袁本坤，曹叢華，商杰，黎舸，鐘山，孫青，焦艷

(1. 山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266061； 2. 國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心 青島 266061)

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膠州灣海冰及其防御對(duì)策研究*

袁本坤1，2，曹叢華1，2，商杰1，2，黎舸1，2，鐘山1，2，孫青1，2，焦艷1，2

(1. 山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266061； 2. 國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心 青島 266061)

膠州灣資源豐富，區(qū)位條件優(yōu)越，在經(jīng)濟(jì)上、國(guó)防上均具有重要戰(zhàn)略地位。然而，膠州灣每年冬季都有不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象，使其開發(fā)利用受到影響。文章利用近年來的衛(wèi)星遙感、航空以及岸基監(jiān)測(cè)所獲取的冰情數(shù)據(jù)并結(jié)合歷史資料，對(duì)膠州灣的海冰進(jìn)行了綜合分析，給出了膠州灣的冰情基本特征；在分析海冰防災(zāi)減災(zāi)形勢(shì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合膠州灣海冰防災(zāi)減災(zāi)實(shí)際要求，提出了具體的海冰災(zāi)害防御對(duì)策。

膠州灣；海冰；冰情特征；海冰災(zāi)害；防御對(duì)策

1 研究背景

膠州灣位于黃海中部、山東半島的南岸，是一個(gè)伸入內(nèi)陸的天然海灣[1](圖1)。其沿岸自東向西分別與青島市行政所轄的市南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)、城陽區(qū)(含高新區(qū))、膠州市和黃島區(qū)(西海岸新區(qū))等區(qū)(市)相鄰。

圖1 膠州灣衛(wèi)星遙感圖像

膠州灣水深域闊，浪小淤輕[2]，資源豐富，地理位置和區(qū)位條件十分優(yōu)越，在經(jīng)濟(jì)上、國(guó)防上均具有十分重要的戰(zhàn)略地位，并對(duì)青島市、山東省乃至全國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)[3]?？梢哉f，膠州灣孕育了青島，是青島的“母親灣”。

但是，由于膠州灣是伸入陸地內(nèi)部的一個(gè)半封閉性海灣，受陸地影響顯著且鹽度較低，加之其地理位置相對(duì)偏北，每年冬季都有不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象[4]，使膠州灣及其沿岸的各類工程設(shè)施、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)以及群眾生活等受到影響，甚至造成災(zāi)害。因此，海冰災(zāi)害是膠州灣的主要海洋災(zāi)害之一[5]。

2 資料來源

本研究所用冰情資料主要來自：① 國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心2005—2014年膠州灣海冰MODIS衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)資料；② 國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心2009—2014年膠州灣海冰專項(xiàng)監(jiān)測(cè)資料；③ 國(guó)家海洋局北海分局2009/2010年冬季膠州灣海冰航空專項(xiàng)監(jiān)測(cè)資料；④ 中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心2009—2014年冬季膠州灣海冰環(huán)境衛(wèi)星遙感資料。

此外，為了更加準(zhǔn)確地分析膠州灣海域的冰情特征，本研究還引用或參考了部分已有研究成果或文獻(xiàn)給出的數(shù)據(jù)。

3 冰情特征分析

3.1 冰日與冰期

冰日是指結(jié)冰海區(qū)海冰的初冰日、嚴(yán)重冰日、融冰日和終冰日。冰期則是指初冰日至終冰日的天數(shù)。按照海冰生消變化特征，海冰冰期又分為初冰期、嚴(yán)重冰期和終冰期3個(gè)階段。根據(jù)各種監(jiān)測(cè)資料綜合分析，在常冰年*根據(jù)現(xiàn)行冰情等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)結(jié)冰海區(qū)的冰情共分5個(gè)等級(jí)，即輕冰年、偏輕冰年、常冰年、偏重冰年和重冰年。(即一般年份，下同)，膠州灣的初冰日通常出現(xiàn)在每年的12月中旬，終冰日則在翌年的2月中旬，冰期一般為60～80 d。其中，嚴(yán)重冰期一般出現(xiàn)在1月下旬至2月上旬。而在一些異常寒冷或異常偏暖的特殊年份，膠州灣最早于12月上旬即出現(xiàn)初冰，最晚于翌年1月下旬才出現(xiàn)初冰；終冰最早在翌年1月中旬，最晚可到3月上旬。

