南极罗斯海可利用岸线资源特征研究

刘建华

（国家海洋局东海海洋环境调查勘察中心，上海 200137）

地球的南北两极，是全球变化的驱动器和全球气候变化的冷源。南极作为地球上至今未被开发和未被污染的洁净大陆，在全球变化特别是全球气候变化研究中，起着不可替代的关键作用。在20世纪，已有40多个国家在南极建立了100多个科学考察站，并陆续取得系列科考成果。

我国的极地研究已开展了近40年，成效显著。通过极地能力建设、内陆科学考察站建设等项目的实施，建成了以雪龙船、极地科考站、国内科研基地为主体的极地科考平台，并建立和逐步完善了围绕环境变化研究的综合监测体系[1-3]，在诸多重大领域取得了具有国际影响的科研成果。

我国自20世纪80年代开始了连续的南极科学考察与研究，通过对南设德兰群岛、拉斯曼、伊丽莎白公主地区域的海岸线附近的地质地貌、环境、生物、冰川和海冰、水文气象等进行全面综合考察，先后建立长城站、中山站、昆仑站、泰山站4个长期观测科考站，并在南极单独或联合设立了3个特别保护区和特别管理区。目前正在罗斯海岸线附近进行第5个科考站的选址及后续勘探工作。本文对其可利用海岸线资源进行评估分析，为罗斯海建站及可利用海岸线资源提供技术支撑。

目前对南极海岸线资源的利用主要为两个方面：港口资源和旅游资源。其中港口资源要求具有船舶航行和停泊的条件，以及具备一定的腹地条件。对海岸线资源的评估，特别是港口资源潜力的研究，对南极科学考察（科考站的建立）、生物矿产资源的开发利用至关重要。

国内有关学者对此作过相关研究，如：对南极大陆冰盖、冰架、海洋、湖泊、沿岸带，以及陆地等不同类型生态环境的结构特征进行比较，并就其脆弱性因子进行分析，提出针对性的环境保护建议和措施，以利南极考察站和辐射环境生态的科学管理[4]；对南极矿产、能源、水、生物等资源及其开发利用前景进行了分析，并探讨南极资源开发利用的可能性，以及我国对南极资源开发利用的基本国策和对策[5]；指出南极生态旅游与南极生态环境保护只有在发展的过程中相互促进、相互协调，才能最终实现动态平衡，南极生态旅游环境管理应通过变换监管主体、划分功能区域与强化环境教育等手段，来实现南极环境保护的目的[6]；对于南极资源的纷争，认为在《南极条约》的宗旨下，在南极开展科学考察活动、和平利用南极丰富的资源造福于全人类与南极环境保护方面，没有根本性的冲突[7]。

1 研究资料

通过欧洲中期天气预报中心（ECMWF）网站下载2005年、2010年、2015年的风速风向、有效波高和海冰厚度的数据，以及南极罗斯海拟建站现场照片。购置1997、1998、2000、2004、2006、2007、2008年南极罗斯海区域海图，使用Arc/GIS10.0软件对海图进行数字化。

根据已有的岸线形态、冰川分布、海岸带地貌、海湾水深、波浪特征等条件，结合资源分布，科考站利用现状等资料，研究可利用海岸线资源的分布特征。

研究区域及其地理位置如图1所示。

图1 研究区域地理位置图Fig.1 The geographical location of the study area

2 研究区概况

2.1 海岸地貌

罗斯海位于维多利亚地阿代尔角（Cape A dare）与爱德华七世半岛的科尔贝克角（Cape Col beck）之间，中心位于175°W、75°S处，面积约9.6×105km2。北界位于大陆架外缘，南界为巨大冰墙构成的罗斯冰架，西侧岸边有罗斯岛、贝奥福特岛、富兰克林岛、科尔曼岛，东侧有罗斯福岛。最南端位于85°S，是全球离南极点最近的海域，探险船队进入南极大陆的传统航路。

罗斯冰架是世界最大的浮动冰原之一。从南极中部的高原一直向外延伸800 km，是太平洋南部深入南极洲的大海湾。水深500~700 m，表面水温-2~0℃，全年覆有冰层。南端有著名的罗斯冰障。

罗斯岛作为罗斯海重要岛屿，是南极洲西南部罗斯海中的火山岛。位于南极洲维多利亚地岸外，罗斯冰架的北缘在77°30′S、168°E之间，隔麦克默多海峡与维多利亚地相望。面积1300 km2，由火山熔岩组成，最高点海拔4023 m。岛上有著名的埃里伯斯活火山（海拔3794 m）和特罗尔山，储量丰富的硫黄矿。麦克默多站是南极科学考察最大的补给站，每年夏天（当年11月至次年3月）都有来自世界各地的科学家乘飞机来这里，将生活必需品带回科考站。

