顧洋 李萍 劉杰 劉焱光 馮秀麗

摘要：跨北極海纜以其鋪設(shè)成本低、海纜傳輸距離短、信息傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)成為多個國家優(yōu)先選擇的海纜線路。文章簡要介紹了環(huán)北極國家和我國的北極海纜建設(shè)現(xiàn)狀。

探討了海冰對工程地質(zhì)勘察區(qū)域的限制、海冰對工程地質(zhì)調(diào)查取樣的影響、海霧對工程地質(zhì)勘察進(jìn)度的影響和北極地緣政治對工程地質(zhì)勘察的制約。

提出增強(qiáng)調(diào)查船舶破冰性能、加速勘察技術(shù)革新、提升海冰氣象預(yù)報能力和深化國際合作等建議，以提升我國北極區(qū)域海上綜合勘察能力。

關(guān)鍵詞：北極;海纜路由;工程地質(zhì)勘察;地緣政治;極地調(diào)查船

中圖分類號：P7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-9857（2020）01-0010-05

Abstract：The trans-Arctic submarine cable had become the preferred submarine cable line in many countries due to its low laying cost，short submarine cable transmission distance， and high information transmission rate.The paper summarized the progress of Arctic submarine cable construction in Arctic countries and China.The effects of sea ice，sea fog and geopolitics on the engineering geological survey area，survey sampling and survey progress of Arctic submarine cable routing were discussed.Suggestions were put forward to enhance the ice-breaking performance of survey vessels，accelerate the innovation of survey technology，enhance the ability of sea ice weather forecast and deepen international cooperation，so as to enhance the comprehensive marine survey capability of the Arctic region in China.

Key word：Arctic，Submarine cable routing，Engineering geological survey，Geopolitics，Polar expedition ship

0 引言

目前，全球互聯(lián)網(wǎng)的主要框架是由連接美國與歐亞的海纜構(gòu)成，它們遍布在大西洋和太平洋中[1]。在過去的數(shù)十年中，受全球氣候變暖的影響，北極冰蓋和海冰逐漸消融，加之海纜設(shè)計與鋪設(shè)技術(shù)的快速發(fā)展，使得鋪設(shè)北極海纜成為世界關(guān)注的熱點(diǎn)。作為“近北極國家”和“北極利益攸關(guān)方”，我國制訂了北極長期計劃，將建設(shè)北極海纜作為實(shí)現(xiàn) “規(guī)劃建設(shè)洲際海底光纜項目”“促進(jìn)聯(lián)合規(guī)劃建設(shè)海底光纜項目，提高國際通信互聯(lián)互通水平”“推動共建經(jīng)北冰洋連接歐亞大陸的藍(lán)色經(jīng)濟(jì)通道”等目標(biāo)的具體行動[2-3]。建設(shè)北極海纜已成為我國北極發(fā)展戰(zhàn)略的重中之重。

由于北極地理位置特殊，在北極海域開展科學(xué)考察，面臨諸多自然環(huán)境和地緣政治的限制，開展海纜路由工程地質(zhì)勘察也不例外。本研究通過分析北極對海纜路由工程地質(zhì)勘察的影響，針對具體的影響因素提出建設(shè)性意見，對降低我國北極海纜路由工程地質(zhì)勘察中遇到問題的可能性，提升我國的海上綜合勘察能力具有重要意義。

1 北極海纜建設(shè)進(jìn)展

1.1 環(huán)北極國家海纜計劃與實(shí)施

目前連接歐亞大陸的海纜通信系統(tǒng)集中在通過蘇伊士運(yùn)河、馬六甲海峽等南方路線以及通過太平洋、美國和大西洋路線，不僅傳輸距離遠(yuǎn)、海纜鋪設(shè)維護(hù)成本高，還易受政治不穩(wěn)定的中東地區(qū)影響?？绫睒O海纜以其鋪設(shè)成本低、連接歐亞大陸的海纜傳輸距離短（縮短約40%）、信息傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)成為多個國家優(yōu)先選擇的海纜線路。2010年以來，以美國、俄羅斯、芬蘭、加拿大等為主的環(huán)北極國家先后計劃在北極地區(qū)建設(shè)海底光纜，由于受資金、技術(shù)以及地緣政治等多方面因素限制，大部分計劃被擱置，只有阿拉斯加地區(qū)的海底光纜計劃順利實(shí)施并開始運(yùn)作[4-5]。