受天氣變化影響，無論是常冰年還是特殊年份，冰期(尤其是初冰期)內(nèi)膠州灣的冰情經(jīng)常出現(xiàn)時(shí)凍時(shí)融的情況，甚至一天之中也會(huì)出現(xiàn)有時(shí)有冰(早晨)、有時(shí)無冰(中午)的現(xiàn)象[4]。

3.2 冰型、冰厚及結(jié)冰范圍

3.2.1 固定冰

沿著海岸形成并與海岸或海底凍結(jié)在一起的冰稱為固定冰。在潮汐的影響下，固定冰有時(shí)會(huì)產(chǎn)生升降運(yùn)動(dòng)，因此，結(jié)冰初始階段一般不易形成固定冰。根據(jù)監(jiān)測(cè)，膠州灣的固定冰多出現(xiàn)在嚴(yán)重冰期內(nèi)。在常冰年，膠州灣的固定冰以沿岸冰為主，間有擱淺冰和冰腳，厚度一般在10～25 cm；固定冰主要分布在膠州灣沿岸尤其是北部、西部沿岸的淺灘區(qū)域，其范圍一般在2 m等深線以內(nèi)[4]。

3.2.2 浮冰

浮在海面上可隨風(fēng)、浪、流等漂移的冰稱為浮冰(也稱“流冰”，下同)。根據(jù)近年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并綜合各類冰情資料分析，在常冰年，初冰期內(nèi)膠州灣的浮冰以初生冰和冰皮為主，間有尼羅冰和少量蓮葉冰；平整冰厚為2～6 cm，最大為10 cm；浮冰范圍(浮冰最大外緣線離岸距離，下同)在1.0～2.0 n mile，最大2.5 n mile。嚴(yán)重冰期內(nèi)，浮冰以冰皮、尼羅冰和蓮葉冰為主，間有灰冰等，平整冰厚為4～8 cm，最大為15 cm；浮冰范圍在2.0～3.0 n mile，最大可超過5 n mile。終冰期內(nèi)，浮冰以冰皮為主，間有蓮葉冰和尼羅冰等；平整冰厚為2～4 cm，最大為8 cm；浮冰范圍一般在1.5 n mile以內(nèi)。

在重冰年的嚴(yán)重冰期內(nèi)，膠州灣浮冰分布范圍可覆蓋整個(gè)海域的9成以上海區(qū)，只在灣口附近有很少無冰水域[6]。值得指出的是，因受膠州灣跨海大橋橋墩、樁基等構(gòu)筑物影響，自從該橋開建以來，膠州灣的浮冰主要分布在大橋以北的海域(圖2)。即是在嚴(yán)重冰期，大橋以南海域的浮冰冰量、密集度以及厚度等均明顯小于大橋北側(cè)海域。

圖2 2010年1月13日膠州灣海冰衛(wèi)星遙感影像

3.3 海冰表面特征

海冰表面特征是指海冰在動(dòng)力或熱力作用下所呈現(xiàn)的外貌特征。根據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，膠州灣海冰表面特征類型(按每年冬季出現(xiàn)頻率和量的多少排序)依次為：平整冰、重疊冰、冰丘以及覆雪冰。

3.4 海冰堆積狀況

在常冰年，膠州灣的海冰堆積并不嚴(yán)重。但在重冰年或偏重冰年，膠州灣(尤其是沿岸淺灘區(qū)域)的海冰則經(jīng)常出現(xiàn)堆積現(xiàn)象。堆積高度在1 m左右，個(gè)別區(qū)域的堆積高度可達(dá)2～3 m。

3.5 浮冰流向和流速

海冰在風(fēng)、浪、流等外力作用下，會(huì)發(fā)生漂移、流動(dòng)。膠州灣浮冰的漂流方向主要是取決于風(fēng)和潮流的共同作用。在風(fēng)力較小或無風(fēng)的情況下，膠州灣浮冰漂流方向與潮流運(yùn)動(dòng)方向大致相仿。漂流速度一般小于0.5 m/s，最大在0.8 m/s[4]。