2.2 水文及生态、矿产资源特征

罗斯海在强大的东风漂流影响下，形成大规模的顺时针环流，下层海水上涌，表层海流沿冰架前缘向西流动，然后沿维多利亚地北流，与西风漂流汇合。深度在300 m以内的最低水温为-2.1℃，表层水温平均为-1.8℃。

罗斯海附近岸线存有储量丰富的磷矿、锡矿和石油[5]。而且罗斯海的生态生物资源非常丰富，罗斯海有1000多种无脊椎动物，95种鱼类，10种哺乳动物和6种鸟类。罗斯海的陆架陆坡面积仅占南冰洋的2%，但这里却是世界上38%的阿德利企鹅的栖息地，同时也是世界上30%的南极海燕和大约6%的南极小须鲸的“家园”。2016年10月28日，在罗斯海设立了特殊保护区，禁止捕鱼35年。这也为南极甚至整个海洋生态系统的平衡起到至关重要的作用。罗斯海东岸线已有5个科考站（意大利祖切利站、德国冈瓦纳站、韩国张保皋站、美国麦克默多站、新西兰斯科特站），罗斯海区域已成为科学研究和勘察的热点区域（图2）。

图2 罗斯海附近海岛及科考站分布示意图Fig.2 The distribution of islands and scientific research stations near the Ross Sea

3 南极罗斯海可利用海岸线资源潜力评估

3.1 自然地理条件

（1）水深特征

罗斯海海域水深范围在200~4000 m，罗斯海外水深大于4000 m（图3）。罗斯海岸线附近等深线曲折复杂。西海岸大陆坡范围较小，坡度大，水下地形比较陡峭。2000~3000 m等深线密集，向海基本直接过渡到海底平原。东海岸水深条件变化更加复杂，岸线附近水深主要集中在200 m以浅。向海延伸，水深逐渐由500 m加深到2000 m。但范围比西海岸广阔。总体来说，东、西两岸岸线附近水深条件差别不大，均在200 m等深线以浅范围。

图3 罗斯海附近海域水深变化图Fig.3 The water depth variation near the Ross Sea

（2）风场

在罗斯岛和南极大陆内部，风速常可达55.6 m/s以上，有时甚至达到83.3 m/s。南极风场变化见图4，比较显著的特征即从南极高原吹向南极大陆岸线边缘的下降风。在没有高地阻挡的情形下，风向向四周扩散，大致呈逆时针方向。在罗斯海附近海域，由于受地形因素影响，湾内风集聚，风向发生变化，逆时针转折后，吹向海岸线边缘。而南极周边受西风带的影响，存在一个围绕南极的绕极环流，隔绝了与外界的能量交换。

图4 南极风向变化分布图Fig.4 The distribution of wind direction change in Antarctica

从图5可以看出，南极罗斯海风向特征主要是以离岸风为主。这符合图4的风向变化特征分析。通过对比2005~2015年的风速数据，发现罗斯海海域风速的变化特征比较明显，夏季平均风速约6.4 m/s，冬季平均风速8.0 m/s。在西海岸150°W~165°W、65°S~77°S的范围存在一个顺时针的环流。外围存在西风带环流阻碍使得南极风无法与南太平洋海气进行交换。最大风速的风向基本为SE向，受地形和其他因素的影响极小。夏季最大风速33.9 m/s，冬季最大风速42.3 m/s（表1），不论平均风速还是最大风速，均存在冬季大、夏季小的特征。

表1 罗斯海海域风速Table 1 The statistics of wind speed in Ross Sea area

图5 不同年份风场平均风速季节变化Fig.5 The seasonal variation of average wind speed in different years

（3）有效波高

罗斯海波浪变化的主要驱动力是风，但在一定程度上会受海冰变化的影响。在夏季，2005年1月海冰融化，罗斯海内部存在一个被海冰包围的湖泊，波高在1 m以内，随着海冰融化，至3月份，整个罗斯海波浪波高在4 m以下，而在罗斯海西北部存在一个波浪高值区，最大值可达10 m。2010年和2015年变化特征基本类似，波高最大值比2005年变小，为6.23 m（表2）。

表2 罗斯海海域有效波高Table 2 The effective wave height in Ross Sea

在冬季，罗斯海被海冰覆盖，波浪变化主要在外围海域。2005年有效波高最大值为7.72 m，而2010年和2015年约10.5 m。2010年高值区分布在西北部附近海域，而2015年高值区出现在东北部。大部分海域的波高均在3 m以上，最小值出现的海域面积极小。

（4）海冰

根据以往相关研究，罗斯海的海冰年际变化大，不同年份海冰的外缘线、范围、密集度都有较大差别[8]。根据2012年夏季海冰密集度和气候态海冰密集度数据分析，12月份罗斯冰架前会出现大面积冰间湖，罗斯海海冰密集度减小，中下旬开始出现小于60%的区域，雪龙船可以选择于此时间段进入罗斯海。1月中旬罗斯海出现开阔水道，至2月份罗斯海西侧大部分海域均没有海冰覆盖，利于雪龙船航行和进行大洋科考作业。3月上旬新冰开始大量形成，至下旬整个海域基本为浮冰覆盖，雪龙船应不晚于3月中上旬撤离罗斯海。

