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【关键词】 北极 大陆架划界 《联合国海洋法公约》 北极治理
【作者简介】 章成,武汉大学中国边界与海洋研究院讲师、国家领土与海洋权益协同创新中心研究人员
【中图分类号】 P941.62/D815
【文献标识码】 A
【文章编号】 1006-1568-(2017)03-0116-19
【DOI编号】 10.13851/ki.gjzw.201703007
北极问题在当前形势下具有高度的复杂性,现在的北极可谓区域国际法制建构的“处女地”。在没有像南极一样确立一套专门的法律制度的北极区域,各种不同类型的法律争议并存且互相影响,这进一步加剧了相关国家对这一地区的争夺。 其中,尤以北极海域的大陆架划界问题最为复杂、牵涉国家最多、影响范围最广。这一问题的发展走向,亦与中国的国家利益息息相关。因此,本文旨在研究和分析北极海域大陆架划界问题的来龙去脉及其相关法律争议,并就此问题探讨中国可行的应对方略。
一、北极海域的概念与大陆架划界相关的法律制度
探讨北极海域大陆架划界问题的前提在于界定北极海域的概念和地理范围,从而明晰大陆架法律制度及其划界规则适用于该地区的重要意义。
(一)北极海域的概念及地理范围
北极海域包括北冰洋主w区域及其附属边缘海。海洋是北极地表、地貌的主体形态,北冰洋占北极地区总面积的60%以上,其绝大部分水域都在北极圈以北。 北冰洋(the Arctic Ocean)的面积在四大洋中最小,主体部分仅为1 300多万平方公里,约占全球海洋面积的2.6%;囊括其附属边缘海后,北冰洋的总面积也不足1 500万平方公里,仅为全球海洋面积的4.1%。 由于北冰洋的面积相对于其他三大洋而言很小,因此又有“北极海”一称。北冰洋与其他三大洋最显著的区别是其“白色冰海”的物理外观。这些存在于北冰洋水域的固态和浮动海冰,使北冰洋的海水盐度平均不足34.8‰,只有在北冰洋洋底和南部边缘海域,海水的含盐量才稍高。 根据中国第五次北极海洋科考测得的数据,北冰洋表层水域的水(水深150米以内)为低温、平均盐度低于34‰的极地水(Polar Water),其中最表层水域的海水盐度不足30‰。 而且,在北冰洋边缘的格陵兰岛及其附近的岛屿上,还分布着大量冰川,属于可供人类转化利用的丰富淡水资源。由于北冰洋南部外缘存在大量星罗棋布的岛屿岬角,这些岛群北端构成了北冰洋中心区域与其南部附属子海域的天然分界线,岛群南翼边沿则是北极海域整体与外部太平洋、大西洋海域之间的分界线。对北冰洋来说,狭窄的白令海峡是其与太平洋联通的唯一通道,在北美方向与大西洋之间的联通也需要经过加拿大北极群岛及其与格陵兰岛之间的若干岬角、狭长的海峡、海湾, 有“圣杯”之称的“西北航道”就穿过这里。这些边缘海、海峡和海湾未来将是无冰的北极航运的咽喉要道和通向三大洲的捷径。 只有在欧洲方向,通过格陵兰―扬马延群岛―斯匹茨卑尔根群岛一线相互衔接的巴伦支海―挪威海较为宽阔,北大西洋暖流经此得以进入北极圈以内,进而一直影响到北纬70度的挪威高北地区以及北纬69度且与大西洋距离甚远的俄罗斯摩尔曼斯克一带。和北冰洋水域在其他方位上与其他大洋水域的分界线十分清晰明了不同,这部分海区的北极海域与北大西洋海域之间的界限要模糊得多。
(二)与大陆架划界相关的法律制度
大陆架构造发达、面积广阔是北极海域所共有的且最重要的地质地貌形态特征,以最严格的科学标准来界定,大陆架的区域面积至少占整个北极海域海底地形的1/3,即不少于400万平方公里。因此,北极海域的大陆架划界问题最终将从理论探讨转向具体实践。故有必要对与大陆架划界相关的法律制度作一系统陈述。
