胶州湾海冰及其防御对策研究*

袁本坤，曹丛华，商杰，黎舸，钟山，孙青，焦艳

(1. 山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266061； 2. 国家海洋局北海预报中心 青岛 266061)



胶州湾海冰及其防御对策研究*

袁本坤1，2，曹丛华1，2，商杰1，2，黎舸1，2，钟山1，2，孙青1，2，焦艳1，2

(1. 山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266061； 2. 国家海洋局北海预报中心 青岛 266061)

胶州湾资源丰富，区位条件优越，在经济上、国防上均具有重要战略地位。然而，胶州湾每年冬季都有不同程度的结冰现象，使其开发利用受到影响。文章利用近年来的卫星遥感、航空以及岸基监测所获取的冰情数据并结合历史资料，对胶州湾的海冰进行了综合分析，给出了胶州湾的冰情基本特征；在分析海冰防灾减灾形势的基础上，结合胶州湾海冰防灾减灾实际要求，提出了具体的海冰灾害防御对策。

胶州湾；海冰；冰情特征；海冰灾害；防御对策

1 研究背景

胶州湾位于黄海中部、山东半岛的南岸，是一个伸入内陆的天然海湾[1](图1)。其沿岸自东向西分别与青岛市行政所辖的市南区、市北区、李沧区、城阳区(含高新区)、胶州市和黄岛区(西海岸新区)等区(市)相邻。

图1 胶州湾卫星遥感图像

胶州湾水深域阔，浪小淤轻[2]，资源丰富，地理位置和区位条件十分优越，在经济上、国防上均具有十分重要的战略地位，并对青岛市、山东省乃至全国的经济发展做出了突出贡献[3]。可以说，胶州湾孕育了青岛，是青岛的“母亲湾”。

但是，由于胶州湾是伸入陆地内部的一个半封闭性海湾，受陆地影响显著且盐度较低，加之其地理位置相对偏北，每年冬季都有不同程度的结冰现象[4]，使胶州湾及其沿岸的各类工程设施、经济活动以及群众生活等受到影响，甚至造成灾害。因此，海冰灾害是胶州湾的主要海洋灾害之一[5]。

2 资料来源

本研究所用冰情资料主要来自：① 国家海洋局北海预报中心2005—2014年胶州湾海冰MODIS卫星遥感监测资料；② 国家海洋局北海预报中心2009—2014年胶州湾海冰专项监测资料；③ 国家海洋局北海分局2009/2010年冬季胶州湾海冰航空专项监测资料；④ 中国资源卫星应用中心2009—2014年冬季胶州湾海冰环境卫星遥感资料。

此外，为了更加准确地分析胶州湾海域的冰情特征，本研究还引用或参考了部分已有研究成果或文献给出的数据。

3 冰情特征分析

3.1 冰日与冰期

冰日是指结冰海区海冰的初冰日、严重冰日、融冰日和终冰日。冰期则是指初冰日至终冰日的天数。按照海冰生消变化特征，海冰冰期又分为初冰期、严重冰期和终冰期3个阶段。根据各种监测资料综合分析，在常冰年*根据现行冰情等级划分标准，我国结冰海区的冰情共分5个等级，即轻冰年、偏轻冰年、常冰年、偏重冰年和重冰年。(即一般年份，下同)，胶州湾的初冰日通常出现在每年的12月中旬，终冰日则在翌年的2月中旬，冰期一般为60～80 d。其中，严重冰期一般出现在1月下旬至2月上旬。而在一些异常寒冷或异常偏暖的特殊年份，胶州湾最早于12月上旬即出现初冰，最晚于翌年1月下旬才出现初冰；终冰最早在翌年1月中旬，最晚可到3月上旬。

受天气变化影响，无论是常冰年还是特殊年份，冰期(尤其是初冰期)内胶州湾的冰情经常出现时冻时融的情况，甚至一天之中也会出现有时有冰(早晨)、有时无冰(中午)的现象[4]。

