膠州灣海冰及其防御對策研究*

袁本坤，曹叢華，商杰，黎舸，鐘山，孫青，焦艷

(1. 山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室 青島 266061； 2. 國家海洋局北海預報中心 青島 266061)

?

膠州灣海冰及其防御對策研究*

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. 山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室 青島 266061； 2. 國家海洋局北海預報中心 青島 266061)

膠州灣資源豐富，區位條件優越，在經濟上、國防上均具有重要戰略地位。然而，膠州灣每年冬季都有不同程度的結冰現象，使其開發利用受到影響。文章利用近年來的衛星遙感、航空以及岸基監測所獲取的冰情數據并結合歷史資料，對膠州灣的海冰進行了綜合分析，給出了膠州灣的冰情基本特征；在分析海冰防災減災形勢的基礎上，結合膠州灣海冰防災減災實際要求，提出了具體的海冰災害防御對策。

膠州灣；海冰；冰情特征；海冰災害；防御對策

1 研究背景

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

圖1 膠州灣衛星遙感圖像

膠州灣水深域闊，浪小淤輕[2]，資源豐富，地理位置和區位條件十分優越，在經濟上、國防上均具有十分重要的戰略地位，并對青島市、山東省乃至全國的經濟發展做出了突出貢獻[3]。可以說，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部的一個半封閉性海灣，受陸地影響顯著且鹽度較低，加之其地理位置相對偏北，每年冬季都有不同程度的結冰現象[4]，使膠州灣及其沿岸的各類工程設施、經濟活動以及群眾生活等受到影響，甚至造成災害。因此，海冰災害是膠州灣的主要海洋災害之一[5]。

2 資料來源

本研究所用冰情資料主要來自：① 國家海洋局北海預報中心2005—2014年膠州灣海冰MODIS衛星遙感監測資料；② 國家海洋局北海預報中心2009—2014年膠州灣海冰專項監測資料；③ 國家海洋局北海分局2009/2010年冬季膠州灣海冰航空專項監測資料；④ 中國資源衛星應用中心2009—2014年冬季膠州灣海冰環境衛星遙感資料。

此外，為了更加準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給出的數據。

3 冰情特征分析

3.1 冰日與冰期

冰日是指結冰海區海冰的初冰日、嚴重冰日、融冰日和終冰日。冰期則是指初冰日至終冰日的天數。按照海冰生消變化特征，海冰冰期又分為初冰期、嚴重冰期和終冰期3個階段。根據各種監測資料綜合分析，在常冰年*根據現行冰情等級劃分標準，我國結冰海區的冰情共分5個等級，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，嚴重冰期一般出現在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月上旬即出現初冰，最晚于翌年1月下旬才出現初冰；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)內膠州灣的冰情經常出現時凍時融的情況，甚至一天之中也會出現有時有冰(早晨)、有時無冰(中午)的現象[4]。

3.2 冰型、冰厚及結冰范圍

3.2.1 固定冰

沿著海岸形成并與海岸或海底凍結在一起的冰稱為固定冰。在潮汐的影響下，固定冰有時會產生升降運動，因此，結冰初始階段一般不易形成固定冰。根據監測，膠州灣的固定冰多出現在嚴重冰期內。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、西部沿岸的淺灘區域，其范圍一般在2 m等深線以內[4]。

3.2.2 浮冰

浮在海面上可隨風、浪、流等漂移的冰稱為浮冰(也稱“流冰”，下同)。根據近年的監測數據并綜合各類冰情資料分析，在常冰年，初冰期內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。嚴重冰期內，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，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。

在重冰年的嚴重冰期內，膠州灣浮冰分布范圍可覆蓋整個海域的9成以上海區，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海域。

圖2 2010年1月13日膠州灣海冰衛星遙感影像

3.3 海冰表面特征

海冰表面特征是指海冰在動力或熱力作用下所呈現的外貌特征。根據監測顯示，膠州灣海冰表面特征類型(按每年冬季出現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重。但在重冰年或偏重冰年，膠州灣(尤其是沿岸淺灘區域)的海冰則經常出現堆積現象。堆積高度在1 m左右，個別區域的堆積高度可達2～3 m。