迄今為止，在北極鋪設(shè)海底光纜主要有兩條線路：一條是從俄羅斯北冰洋沿岸城市摩爾曼斯克出發(fā)，向西連接倫敦，向東沿東北航道以及北冰洋大陸架，穿過白令海峽連接中國和東京的 “俄羅斯北極海底光纜系統(tǒng)”（ROTACS）。ROTACS是第一個計劃沿北極圈鋪設(shè)的海纜通信系統(tǒng)，也是連接歐亞大陸距離最短的海纜信息通道。該項目于2011年10月獲得俄羅斯政府信息和通信技術(shù)委員會的批準(zhǔn)，并在2013年1月獲得了電信部的財政支持，但最終由于技術(shù)和資金的限制被迫停滯。另外一條是加拿大多倫多北極光纖電信公司計劃開發(fā)的“北極光纜計劃”（Arctic Fibre）。Arctic Fibre通過西北航道連接?xùn)|京、美國和歐洲，并兼顧連接加拿大和美國的北極區(qū)域。該計劃在2016年被總部位于阿拉斯加的Quintillion公司收購，于2017年年底完成了第一階段從阿拉斯加的諾姆市到普拉德霍灣海纜的鋪設(shè)，并開始為阿拉斯加州提供帶寬互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。目前，Quintillion公司正致力于第二和第三階段的路由勘查與海纜鋪設(shè)工作。

1.2 我國參與北極海纜建設(shè)現(xiàn)狀

自2017年年初以來，我國與俄羅斯、丹麥、芬蘭、美國、挪威和加拿大就國際重大問題以及雙邊關(guān)系展開討論，北極的發(fā)展合作也是其重要組成部分。中國和芬蘭聯(lián)合發(fā)布的《中華人民共和國和芬蘭共和國關(guān)于建立和推進(jìn)面向未來的新型合作伙伴關(guān)系的聯(lián)合聲明》為之后共同開展北極海纜計劃奠定堅實(shí)的合作基礎(chǔ)。2017年6月，中國將北極納入“一帶一路”貿(mào)易和基礎(chǔ)設(shè)施倡議中，并為北極開發(fā)與管理制訂廣泛的計劃，加速了與北極國家達(dá)成共建通信基礎(chǔ)設(shè)施藍(lán)色通道的共識。2017年7月，梅德韋杰夫總理表示愿意在北極航道上開展中俄合作。同年12月，俄羅斯總統(tǒng)普京在年度新聞發(fā)布會上正式邀請中國參加建設(shè)北極交通走廊，打造“冰上絲綢之路”[6]。至此，中俄為全面開展包括通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在內(nèi)的北極開發(fā)合作達(dá)成了深刻戰(zhàn)略共識、奠定了堅實(shí)的合作基礎(chǔ)。

目前，在俄羅斯的積極支持下，中國和芬蘭正開展合作，計劃建設(shè)一條北極圈海底光纜系統(tǒng)（Arctic Connect）。該項目由中國工信部、中國電信集團(tuán)以及芬蘭方面主導(dǎo)，日本、挪威也將參與合作。Arctic Connect全長約1.8萬km，途徑北極東北航道，在芬蘭、挪威、俄羅斯和日本均有登陸。這一項目本質(zhì)上是陷入停滯的俄羅斯北極海底光纜系統(tǒng)（ROTACS）項目的重啟，中國的“一帶一路”倡議和中俄共同打造“冰上絲綢之路”的戰(zhàn)略共識推動了該項目的復(fù)興。一旦完成鋪設(shè)并投入使用，將打造成連接歐洲和亞洲的最快速、最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)歐洲和亞洲信息交流與發(fā)展的“雙贏”。

2 北極海纜路由工程地質(zhì)勘察的問題研究

2.1 海冰對工程地質(zhì)勘察區(qū)域的限制

北冰洋多數(shù)海域全年被海冰覆蓋是與其他大洋相比最突出的特征之一。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在第四次評估報告指出，近百年來北極地區(qū)平均地面溫度上升幅度是全球平均溫度上升幅度的兩倍[7]，實(shí)際觀測數(shù)據(jù)[8-9]也表明北極地區(qū)在進(jìn)入21世紀(jì)后快速升溫，夏季海冰覆蓋面積逐年縮小，無冰區(qū)海域范圍不斷擴(kuò)大。但在北極海域進(jìn)行海纜路由工程地質(zhì)勘察時，海冰對勘察區(qū)域依然會有很大限制。主要包括兩個方面：一是北冰洋各海域在全年不同時段被禁止航行。雖然東北航道和西北航道在每年的7-9月有部分航道允許通行，但受氣候、海冰等因素影響，與其他大洋航道相比每年允許通行時間和航道使用率都存在較大差距;二是在北冰洋海域進(jìn)行海洋調(diào)查活動時，較厚的海冰會壓縮可調(diào)查的區(qū)域。即便是夏季，受洋流、氣壓和海風(fēng)的共同影響，浮冰和冰山的漂流也會對海上作業(yè)造成嚴(yán)重阻礙。