与2012对比，2005年、2010年和2015年夏季罗斯海的海冰变化特征与之比较相似（图6），2月份至3月中旬是海冰面积覆盖最小的时间段，便于科考和旅游等活动。而6月至8月的冬季，海冰覆盖最北端可达60°S附近，其中以8月覆盖面积最广。

图6 不同年份夏冬季海冰厚度分布（注：图中彩色为海冰厚度，图柱单位m；白色为冰架和岸线；蓝色为海洋）Fig.6 The distribution of sea ice thickness in summer and winter of different years

罗斯海岸线矿产资源、石油，生物生态资源和旅游资源比较丰富。但由于受到海冰的影响，特别是海湾内部存在罗斯冰架常年覆盖，开发利用潜力和科考受限比较大。可利用时间主要集中于夏季，可利用的岸段主要集中于东海岸。

3.2 海岸带地貌和海岸类型

关于罗斯海的大陆海岸的形成，早期的地理学家认为罗斯海是冰川海渠的扩张，而与威德尔（Weddell）海相连接。由于介于其间的艾尔斯渥兹（Ellsworth）山脉的发现，证明了这个假设的错误。地球物理学对罗斯冰架的研究指出，海底有与地震有关的低速、沉积的厚岩层。因此，港湾的形成可能是大陆岩层向下的断层块，包括比肯层（Beacon Group），也可能是充满沉积岩的拗陷沉积盆地。

罗斯海海域南北长960 km，东西宽800 km。大部海域为永久冰封区，北部有一带浮动区，海底布满各种类型的冰川海相沉积物。冰架以北海底较平坦，南部坡度较大，水深范围500~700 m，最深不超过914 m。西部浅海区水深不及300 m，是南极地区浮冰较少、最容易接近的边缘海之一。

根据我国南极第27次科考对罗斯海预选地址二进行的实地考察与勘探，从现场照片可以看出罗斯海海岸类型主要为基岩海岸和砾石海岸。其中砾石海岸组成成份由大的砾石和冰碛砾石等组成（图7）。

图7 罗斯海海岸地貌Fig.7 The coastal features in the Ross Sea

利用Arc/GIS软件统计可利用岸线长度，西海岸岸线长度约为726 km，东海岸岸线长度约为2664 km，东、西海岸之间冰架边缘线长度为840 km，可利用统计岸线总长度约为4230 km。

3.3 可利用海岸线资源潜力评估

罗斯海岸线矿产资源、石油，生物生态资源和旅游资源比较丰富。但由于受到海冰的影响，特别是海湾内部存在罗斯冰架常年覆盖，开发利用潜力和科考受限比较大。可利用时间主要集中于夏季。可利用的岸段主要集中于东海岸。

罗斯岛作为各国科考站基地之一，是南极科学考察最大的补给站。每年夏天（当年的11月至次年的3月）都有来自世界各地的科学家乘飞机来这里，将生活必需品带回科考站。科考作为该岛的首要属性，其次作为运转枢纽区，存在一定的旅游资源开发潜力。所以该区域可为科考与旅游区，面积约为0.78×104km2。

东北部海岸作为矿产、石油和生物资源储存丰富的区域，特别是难言岛附近，现存3个科考站，我国将在此地新建科考站，该区域的科考工作将在资源勘探有很大的潜力，可作为科考与资源勘探区，面积约为2.4×104km2。

在以上两个分区之间，存在夏季海冰融化时段，可作为临时的船舶停靠基地，或者未来开发利用用途，为季节性可利用区，面积大约为4.3×104km2。

总之，罗斯海可利用海岸线资源主要集中在东海岸。以罗斯岛和难言岛为中心，罗斯岛周边区域可作为科考与旅游区，难言岛附近岸线可作为科考与资源勘探区（图8）。

4 结论

罗斯海作为南极大陆重要科考研究基地，矿产资源和生态生物资源地，对其可利用岸线的资源特征进行研究具有重要意义，为以后的开发利用提供技术支撑。

南极下降风在罗斯海湾内，由于受地形和海冰的影响，存在一个顺时针的旋转流。罗海海湾内波高一般不超过4 m，外缘海最大波高可达10 m。

可利用岸线区域以罗斯岛和难言岛为中心，罗斯岛周边区域为科考与旅游区，面积约为0.78×104km2；难言岛附近岸线为科考与资源勘探区，面积约为2.4×104km2；中间区域为季节性可利用区，面积大约为4.3×104km2。西部岸线未进行划区。罗斯海可利用海岸线资源开发利用的最佳时间空窗期为每年的1月中旬至3月中旬，其余时段均被冰川覆盖，无法利用。