第一,国际海洋法中的“大陆架”概念及其历史发展。“大陆架”(Continental Shelf, CS)原本是一个地质地理术语,指从大陆沿岸逐渐地向外自然延伸直到大陆坡度平缓的海底区域。 它通常是指环绕大陆周围、坡度极小的平缓海底和浅海地带,平均坡度一般为0.07度,平均深度为130米左右。 全世界大陆架的总面积为2 710万平方公里,占地球总面积的5.3%。 作为自然形态的大陆架,其延伸的宽度在全球各个海区中的分布可谓参差不齐、差异显著。例如,西伯利亚北冰洋沿岸、白令海、西太平洋地区以及大西洋西部海区的大陆架面积很大,海底地表形态平坦宽阔,一直绵亘数百甚至上千公里。而美洲地区东太平洋一些水域则受制于太平洋板块与美洲板块之间的挤压碰撞,大陆架的地质构造单元在沿海国家的海岸线附近直接消失。例如,靠近秘鲁、智利等国海岸线一侧的海水深度,在近岸处就达到2 000米以上;同样,美国加州海岸线外也只有一段不足100海里的狭窄大陆架。
与地球地貌学意义上的大陆架范畴相比,法律上的大陆架概念则必须确定一个清晰的外部边界划定标准,从而严格界定法律意义上的大陆架宽度范围,而不必考虑这种界定标准是否会导致大陆架在自然形态和法律属性上的背离。法律上的大陆架概念还必须在一定程度上突破科技手段的限制,因为利用现代技术对大陆外缘的划界依然不够清晰,即使有些大陆边(Continental Margin)可利用现代地球物理学技术准确绘制出陆海边缘,但更多大陆边的陆坡脚极难确定。 这是因为大陆架划界在法律意义上需要具有法律效果的确定性,大陆架的法律制度赋予了沿海国在其大陆架上行使权利的合法性,从而有利于其勘探和开发附着于其大陆架之上的海床和底土自然资源。因此大陆架外部界限的确定具有科学与法律上的双重属性。
对沿海大陆架提出法律权利声索的主张最早可以追溯到1916年。当年已有西班牙和阿根廷的学者粗略提出了与大陆架权利相关的内容,同年,俄国认为西伯利亚以北的一些岛屿属于其大陆的连续,这一主张在1924年为苏联政府所重申。 但在当时,这种与后来大陆架概念很相似的理论和政策主张并未引起普遍关注,直到1945年9月28日,美国的《杜鲁门公告》(Truman Proclamation)成为现代国家海洋边界管辖权扩大的主要标志, 这表明大陆架的法律概念已正式进入国际社会的视野。但是,《杜鲁门公告》并未提出界定美国在大陆架上的法律权利的具体距离标准,也未使用“”(Sovereignty)这一措辞。 《杜鲁门公告》在颁布之初的性质是美国的国内法律文件,并不当然具备约束其他国际成员的国际法效力。但由于《杜鲁门公告》扩大了美国的海洋管辖权,这不可避免地会对其他国家的海洋权利造成连带影响,继而引发各国的海洋实践大调整,从而为一项全新的习惯国际法的形成做好了铺垫。
第二,《联合国海洋法公约》中的大陆架划界规则。在《联合国海洋法公约》(以下简称《公约》)框架下,大陆架的法律制度有了重大发展,从而极大地改变了世界海洋管辖权的版图。在《公约》中,有关大陆架的法律概念基本采纳了地理学上的描述方法和认定标准,但由于法律上的大陆架范围有距离标准的限制,因此《公约》所指的大陆架与科学意义上的大陆架是两个完全不同的概念。《公约》第76条第2款规定“沿海国的大陆架不应扩展到第4至第6款所规定的界限以外”。依此,完全符合大陆架构造自然条件的海床和底土,不一定会被全然确认为一国或若干国家可以享有法律权利的大陆架。