2.2 海冰對工程地質(zhì)調(diào)查取樣的影響

在冰區(qū)開展定點(diǎn)調(diào)查取樣作業(yè)時，由于調(diào)查船和海冰的漂流速度不同步，易出現(xiàn)絞車鋼纜鉤掛海冰并隨之漂移的現(xiàn)象，俗稱“掛冰”。掛冰后難以掙脫，當(dāng)鋼纜與A架定滑輪形成過大夾角時，極易導(dǎo)致鋼纜從滑輪脫槽，甚至絞車鋼纜和水下設(shè)備丟失。目前的通用做法是在冰區(qū)作業(yè)時，開辟足夠大的作業(yè)水域，保持在迎風(fēng)面作業(yè)，并將絞車鋼纜盡量靠近船舷，同時加強(qiáng)艉部甲板冰情瞭望，注意觀察浮冰分布和運(yùn)移狀態(tài)，盡量避免絞車鋼纜和設(shè)備拖纜掛碰浮冰。在實(shí)際操作中，受風(fēng)速、海霧、海流等因素影響，該方法依舊無法避免 “掛冰”現(xiàn)象的發(fā)生。并且，在浮冰區(qū)進(jìn)行如淺地層剖面、地震勘探等拖曳式調(diào)查時，設(shè)備遇到浮冰會出現(xiàn)拉拽、彈跳、甚至斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致測量結(jié)果無法使用，在全覆蓋的冰區(qū)更是不能利用常規(guī)方法進(jìn)行拖曳式的調(diào)查和取樣工作。

2.3 海霧對工程地質(zhì)勘察進(jìn)度的影響

北冰洋的海霧是海冰-大氣-海洋三者相互作用產(chǎn)生的天氣現(xiàn)象[10]。與其他大洋相比，北冰洋的海霧主要發(fā)生在夏季，并以平流霧、輻射霧和蒸汽霧為主。根據(jù)我國第三次和第四次北極考察記錄顯示，在海霧環(huán)境下開展科學(xué)考察的概率均超過50%[11]。特別是在夏季的7—8月，東西伯利亞海和楚科奇海的月平均霧日在15～20 d;白令?？蛇_(dá)60%～70%，且海霧的生消與日變化關(guān)系不顯著;俄羅斯北部海岸的年平均霧日可達(dá)80 d以上，北極群島附近可達(dá)158 d[12]。與其他大洋相比，北冰洋海霧具有季節(jié)集中、種類突出、影響范圍大、持續(xù)時間長等特點(diǎn)，加之北極海域洋流和航道的復(fù)雜性，對北極航行和勘察進(jìn)度造成了巨大的挑戰(zhàn)，往往導(dǎo)致任務(wù)延期完成，增加勘察成本和時間。特別是在搭建冰上作業(yè)平臺時，需要時刻觀察周圍是否有北極熊活動，海霧將嚴(yán)重影響觀察員的可視范圍，造成安全隱患。同時，在下放和回收海洋設(shè)備時，海霧也會影響工程地質(zhì)勘察進(jìn)度，降低工作效率。

2.4 北極地緣政治對工程地質(zhì)勘察的制約

北極地區(qū)的陸地、島嶼及近岸海域隸屬于加拿大、美國、俄羅斯、瑞典、丹麥、挪威、冰島和芬蘭等8個環(huán)北極的國家[13]。豐富的自然資源、日益提高的戰(zhàn)略地位以及諸多利益的驅(qū)動，使得北極地區(qū)的地緣政治環(huán)境更加復(fù)雜，利益博弈更加激烈。首先，國際多種政治體爭相參與北極事務(wù)，參與北極事務(wù)的國家由環(huán)北極國家向整個北半球國家擴(kuò)散，北極地緣政治的發(fā)展趨于全球化。其次，無論是環(huán)北極國家還是北極理事會觀察國又或是其他組織機(jī)構(gòu)，紛紛制訂多層次、多領(lǐng)域的北極計劃，以獲得國際社會的合作和北極利益。