4 海冰防災(zāi)減災(zāi)形勢(shì)分析

海冰可以破壞海洋工程建筑和各種海上設(shè)施，擠壓損壞艦船，封鎖港口和航道，破壞海水養(yǎng)殖設(shè)施和場(chǎng)地等[7]，從而形成災(zāi)害。在常冰年，由于結(jié)冰時(shí)間短、范圍小，膠州灣的海冰對(duì)各類海上設(shè)施及生產(chǎn)活動(dòng)影響不大。但在重冰年或偏重冰年，膠州灣的海冰則會(huì)對(duì)海上交通運(yùn)輸、漁業(yè)捕撈、海水養(yǎng)殖、鹽業(yè)和旅游等造成影響甚至形成災(zāi)害。歷史上也曾發(fā)生過多次嚴(yán)重或比較嚴(yán)重的海冰災(zāi)害，如1917/1918年、1935/1936年、1956/1957年、1968/1969年、1979/1980年等年份。這些年份的冰情均造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。其中，1957年1-2月間，小港冰厚在15～20 cm，最厚達(dá)30 cm[8]；中港完全被冰封，船只無法進(jìn)出；大港入口處被冰堵塞，1-6號(hào)碼頭全部冰封[6]，交通運(yùn)輸中斷[8]。大港航道上的5-11號(hào)、14號(hào)浮標(biāo)或被海冰割斷飄走，或被海冰挾持移位、擱淺[4]。原臺(tái)西漁業(yè)社16 hm2海帶因海冰破壞，造成10余萬元的經(jīng)濟(jì)損失[2]。實(shí)際上，根據(jù)記載，即便在常冰年膠州灣局部海區(qū)因海冰造成的災(zāi)害幾乎每年都有發(fā)生。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)嚴(yán)重和比較嚴(yán)重的海冰災(zāi)害大致5～6 a發(fā)生一次[9]；而在膠州灣，偏重冰年和重冰年平均4 a多出現(xiàn)一次[2]。近年來，受全球氣候變暖等大背景影響，膠州灣冰情總體上呈現(xiàn)偏輕的趨勢(shì)。但由于影響冰情的氣候、天氣等因素的變化具有非常大的不確定性，出現(xiàn)嚴(yán)重或比較嚴(yán)重冰情的概率依然較大[10]。

海冰是一種自然現(xiàn)象，海冰災(zāi)害則是海冰作用于人類海上活動(dòng)所產(chǎn)生的危害[11]。隨著山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施和青島西海岸新區(qū)獲批為國(guó)家級(jí)新區(qū)，依托海洋資源并以海洋產(chǎn)業(yè)為支撐的復(fù)合性地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度必將進(jìn)一步加快。這使得膠州灣的功能必將更加增強(qiáng)，各類海上經(jīng)濟(jì)活動(dòng)也必將更加頻繁，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重冰情，其災(zāi)害損失程度無疑將大幅提高。因此，海冰防災(zāi)減災(zāi)依然是今后進(jìn)一步開發(fā)利用膠州灣所面臨的重大課題之一。

5 防御對(duì)策

海冰災(zāi)害與其他自然災(zāi)害一樣，其成因具有自然屬性和社會(huì)屬性兩個(gè)方面。因此，制定海冰防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策，應(yīng)當(dāng)在尊重自然變異規(guī)律的前提下，采取科學(xué)、有效的綜合防御措施，最大限度地減輕海冰造成的損失。鑒于此，筆者提出如下防御對(duì)策。

5.1 充分認(rèn)識(shí)海冰防災(zāi)減災(zāi)工作的重要性

各級(jí)政府應(yīng)充分認(rèn)識(shí)膠州灣海冰防災(zāi)減災(zāi)工作的重要性。沿岸各地均應(yīng)編制本地區(qū)包括海冰災(zāi)害在內(nèi)的海洋防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃并將其納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃中。建立膠州灣海冰防災(zāi)減災(zāi)長(zhǎng)效機(jī)制，有計(jì)劃、有步驟、有針對(duì)性地開展海冰防災(zāi)減災(zāi)工作[12]。