3.2 冰型、冰厚及结冰范围

3.2.1 固定冰

沿着海岸形成并与海岸或海底冻结在一起的冰称为固定冰。在潮汐的影响下，固定冰有时会产生升降运动，因此，结冰初始阶段一般不易形成固定冰。根据监测，胶州湾的固定冰多出现在严重冰期内。在常冰年，胶州湾的固定冰以沿岸冰为主，间有搁浅冰和冰脚，厚度一般在10～25 cm；固定冰主要分布在胶州湾沿岸尤其是北部、西部沿岸的浅滩区域，其范围一般在2 m等深线以内[4]。

3.2.2 浮冰

浮在海面上可随风、浪、流等漂移的冰称为浮冰(也称“流冰”，下同)。根据近年的监测数据并综合各类冰情资料分析，在常冰年，初冰期内胶州湾的浮冰以初生冰和冰皮为主，间有尼罗冰和少量莲叶冰；平整冰厚为2～6 cm，最大为10 cm；浮冰范围(浮冰最大外缘线离岸距离，下同)在1.0～2.0 n mile，最大2.5 n mile。严重冰期内，浮冰以冰皮、尼罗冰和莲叶冰为主，间有灰冰等，平整冰厚为4～8 cm，最大为15 cm；浮冰范围在2.0～3.0 n mile，最大可超过5 n mile。终冰期内，浮冰以冰皮为主，间有莲叶冰和尼罗冰等；平整冰厚为2～4 cm，最大为8 cm；浮冰范围一般在1.5 n mile以内。

在重冰年的严重冰期内，胶州湾浮冰分布范围可覆盖整个海域的9成以上海区，只在湾口附近有很少无冰水域[6]。值得指出的是，因受胶州湾跨海大桥桥墩、桩基等构筑物影响，自从该桥开建以来，胶州湾的浮冰主要分布在大桥以北的海域(图2)。即是在严重冰期，大桥以南海域的浮冰冰量、密集度以及厚度等均明显小于大桥北侧海域。

图2 2010年1月13日胶州湾海冰卫星遥感影像

3.3 海冰表面特征

海冰表面特征是指海冰在动力或热力作用下所呈现的外貌特征。根据监测显示，胶州湾海冰表面特征类型(按每年冬季出现频率和量的多少排序)依次为：平整冰、重叠冰、冰丘以及覆雪冰。

3.4 海冰堆积状况

在常冰年，胶州湾的海冰堆积并不严重。但在重冰年或偏重冰年，胶州湾(尤其是沿岸浅滩区域)的海冰则经常出现堆积现象。堆积高度在1 m左右，个别区域的堆积高度可达2～3 m。

3.5 浮冰流向和流速

海冰在风、浪、流等外力作用下，会发生漂移、流动。胶州湾浮冰的漂流方向主要是取决于风和潮流的共同作用。在风力较小或无风的情况下，胶州湾浮冰漂流方向与潮流运动方向大致相仿。漂流速度一般小于0.5 m/s，最大在0.8 m/s[4]。

4 海冰防灾减灾形势分析

海冰可以破坏海洋工程建筑和各种海上设施，挤压损坏舰船，封锁港口和航道，破坏海水养殖设施和场地等[7]，从而形成灾害。在常冰年，由于结冰时间短、范围小，胶州湾的海冰对各类海上设施及生产活动影响不大。但在重冰年或偏重冰年，胶州湾的海冰则会对海上交通运输、渔业捕捞、海水养殖、盐业和旅游等造成影响甚至形成灾害。历史上也曾发生过多次严重或比较严重的海冰灾害，如1917/1918年、1935/1936年、1956/1957年、1968/1969年、1979/1980年等年份。这些年份的冰情均造成了巨大的经济损失。其中，1957年1-2月间，小港冰厚在15～20 cm，最厚达30 cm[8]；中港完全被冰封，船只无法进出；大港入口处被冰堵塞，1-6号码头全部冰封[6]，交通运输中断[8]。大港航道上的5-11号、14号浮标或被海冰割断飘走，或被海冰挟持移位、搁浅[4]。原台西渔业社16 hm2海带因海冰破坏，造成10余万元的经济损失[2]。实际上，根据记载，即便在常冰年胶州湾局部海区因海冰造成的灾害几乎每年都有发生。