但是同样的距离标准也可以使窄大陆架国家从中受益,因为不完全符合一国陆地领土自然延伸条件的海床和底土,也有可能被认定为其上之性权利归该国所有(如果没有妨害其他国家陆地领土自然延伸的话)。该条第1款规定了大陆架在《公约》中的理论宽度至少为200海里。因此从某种意义上讲,《公约》对大陆架概念的界定已然超越了大陆架构造自然条件的应有之义,而是要在宽大陆架国家与窄大陆架国家之间达到一种利益平衡,使后者所享有的大陆架面积不至于与前者相差太大。这也是宽大陆架国家和窄大陆架国家激烈博弈的结果。但毫无疑问,窄大陆架国家一般情况下不可能享有比宽大陆架国家更多的大陆架面积。宽大陆架国家自然地理条件的相对优越性就体现在《公约》在外大陆架界限划定问题上的有关规定。
根据《公约》孟加拉湾谅解备忘录的阐释,大陆架外部界限划定的起始要素是沿海国邻接有非常宽广的浅海地质构造的大陆架海区。相反,如上文提到的秘鲁、智利以及美国加州等国家和地区,它们虽然濒临宽广的太平洋,但因其岸外海底地形没有足够宽阔的大陆架构造单元,故无法直接在其邻接的东太平洋海区申请划定200海里外大陆架,除非有关国家通过利用《公约》所规定的“洋脊规则”来绕开上述地形地质条件的限制,才能实现其大陆架外部界限的扩展。
《公约》第76条第4至6款确立了两项“公式线”(Formula Lines)和两项“限制线”(Constraint Lines),用以作为划定超过200海里的大陆架外部界限的具体划界方法。“公式线”和“限制线”两者结合以确定沿海国延伸大陆架的外部界限。关于“公式线”,《公约》第76条之第4款规定,“定点上沉积岩厚度大于等于至大陆坡脚最短距离的1%”和“定点相距大陆坡脚外小于等于60海里”,这两个规定用于确定200海里外大陆架外缘的公式选择;关于“限制线”,《公约》第76条第7款确立了“小于等于350海里”和“小于等于2 500米等深线之外的100海里”这两项限定性标准,目的是限制“公式线”的无节制适用,从而抑制和修正沿海国过度延伸200海里外大陆架的行为。
虽然“限制线”往往更容易吸引社会公众的注意力,但“公式线”必须先于“限制线”而适用。这种选择性赋予外大陆架划界申请国以极大的自由选择空间,申请国在选择其外大陆架外部界限的主张范围时,既有视实际情况自行决定选用何种“公式线”及“限制线”的自由,亦可视实际情况在决定外大陆架外部界限的主张上是否需在外部界限的不同部分采取不同的“公式线”和“限制线”方法。因此在实践中,各国为了将本国的利益最大化,通常会选择兼用不同的“公式线”和不同的“限制线”。在实际操作中,申请国往往从最大限度利用规则的角度来反向运用外大陆架划界规则,即先“咬定”“限制线”范围,然后再按照“限制线”的范围来设法根据“公式线”寻找相应的地质沉积物证据,并运用后者来修正前者以达到利益最大化的目标。
当上述外大陆架划界方法适用于特定的洋脊海底地理形态时,还需符合《公约》第76条第3款所规定的“洋脊规则”,即在200海里之外的大陆架进行划界时,在深洋洋脊、海底洋脊及海底高地这三种不同的洋脊形态属性情况下,外大陆架外部界限可延伸的最远距离有所不同。深洋洋脊不享有扩展200海里外大陆架的权利,海底洋脊的外大陆架外部界限不得超过350海里,而海底大陆架的形态如被认定为海底高地,则有可能突破“从领海基线量起小于等于350海里”的距离标准限制,按照“小于等于2 500米等深线之外的100海里”的限制标准获得最大份额的200海里外大陆架面积。这里需要说明的是,实际上,上述三种海底构造在其自然形态上都属于同一种地貌,即均是大陆架之上的凸出洋脊,但《公约》也按距离领海基线200海里为标准,对在其之内和之外的大陆架做了不同的制度安排:沿海国在200海里内,对海床和底土所享有的性大陆架权利可以包括深洋底、任何大洋洋脊以及延伸到200海里区域内的洋脊部分。