由于北極事務(wù)涉及多個國家的共同利益，并且目前還沒有針對各國在北極行為具有強(qiáng)制約束力的國際條約，因此在北極事務(wù)的諸多方面矛盾依然突出。根據(jù)《聯(lián)合國海洋法公約》，在他國海洋專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)有鋪設(shè)海底光纜和管道的自由。但在環(huán)北冰洋國家領(lǐng)海和專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)進(jìn)行海纜路由工程地質(zhì)勘察時，必須事先申請，在取得相關(guān)國家的許可后才能實(shí)施?；诤Ｑ蠊こ炭辈斓奶攸c(diǎn)、國際海底光纜的多國俱樂部合作形勢，以及美國并沒有加入公約等要素，為應(yīng)對北極復(fù)雜的地緣政治條件，在北極國家專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)進(jìn)行北極海底光纜的路由勘察和鋪設(shè)應(yīng)以雙邊或多邊合作的形式開展。

3 我國開展北極海纜路由工程地質(zhì)勘察的建議

3.1 增強(qiáng)調(diào)查船舶破冰性能，提高自動化管理水平

國內(nèi)外破冰船主要采用兩種破冰方式：一種是配備大馬力裝置推進(jìn)船頭切割冰層;一種是利用船頭船尾壓水艙的注水排水，船頭沖上冰面再憑借自身重量壓碎冰層。這兩種傳統(tǒng)的破冰方式受破冰船尺寸的限制，開辟的航道寬度較小，且難以應(yīng)對北極多年厚冰層和巨大冰山。我國最新自主建造的雪龍2號極地考察船搭載了雙向破冰技術(shù)，在一定程度上增強(qiáng)了科考船的極地破冰性能，但仍需進(jìn)一步推進(jìn)船型設(shè)計、破冰方法、勘察設(shè)備以及動力系統(tǒng)等方面的技術(shù)升級。近幾年，其他國家的實(shí)踐也為我國開發(fā)新的破冰技術(shù)提供了思路和經(jīng)驗，如芬蘭阿克北極技術(shù)公司開發(fā)的“側(cè)向”破冰技術(shù)，俄羅斯開發(fā)的激光破冰技術(shù)[14]等。此外，北極地區(qū)不受《南極條約》的約束，允許核動力船舶在北極或者北極周邊海域活動，可以建造核動力破冰船，保障北極科考任務(wù)的圓滿完成，并為我國在今后的北極開發(fā)合作中贏得更多主動權(quán)。另外，為應(yīng)對北極復(fù)雜的自然條件及諸多不確定因素，實(shí)現(xiàn)高度的自動化管理有助于提高海上作業(yè)的可靠性和操控性，顯著降低特殊海況和極端天氣對人為操作的影響，同時促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的設(shè)備升級和技術(shù)進(jìn)步。

3.2 加速勘察技術(shù)革新，提高勘察作業(yè)效率

為應(yīng)對浮冰對科考作業(yè)過程的影響，新修造的雪龍2號極地考察船已經(jīng)為定點(diǎn)作業(yè)的水文調(diào)查專門設(shè)立了月池，來防止海冰對水文調(diào)查的影響，但對拖曳式的調(diào)查取樣、艉甲板的地質(zhì)定點(diǎn)調(diào)查取樣來說，仍沒有好的辦法可以避免海冰對取樣過程的影響。因此，在進(jìn)行北極海纜路由工程地質(zhì)勘察時，特別是非開敞水域的冰區(qū)，亟須開發(fā)相關(guān)技術(shù)方法，減輕海冰對路由勘察作業(yè)的影響，降低勘察設(shè)備丟失、損壞風(fēng)險，提高在極端環(huán)境下的勘察作業(yè)效率。此外，加強(qiáng)對北極海纜路由工程地質(zhì)勘察影響因素的研究，分析超低氣溫、破冰產(chǎn)生的噪聲等因素對勘察的影響，通過優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)應(yīng)用新技術(shù)等方式，實(shí)現(xiàn)勘察技術(shù)體系全面升級，保證勘察結(jié)果的可靠性。