5.2 建立行政領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)制度

應(yīng)當(dāng)建立行之有效的行政領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)制，提高膠州灣沿岸各級(jí)政府對(duì)海冰災(zāi)害應(yīng)急處置工作的指揮和協(xié)調(diào)能力；同時(shí)應(yīng)當(dāng)建立各級(jí)政府的分級(jí)負(fù)責(zé)、條塊結(jié)合、屬地為主的海冰災(zāi)害應(yīng)急管理體制。

5.3 加強(qiáng)海冰防災(zāi)減災(zāi)工作的法制建設(shè)

各級(jí)政府要結(jié)合實(shí)際制定或修訂包括海冰在內(nèi)的海洋防災(zāi)減災(zāi)工作地方性法規(guī)和政府規(guī)章，逐步建立以國(guó)家專業(yè)法為主，地方性法規(guī)規(guī)章為補(bǔ)充防災(zāi)減災(zāi)法規(guī)體系，為膠州灣的海冰防災(zāi)減災(zāi)工作提供法律保障。

5.4 建立海冰災(zāi)害應(yīng)急體系

按照國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)工作的總體要求，建立健全包括膠州灣在內(nèi)的海冰災(zāi)害應(yīng)急組織指揮體系，并且按規(guī)定制訂或修訂、完善海冰災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案。

建立適應(yīng)海冰防災(zāi)減災(zāi)工作需要的專業(yè)人才隊(duì)伍，并在充分發(fā)揮解放軍、武警、公安消防、民兵預(yù)備役等在海冰防災(zāi)減災(zāi)中的骨干作用的同時(shí)，積極培育和發(fā)展社會(huì)公益組織和志愿者團(tuán)體參與海冰防災(zāi)減災(zāi)工作。

5.5 加強(qiáng)海冰監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和海冰災(zāi)害預(yù)警工作

實(shí)踐證明，海冰監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和海冰災(zāi)害預(yù)警等工作是海冰防災(zāi)減災(zāi)的重要技術(shù)支撐。海冰監(jiān)測(cè)不僅可以為海冰預(yù)報(bào)、海冰災(zāi)害預(yù)警提供準(zhǔn)確可靠的冰情數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以為進(jìn)一步開展膠州灣海冰研究等提供基礎(chǔ)資料。而海冰預(yù)報(bào)和海冰災(zāi)害預(yù)警，則可以使各級(jí)政府、企(事)業(yè)單位以及社會(huì)公眾及時(shí)了解和掌握冰情變化信息，并為各級(jí)政府提供決策依據(jù)。因此，必須切實(shí)加強(qiáng)膠州灣的海冰監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)及海冰災(zāi)害預(yù)警工作。

5.6 開展海冰災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃工作

海冰災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃是海冰災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)。通過海冰災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃，可以使膠州灣沿岸各級(jí)政府科學(xué)安排經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展布局，有效規(guī)避海冰災(zāi)害影響；其區(qū)劃結(jié)果不僅可以為膠州灣沿岸地區(qū)發(fā)展規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)、工程設(shè)計(jì)及選址等提供科學(xué)依據(jù)，還可以對(duì)各級(jí)政府的海洋災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案制(修)訂及實(shí)施等提供理論指導(dǎo)，并對(duì)災(zāi)害應(yīng)急期間的政府決策提供技術(shù)支撐。

5.7 提高抗冰標(biāo)準(zhǔn)

要結(jié)合海冰監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史冰情資料以及使用要求，合理選擇各類海上結(jié)構(gòu)物的海冰設(shè)計(jì)參數(shù)，提高各類結(jié)構(gòu)物的抗冰標(biāo)準(zhǔn)。

5.8 嚴(yán)格落實(shí)各類抗冰措施

海洋工程設(shè)施在施工之前首先要充分考慮海上結(jié)構(gòu)物的抗冰能力。對(duì)于無抗冰能力的各類海上工程設(shè)施，需要在冰期到來之前，撤離結(jié)冰海區(qū)；而確實(shí)需要在冰期施工的各類工程設(shè)施，則應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范控制其設(shè)計(jì)載荷。