据统计，我国严重和比较严重的海冰灾害大致5～6 a发生一次[9]；而在胶州湾，偏重冰年和重冰年平均4 a多出现一次[2]。近年来，受全球气候变暖等大背景影响，胶州湾冰情总体上呈现偏轻的趋势。但由于影响冰情的气候、天气等因素的变化具有非常大的不确定性，出现严重或比较严重冰情的概率依然较大[10]。

海冰是一种自然现象，海冰灾害则是海冰作用于人类海上活动所产生的危害[11]。随着山东半岛蓝色经济区建设国家战略的实施和青岛西海岸新区获批为国家级新区，依托海洋资源并以海洋产业为支撑的复合性地域经济发展速度必将进一步加快。这使得胶州湾的功能必将更加增强，各类海上经济活动也必将更加频繁，一旦出现严重冰情，其灾害损失程度无疑将大幅提高。因此，海冰防灾减灾依然是今后进一步开发利用胶州湾所面临的重大课题之一。

5 防御对策

海冰灾害与其他自然灾害一样，其成因具有自然属性和社会属性两个方面。因此，制定海冰防灾减灾对策，应当在尊重自然变异规律的前提下，采取科学、有效的综合防御措施，最大限度地减轻海冰造成的损失。鉴于此，笔者提出如下防御对策。

5.1 充分认识海冰防灾减灾工作的重要性

各级政府应充分认识胶州湾海冰防灾减灾工作的重要性。沿岸各地均应编制本地区包括海冰灾害在内的海洋防灾减灾规划并将其纳入国民经济和社会发展规划中。建立胶州湾海冰防灾减灾长效机制，有计划、有步骤、有针对性地开展海冰防灾减灾工作[12]。

5.2 建立行政领导负责制度

应当建立行之有效的行政领导负责制，提高胶州湾沿岸各级政府对海冰灾害应急处置工作的指挥和协调能力；同时应当建立各级政府的分级负责、条块结合、属地为主的海冰灾害应急管理体制。

5.3 加强海冰防灾减灾工作的法制建设

各级政府要结合实际制定或修订包括海冰在内的海洋防灾减灾工作地方性法规和政府规章，逐步建立以国家专业法为主，地方性法规规章为补充防灾减灾法规体系，为胶州湾的海冰防灾减灾工作提供法律保障。

5.4 建立海冰灾害应急体系

按照国家防灾减灾工作的总体要求，建立健全包括胶州湾在内的海冰灾害应急组织指挥体系，并且按规定制订或修订、完善海冰灾害应急预案。

建立适应海冰防灾减灾工作需要的专业人才队伍，并在充分发挥解放军、武警、公安消防、民兵预备役等在海冰防灾减灾中的骨干作用的同时，积极培育和发展社会公益组织和志愿者团体参与海冰防灾减灾工作。

5.5 加强海冰监测、预报和海冰灾害预警工作

实践证明，海冰监测、预报和海冰灾害预警等工作是海冰防灾减灾的重要技术支撑。海冰监测不仅可以为海冰预报、海冰灾害预警提供准确可靠的冰情数据，同时还可以为进一步开展胶州湾海冰研究等提供基础资料。而海冰预报和海冰灾害预警，则可以使各级政府、企(事)业单位以及社会公众及时了解和掌握冰情变化信息，并为各级政府提供决策依据。因此，必须切实加强胶州湾的海冰监测、预报及海冰灾害预警工作。

5.6 开展海冰灾害风险评估和区划工作

海冰灾害风险评估和区划是海冰灾害风险管理的基础。通过海冰灾害风险评估和区划，可以使胶州湾沿岸各级政府科学安排经济社会发展布局，有效规避海冰灾害影响；其区划结果不仅可以为胶州湾沿岸地区发展规划、防灾减灾、工程设计及选址等提供科学依据，还可以对各级政府的海洋灾害应急预案制(修)订及实施等提供理论指导，并对灾害应急期间的政府决策提供技术支撑。

5.7 提高抗冰标准

要结合海冰监测数据和历史冰情资料以及使用要求，合理选择各类海上结构物的海冰设计参数，提高各类结构物的抗冰标准。

5.8 严格落实各类抗冰措施

海洋工程设施在施工之前首先要充分考虑海上结构物的抗冰能力。对于无抗冰能力的各类海上工程设施，需要在冰期到来之前，撤离结冰海区；而确实需要在冰期施工的各类工程设施，则应严格按照国家有关标准和规范控制其设计载荷。

