，介于亚洲、欧洲和北美洲之间，被陆地包围，北冰洋面积1475万平方公里，只相当太平洋面积的1/14，约占世界海洋总面积的4.1%，是世界四大洋中最小最浅的海洋。北冰洋平均水深1225米，为太平洋的1/3；最大水深5449米，不及太平洋的1/2。在北冰洋的周围有非常宽阔的大陆架，水深不足200米的面积约440万平方公里，约占总面积的35.8%。北极地区冬季极夜期长179天，夏季极昼期长180天，北极地区常年处于低温状态，一年有明显的四季之分，冬季为11月---次年4月，平均气温在-20℃---30℃左右。7月--8月为夏季，平均气温在5℃---8℃左右。北冰洋冬季80%水域为冰，夏季超过50%水域为冰，冬季沿岸由于潮汐的影响，会形成平均厚度2米左右的破碎冰，严冬时，这些破碎冰会挤压积聚成冰脊和冰丘，有时高达十几米。北冰洋每年11月-次年3月盛行南或西风，4-8月多为东北风或东南风。夏季风力较小，冬季风力较大，在楚科奇海可达8级，最大可达11-12级。北冰洋每年11月---次年4月封冻，7-9月沿岸冰融化，一般意义上讲北极水域是不适于普通商业船舶的航行，但近些年来受全球气候变暖的影响，在夏季，北极地区部分水域二年冰覆盖区域的冰层厚度会变薄，部分当年冰覆盖区域的冰层会全部或部分融化，这就为普通商业船舶在该区域的通行创造了外部的条件。北极地区的石油、天然气储量最为丰富，约占全世界总储量的1/4主要分布在北冰洋的巴伦支海、挪威海和喀拉海的大陆架，可称为“地球尽头的中东”。2.北极航道图1.1北极航道（东北航道、西北航道及北极点航道）示意图北极航线,也称北极航道,是指穿过北冰洋,连接大西洋和太平洋的海上航道。北极航线主要有三条航线:第一条是东北航道,大部分航段位于俄罗斯北部沿海的北冰洋离岸海域。从北欧出发,向东穿过北冰洋巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亚海和楚科奇海,直到白令海峡。这是连接西、北欧和太平洋西岸国家和地区的最短航道；第二条是西北航道,以白令海峡为起点,向东沿美国阿拉斯加北部离岸海域,穿过加拿大北极群岛,直到戴维斯海峡。这是大西洋和太平洋之间最短的航道；第三条是穿越北极点航线。这条航线从白令海峡出发,不走俄罗斯或北美沿岸,直接穿过北冰洋中心区域到达格陵兰海或挪威海。由于北冰洋中心区域为多年累积的海冰所覆盖,海冰最为密集和厚实,这条航线将是最后开通的和被利用的。3.东北航道的航线选择本报告所研究的北极航线主要针对东北航线。这是因为一方面“东北航道”海冰融化速度最快，将最早实现全年通航；另一方面，由于中国已经成为名副其实的“世界工厂”，而欧洲则是世界最大的消费品市场“，东北航道”作为连接中欧最短的海上通道，必将成为我国重要的运输航线。图1.2东北航道和传统航道示意图1）未来全球气候变化趋势对航线的影响从工业革命开始，人类就大规模地向大气中排放超量的温室气体而且愈演愈烈，人类赖以生存的地球自然气候变化也越来越快，随着气候变暖导致海冰面积的减小，夏季海冰融化后的洋面所吸收的太阳热量，到冬季也更易转移到大气中，由此也加快了大气温度的升高。由于以上种种原因，北极地区的温度升高速度两倍于全球平均值。现在，北极夏季冰面盖面积的大小仅有50年前的一半，自上世纪50年代有观测记录以来，北冰洋海冰区域正稳步减少，2007年9月更达到有记录以来的新低，比1979～2000年海冰面积平均值低39%；2008年9月，海冰面积也较前述平均值低34%，仅高于2007年的观测数据；2009年9月，海冰面积同样大幅缩减，也仅高于2007、2008年观测数据。