3.5 浮冰流向和流速

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

4 海冰防災減災形勢分析

海冰可以破壞海洋工程建筑和各種海上設施，擠壓損壞艦船，封鎖港口和航道，破壞海水養殖設施和場地等[7]，從而形成災害。在常冰年，由于結冰時間短、范圍小，膠州灣的海冰對各類海上設施及生產活動影響不大。但在重冰年或偏重冰年，膠州灣的海冰則會對海上交通運輸、漁業捕撈、海水養殖、鹽業和旅游等造成影響甚至形成災害。歷史上也曾發生過多次嚴重或比較嚴重的海冰災害，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濟損失。其中，1957年1-2月間，小港冰厚在15～20 cm，最厚達30 cm[8]；中港完全被冰封，船只無法進出；大港入口處被冰堵塞，1-6號碼頭全部冰封[6]，交通運輸中斷[8]。大港航道上的5-11號、14號浮標或被海冰割斷飄走，或被海冰挾持移位、擱淺[4]。原臺西漁業社16 hm2海帶因海冰破壞，造成10余萬元的經濟損失[2]。實際上，根據記載，即便在常冰年膠州灣局部海區因海冰造成的災害幾乎每年都有發生。

據統計，我國嚴重和比較嚴重的海冰災害大致5～6 a發生一次[9]；而在膠州灣，偏重冰年和重冰年平均4 a多出現一次[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偏輕的趨勢。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，出現嚴重或比較嚴重冰情的概率依然較大[10]。

海冰是一種自然現象，海冰災害則是海冰作用于人類海上活動所產生的危害[11]。隨著山東半島藍色經濟區建設國家戰略的實施和青島西海岸新區獲批為國家級新區，依托海洋資源并以海洋產業為支撐的復合性地域經濟發展速度必將進一步加快。這使得膠州灣的功能必將更加增強，各類海上經濟活動也必將更加頻繁，一旦出現嚴重冰情，其災害損失程度無疑將大幅提高。因此，海冰防災減災依然是今后進一步開發利用膠州灣所面臨的重大課題之一。

5 防御對策

海冰災害與其他自然災害一樣，其成因具有自然屬性和社會屬性兩個方面。因此，制定海冰防災減災對策，應當在尊重自然變異規律的前提下，采取科學、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策。

5.1 充分認識海冰防災減災工作的重要性

各級政府應充分認識膠州灣海冰防災減災工作的重要性。沿岸各地均應編制本地區包括海冰災害在內的海洋防災減災規劃并將其納入國民經濟和社會發展規劃中。建立膠州灣海冰防災減災長效機制，有計劃、有步驟、有針對性地開展海冰防災減災工作[12]。

5.2 建立行政領導負責制度

應當建立行之有效的行政領導負責制，提高膠州灣沿岸各級政府對海冰災害應急處置工作的指揮和協調能力；同時應當建立各級政府的分級負責、條塊結合、屬地為主的海冰災害應急管理體制。

5.3 加強海冰防災減災工作的法制建設

各級政府要結合實際制定或修訂包括海冰在內的海洋防災減災工作地方性法規和政府規章，逐步建立以國家專業法為主，地方性法規規章為補充防災減災法規體系，為膠州灣的海冰防災減災工作提供法律保障。

5.4 建立海冰災害應急體系

按照國家防災減災工作的總體要求，建立健全包括膠州灣在內的海冰災害應急組織指揮體系，并且按規定制訂或修訂、完善海冰災害應急預案。

建立適應海冰防災減災工作需要的專業人才隊伍，并在充分發揮解放軍、武警、公安消防、民兵預備役等在海冰防災減災中的骨干作用的同時，積極培育和發展社會公益組織和志愿者團體參與海冰防災減災工作。

5.5 加強海冰監測、預報和海冰災害預警工作

實踐證明，海冰監測、預報和海冰災害預警等工作是海冰防災減災的重要技術支撐。海冰監測不僅可以為海冰預報、海冰災害預警提供準確可靠的冰情數據，同時還可以為進一步開展膠州灣海冰研究等提供基礎資料。而海冰預報和海冰災害預警，則可以使各級政府、企(事)業單位以及社會公眾及時了解和掌握冰情變化信息，并為各級政府提供決策依據。因此，必須切實加強膠州灣的海冰監測、預報及海冰災害預警工作。