对于在冰期承担海上运输及施工的船舶，在建造时应考虑具有一定的破冰能力。船舶在冰区航行时，可根据冰情分布状况，选择海冰厚度薄、密集度小、浮冰漂流方向与船舶航向一致的航线；没有抗冰能力或破冰能力的船只，不要随意进入冰区航行。

应切实加强各类海水养殖、渔船、渔港(码头)等的海冰防灾减灾工作，如在冰期到来之前及时抢收养植物、渔船归港等。同时要积极开展相应的海冰防灾减灾的技术服务保障工作，使海冰防灾减灾达到最佳成效。

5.9 配备相应的破冰船只

为应对胶州湾突发性海冰灾害事件，建议有关部门在胶州湾内配备1～2艘专业破冰船。这类船只可以设计为双重用途，即在冰期内待命执行航道疏通，冰区抢险、港口运营和海冰专项监测等任务；而在冰期外可以根据破冰船的最初设计，执行其他海上任务。

5.10 加强宣传教育工作

要加强海冰防灾减灾的宣传教育工作，充分利用以新闻媒体为主的各种途径，开展海冰防灾减灾知识宣传，使社会公众广泛认识到防御海冰灾害的必要性和重要性，提高社会大众的海冰防灾减灾意识和基本技能。

6 结论与讨论

利用近年来的最新卫星遥感、航空以及专项监测等所获取的冰情数据并结合历史资料，对胶州湾的冰情特征、海冰防灾减灾形势及防御对策等进行了综合分析与研究，最终得出如下结论。

(1)胶州湾每年冬季都有不同程度的结冰现象。常冰年，冰期均比较短，结冰范围有限；但在重冰年，海冰往往可覆盖胶州湾的9成以上的海域。

(2)在常冰年，海冰通常对各类海上经济活动以及沿岸群众生活等影响不大。但在重冰年或偏重冰年，海冰会带来严重危害甚至造成灾害。

(3)胶州湾具有发生严重或比较严重冰情的客观规律。因此，海冰防灾减灾是今后进一步开发利用胶州湾所面临的重大课题之一。

(4)只有在尊重自然变异规律的前提下，采取综合防御措施，才能最大限度地减轻胶州湾海冰造成的损失。

[1] 国家海洋局第一海洋研究所港湾室《胶州湾自然环境》编写组.胶州湾自然环境[M].北京：海洋出版社，1984.

[2] 中国海湾志编纂委员会.中国海湾志：第四分册[M].北京：海洋出版社，1993.

[3] 胶州湾及邻近海岸带功能区划联席会议.胶州湾及邻近海岸带功能区划[M].北京：海洋出版社，1996.

[4] 张方俭.胶州湾的海冰与区域开发[J].海岸工程，1986(4).

[5] 青岛市海洋与渔业局，国家海洋局北海预报中心.青岛市海洋防灾减灾专项规划[R].青岛：青岛市人民政府，2009.

[6] 丁本忠.胶州湾近七十年的海水结冰分析[J].海岸工程，1983，2(1)：39-45.

[7] 季顺迎，岳前进.工程海冰数值模型及应用[M].北京：科学出版社，2011.

[8] 杨淑珍.漫话胶州湾海冰[J].海洋世界，1994(11)：9.

[9] 王相玉，袁本坤，商杰，等.渤黄海海冰灾害与防御对策[J].海岸工程，2011，30(4)：45-55.

[10] 国家海洋局北海分局.2010年北海区海洋灾害损失统计资料汇编[R].青岛：国家海洋局北海分局，2010.

[11] 丁德文.工程海冰学概论[M].北京：海洋出版社，1999.

[12] 袁本坤，曹丛华，江崇波，等.青岛市海洋灾害及其防御对策研究[J].海洋开发与管理，2012，29(11)：56-61.

海洋公益性行业科研专项经费项目(201105016).

P731.15

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1005-9857(2015)08-0035-04