自1979年，开始使用卫星监测北极夏季海冰面积以来，已有相当多的证据表明，北极夏季海冰面积在过去30年里呈缩减趋势。2）东北航道地理环境和特点东北航道从白令海出发,穿过楚科奇海、东西伯利亚海、拉普捷夫海和喀拉海直到北冰洋巴伦支海。东北航道大部分航段位于俄罗斯北部沿海的北冰洋离岸海域，其海岸线十分曲折，形成了许多浅而宽的边缘海及海湾，海岸类型中有侵蚀海岸、峡湾式海岸、三角洲型海岸及泻湖式海岸，沿岸地区岛屿众多，有些地势比较低洼，在融化时形成湿地、湖泊和大面积沼泽。下面分三部分来介绍东北航道的具体特点：图1.3东北航道白令海峡至东西伯利亚海部分图1.3中红色线路显示的东北航道的第一部分，经过白令海峡，到达楚科奇海，通过德朗海峡，进入东西伯利亚海，接着进入拉普捷夫海。其中桑尼科夫海峡是穿过新西伯利亚群岛，连接拉普捷夫海与东西伯利亚海的第二条海峡，长约402千米，水深12.8米，也是东北航道水位最浅的位置。图中所示的德米特里·拉普捷夫海峡是新西伯利亚群岛与俄罗斯内陆之间最南端的通道，它连接着拉普捷夫海与东西伯利亚海。该海峡长约130千米，水深12～15米，但其东侧水深只有不到10米，仅限吃水小于6.7米的船只通航。图1.4东北航道拉普捷夫海至扬斯克海峡和红军海峡部分图1.4所示的红色线路是东北航道第二部分，从拉普捷夫海进入维利基茨基海峡，到达喀拉海。其中维利基茨基海峡长约111千米，最窄宽度为54千米，水深40～230米之间，是连接喀拉海和拉普捷夫海最短且最著名的一段航道。绍卡利斯基海峡位于维利基茨基海峡以北，是喀拉海进入拉普捷夫海的第二条可通航海峡，长约148千米，最小水深37米。在其北面则是扬斯克海峡和红军海峡。图1.5东北航道喀拉海到摩尔曼斯克港口部分图1.5中红色线路是东北航道第三部分，航线从喀拉海到摩尔曼斯克的部分。从喀拉海通过喀拉海峡进入巴伦支海，然后到达摩尔曼斯克。喀拉海峡是巴伦支海和喀拉海之间海运经过的主要海峡，长约39千米，最窄为41千米，水深最浅15米，这里已经建立起分道通航航制。3）目前东北航道冰情分析船舶在冰区航行，海冰密集度分布、海冰厚度和冰面堆积程度是影响船舶安全航行非常重要的因素。中国第5次北极考察于2012年6月27日开始，7月11日到达白令海，雪龙船于7月21日在弗兰格尔岛附近海域与俄罗斯引航编队会合，7月22日至8月3日自西向东从北极低纬度海域顺利穿越东北航道，8月13日顺利抵达冰岛附近海域。这次北极考察首次成功地穿越了东北航道，取得了一系列第一手的宝贵数据，提供了大量的珍贵资料。以下结合中国第5次北极考察以及相关资料对东北航道5月-10月的海冰情况进行分析。图1.62012年7月22日至8月2日的北冰洋海冰范围（红线为雪龙船的航迹）图1.7“雪龙号”沿高纬航线航行期间（8月24日-9月3日）北冰洋海冰范围的变化图1.82012年中国北极考察沿东北航道和高纬航线海冰厚度的分布情况图1.9近年来东北航道海冰覆盖区域的分布情况由图1.6可以看出，7月下旬和8月初，在进入白令海不久，沿俄罗斯海岸线在东北航道上海冰密度还比较高；由图1.7可以看出8月下旬和9月初，东北航道上的海冰基本都已融化，只是在一些高纬度上还有一些海冰；从图1.8中可以看出7月下旬和8月初，在进入白令海不久，沿俄罗斯海岸线附近海冰厚度在80cm左右，在北地群岛和拉普捷夫海附近海冰厚度也在80cm左右，有的局部区域甚至超过了1m；从图1.9近年来东北航道海冰密度的分布情况来看，也只有在8月底和9月初东北航道上的海冰已基本融化，同时在5-10月份期间东北航道区域的海冰密度大部分都在7/10以下。4）航线的选择根据以上分析，在东北航道上初步确定航线，具体线路图为：由白令海峡，到达楚科奇海，通过德朗海峡