對(duì)于在冰期承擔(dān)海上運(yùn)輸及施工的船舶，在建造時(shí)應(yīng)考慮具有一定的破冰能力。船舶在冰區(qū)航行時(shí)，可根據(jù)冰情分布狀況，選擇海冰厚度薄、密集度小、浮冰漂流方向與船舶航向一致的航線；沒有抗冰能力或破冰能力的船只，不要隨意進(jìn)入冰區(qū)航行。

應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)各類海水養(yǎng)殖、漁船、漁港(碼頭)等的海冰防災(zāi)減災(zāi)工作，如在冰期到來之前及時(shí)搶收養(yǎng)植物、漁船歸港等。同時(shí)要積極開展相應(yīng)的海冰防災(zāi)減災(zāi)的技術(shù)服務(wù)保障工作，使海冰防災(zāi)減災(zāi)達(dá)到最佳成效。

5.9 配備相應(yīng)的破冰船只

為應(yīng)對(duì)膠州灣突發(fā)性海冰災(zāi)害事件，建議有關(guān)部門在膠州灣內(nèi)配備1～2艘專業(yè)破冰船。這類船只可以設(shè)計(jì)為雙重用途，即在冰期內(nèi)待命執(zhí)行航道疏通，冰區(qū)搶險(xiǎn)、港口運(yùn)營(yíng)和海冰專項(xiàng)監(jiān)測(cè)等任務(wù)；而在冰期外可以根據(jù)破冰船的最初設(shè)計(jì)，執(zhí)行其他海上任務(wù)。

5.10 加強(qiáng)宣傳教育工作

要加強(qiáng)海冰防災(zāi)減災(zāi)的宣傳教育工作，充分利用以新聞媒體為主的各種途徑，開展海冰防災(zāi)減災(zāi)知識(shí)宣傳，使社會(huì)公眾廣泛認(rèn)識(shí)到防御海冰災(zāi)害的必要性和重要性，提高社會(huì)大眾的海冰防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)和基本技能。

6 結(jié)論與討論

利用近年來的最新衛(wèi)星遙感、航空以及專項(xiàng)監(jiān)測(cè)等所獲取的冰情數(shù)據(jù)并結(jié)合歷史資料，對(duì)膠州灣的冰情特征、海冰防災(zāi)減災(zāi)形勢(shì)及防御對(duì)策等進(jìn)行了綜合分析與研究，最終得出如下結(jié)論。

(1)膠州灣每年冬季都有不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象。常冰年，冰期均比較短，結(jié)冰范圍有限；但在重冰年，海冰往往可覆蓋膠州灣的9成以上的海域。

(2)在常冰年，海冰通常對(duì)各類海上經(jīng)濟(jì)活動(dòng)以及沿岸群眾生活等影響不大。但在重冰年或偏重冰年，海冰會(huì)帶來嚴(yán)重危害甚至造成災(zāi)害。

(3)膠州灣具有發(fā)生嚴(yán)重或比較嚴(yán)重冰情的客觀規(guī)律。因此，海冰防災(zāi)減災(zāi)是今后進(jìn)一步開發(fā)利用膠州灣所面臨的重大課題之一。

(4)只有在尊重自然變異規(guī)律的前提下，采取綜合防御措施，才能最大限度地減輕膠州灣海冰造成的損失。

[1] 國(guó)家海洋局第一海洋研究所港灣室《膠州灣自然環(huán)境》編寫組.膠州灣自然環(huán)境[M].北京：海洋出版社，1984.

[2] 中國(guó)海灣志編纂委員會(huì).中國(guó)海灣志：第四分冊(cè)[M].北京：海洋出版社，1993.

[3] 膠州灣及鄰近海岸帶功能區(qū)劃聯(lián)席會(huì)議.膠州灣及鄰近海岸帶功能區(qū)劃[M].北京：海洋出版社，1996.

[4] 張方儉.膠州灣的海冰與區(qū)域開發(fā)[J].海岸工程，1986(4).

[5] 青島市海洋與漁業(yè)局，國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心.青島市海洋防災(zāi)減災(zāi)專項(xiàng)規(guī)劃[R].青島：青島市人民政府，2009.

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海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201105016).

P731.15

A

1005-9857(2015)08-0035-04