3.3 加強(qiáng)水文氣象觀測，提升海冰氣象預(yù)報能力

提高海冰和氣象信息的觀測預(yù)報能力，為我國的北極海域科考和航運(yùn)活動提供了強(qiáng)有力的保障，也顯著減少海冰快速變化給現(xiàn)場作業(yè)造成的危害。目前，環(huán)北極國家憑借地理優(yōu)勢具有豐富的觀測手段、龐大的觀測數(shù)據(jù)和較完善的觀測預(yù)報產(chǎn)品，在北極的海冰和氣象觀測預(yù)報方面確立了全球領(lǐng)先的地位。且北極8國之間合作眾多，觀測數(shù)據(jù)和產(chǎn)品絕大多數(shù)僅實(shí)現(xiàn)合作國之間共享，因此計劃外的國家和機(jī)構(gòu)都難以獲取和使用[15]。我國通過與環(huán)北極國家合作共建海冰氣象觀測站、組織多國極地聯(lián)合考察、成立北極海冰氣象觀測預(yù)報辦公室等形式，可直接或間接地獲取共享北極海冰氣象的觀測數(shù)據(jù)、歷史分析資料和預(yù)報產(chǎn)品等，以達(dá)到完善我國的北極海冰氣象觀測數(shù)據(jù)庫，為海冰氣象精準(zhǔn)預(yù)報提供豐富的觀測資料的目標(biāo)。目前國際上海冰預(yù)報時效一般在24～144 h，預(yù)報的準(zhǔn)確度取決于海冰監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)量和氣象預(yù)報的質(zhì)量[16]。我國還要加強(qiáng)極地氣象精準(zhǔn)預(yù)報研究，利用不斷豐富的海冰氣象觀測資料，通過細(xì)化影響海冰氣象變化趨勢的敏感度因素，改進(jìn)現(xiàn)有的演算變化趨勢的數(shù)值模型等，在實(shí)現(xiàn)海冰氣象變化信息精準(zhǔn)預(yù)報的前提下，進(jìn)一步延長精準(zhǔn)預(yù)報的時效，保障考察船的航行安全和考察進(jìn)度。

3.4 深化國際合作，提高我國海纜路由勘察實(shí)力

與8個環(huán)北極國家相比，我國的地理位置決定了在開展北極海纜路由工程地質(zhì)勘察過程中，會受到諸多條件的制約。加之北極地緣政治愈發(fā)復(fù)雜，使北極利益的攸關(guān)方之間處在矛盾與共識突出、合作與競爭并存的態(tài)勢中。為實(shí)現(xiàn)北極海纜建設(shè)、打造歐亞藍(lán)色經(jīng)濟(jì)通道，我國需要深化與環(huán)北極國家之間的合作，特別是深化與俄羅斯之間的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，充分利用“一帶一路”倡議為深化合作提供有力保障，推動打造“冰上絲綢之路”戰(zhàn)略為北極海纜的路由勘察和鋪設(shè)提供更多服務(wù)和便利。

縱觀我國海纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，由于缺乏大型國際海纜項目經(jīng)驗，海纜項目參與度較低，積累經(jīng)驗慢，難以支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)突破。通過深化合作，組織開展聯(lián)合海纜路由勘察、參與北極海纜建設(shè)與維護(hù)，全面參與北極海纜建設(shè)的方方面面，有利于我國實(shí)現(xiàn)海纜產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，提升我國在國際海纜建設(shè)合作的話語權(quán)。也只有通過深化合作，借鑒國外的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海纜技術(shù)彎道超車，才能在北極復(fù)雜多變的政治環(huán)境中掌握海纜建設(shè)主動權(quán)，保障我國的核心利益。

4 結(jié)語

在全球海洋開發(fā)愈發(fā)聚焦在北極的大背景下，鋪設(shè)連接歐亞大陸的北極海纜憑借傳輸距離短、延遲低、安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)成為多數(shù)環(huán)北極國家的重點(diǎn)計劃。我國國際海纜建設(shè)起步較晚，應(yīng)加速應(yīng)對北極復(fù)雜自然環(huán)境的研究，創(chuàng)新打造具有一流破冰性能、高級自動化管理水平、健全可靠的海冰、氣象觀測預(yù)報體系的海纜路由勘察船;加大影響勘察進(jìn)度及可靠性的因素研究，加強(qiáng)與北極國家的技術(shù)合作，盡快實(shí)現(xiàn)我國勘察技術(shù)升級和體系優(yōu)化;完善勘察規(guī)范，提升海上作業(yè)人員專業(yè)水平，確?？辈旖Y(jié)果的可靠性。多措并舉，推動我國在北極海纜建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，為國際信息數(shù)據(jù)傳輸開辟新的篇章。

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