5.6 開展海冰災害風險評估和區劃工作

海冰災害風險評估和區劃是海冰災害風險管理的基礎。通過海冰災害風險評估和區劃，可以使膠州灣沿岸各級政府科學安排經濟社會發展布局，有效規避海冰災害影響；其區劃結果不僅可以為膠州灣沿岸地區發展規劃、防災減災、工程設計及選址等提供科學依據，還可以對各級政府的海洋災害應急預案制(修)訂及實施等提供理論指導，并對災害應急期間的政府決策提供技術支撐。

5.7 提高抗冰標準

要結合海冰監測數據和歷史冰情資料以及使用要求，合理選擇各類海上結構物的海冰設計參數，提高各類結構物的抗冰標準。

5.8 嚴格落實各類抗冰措施

海洋工程設施在施工之前首先要充分考慮海上結構物的抗冰能力。對于無抗冰能力的各類海上工程設施，需要在冰期到來之前，撤離結冰海區；而確實需要在冰期施工的各類工程設施，則應嚴格按照國家有關標準和規范控制其設計載荷。

對于在冰期承擔海上運輸及施工的船舶，在建造時應考慮具有一定的破冰能力。船舶在冰區航行時，可根據冰情分布狀況，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，不要隨意進入冰區航行。

應切實加強各類海水養殖、漁船、漁港(碼頭)等的海冰防災減災工作，如在冰期到來之前及時搶收養植物、漁船歸港等。同時要積極開展相應的海冰防災減災的技術服務保障工作，使海冰防災減災達到最佳成效。

5.9 配備相應的破冰船只

為應對膠州灣突發性海冰災害事件，建議有關部門在膠州灣內配備1～2艘專業破冰船。這類船只可以設計為雙重用途，即在冰期內待命執行航道疏通，冰區搶險、港口運營和海冰專項監測等任務；而在冰期外可以根據破冰船的最初設計，執行其他海上任務。

5.10 加強宣傳教育工作

要加強海冰防災減災的宣傳教育工作，充分利用以新聞媒體為主的各種途徑，開展海冰防災減災知識宣傳，使社會公眾廣泛認識到防御海冰災害的必要性和重要性，提高社會大眾的海冰防災減災意識和基本技能。

6 結論與討論

利用近年來的最新衛星遙感、航空以及專項監測等所獲取的冰情數據并結合歷史資料，對膠州灣的冰情特征、海冰防災減災形勢及防御對策等進行了綜合分析與研究，最終得出如下結論。

(1)膠州灣每年冬季都有不同程度的結冰現象。常冰年，冰期均比較短，結冰范圍有限；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，海冰通常對各類海上經濟活動以及沿岸群眾生活等影響不大。但在重冰年或偏重冰年，海冰會帶來嚴重危害甚至造成災害。

(3)膠州灣具有發生嚴重或比較嚴重冰情的客觀規律。因此，海冰防災減災是今后進一步開發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] 國家海洋局第一海洋研究所港灣室《膠州灣自然環境》編寫組.膠州灣自然環境[M].北京：海洋出版社，1984.

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

[3] 膠州灣及鄰近海岸帶功能區劃聯席會議.膠州灣及鄰近海岸帶功能區劃[M].北京：海洋出版社，1996.

[4] 張方儉.膠州灣的海冰與區域開發[J].海岸工程，1986(4).

[5] 青島市海洋與漁業局，國家海洋局北海預報中心.青島市海洋防災減災專項規劃[R].青島：青島市人民政府，2009.

[6] 丁本忠.膠州灣近七十年的海水結冰分析[J].海岸工程，1983，2(1)：39-45.

[7] 季順迎，岳前進.工程海冰數值模型及應用[M].北京：科學出版社，2011.

[8] 楊淑珍.漫話膠州灣海冰[J].海洋世界，1994(11)：9.

[9] 王相玉，袁本坤，商杰，等.渤黃海海冰災害與防御對策[J].海岸工程，2011，30(4)：45-55.

[10] 國家海洋局北海分局.2010年北海區海洋災害損失統計資料匯編[R].青島：國家海洋局北海分局，2010.

[11] 丁德文.工程海冰學概論[M].北京：海洋出版社，1999.

[12] 袁本坤，曹叢華，江崇波，等.青島市海洋災害及其防御對策研究[J].海洋開發與管理，2012，29(11)：56-61.

海洋公益性行業科研專項經費項目(201105016).

P731.15

A

1005-9857(2015)08-0035-04