二、北极海域大陆架划界包含的法律争议问题
由于《联合国海洋法公约》中的大陆架制度设计以及北极区域的法制架构的现状均存在适用上的漏洞,因此客观上为少数北极国家假借《公约》大幅“圈占”北极公地提供了制度上的便利。根据《公约》,200海里以内和200海里以外的大陆架划界问题在《公约》中受不同的法律规则的调整,尽管两者在自然科学属性上并无区别,但超过200海里的北极外大陆架划界争议在法律定性上却与200海里以内的大陆架划界问题处理方式殊异。各国关于前者虽然争议较大,但本质上多属于争端国家之间的事务,预计主要将通过双边划界协定或多边划界协定的形式来进行解决。 换言之,该问题的解Q主要根据《公约》的有关规定和国际司法机构在实践中所确立的划界方法来进行。
(一)200海里内大陆架划界规则及其在北极海域的适用状况
根据《公约》第83条的规定,沿海国之间的200海里以内的大陆架划界争议主要由当事国之间自行协商解决。国际司法机构在其相关判例中确立的200海里以内的大陆架划界规则,在该类型大陆架划界争端的解决过程中占有突出地位。如前文所述,200海里以内的大陆架划界工作主要体现为当事国间缔结双边划界协定。但在实际情形中,两个沿海国之所以需要签署划界协定多数是因双方各自的200海里边界诉求不能同时得到满足。《公约》第15条也明确规定,除历史性所有权等特殊情形外,进行海洋划界的当事国无权将其领海界限延伸至中间线以外。由此可知,划定200海里以内大陆架边界的主要方法是按等距离中间线划界,其直接法律依据来自于《公约》。但在实践中,有关争议海区的划界情况千差万别,争议双方很难达成一致意见,因此国际司法机构的相关判决及其在判例中所确立的划界标准与方法,在200海里以内的大陆架划界实践中具有重要的参照价值。近20年间国际法院实际处理过不少代表性判例,完善了对影响200海里以内大陆架划界的有关因素的分析。
按照最常用的“北极圈线划分法”,在北极圈内拥有领土的国家有8个,分别为丹麦、芬兰、美国、冰岛、加拿大、瑞典、挪威和俄罗斯。因此这8个国家又被称为“北极国家”(Arctic States)或“北极八国”(Arctic Eight, A8)。 其中,美国、俄罗斯、加拿大、丹麦(格陵兰)和挪威拥有直接面向北冰洋主体区域的海岸线,因此这五国又被视为是北极国家群体中的“核心五国”,它们在北极问题特别是北极海域的大陆架划界问题上拥有比其他三国更大的话语优势。当然,作为小岛国的冰岛,其北部虽然也拥有直接濒临北冰洋的海岸线,但由于冰岛在地理位置、国力方面处于弱势,因此它很难对北冰洋主体区域的权属划分造成实质性影响。此外,冰岛属于典型的洋脊之上的国家,而且所处洋脊的属性为只能按350海里标准扩展外大陆架外部界限的海底洋脊。冰岛虽非位于按照《公约》完全不能扩展200海里外大陆架界限的深洋洋脊之上,即便如此,它的地理位置和地质构造属性也会极大地削弱其在北极海区的大陆架划界主张。因此,在本文所关注的北极海域大陆架划界问题上,冰岛以及在北极海域没有海岸线的瑞典、芬兰所能发挥的作用较为有限。
结合北极地区的具体情况可知,目前北极国家之间已在相关海域先后划定了多条200海里以内的海洋边界线,其中绝大部分边界线是以单一划界的方式加以划定的。单一划界是目前通行的一种海洋划界方法,即海洋划界当事国以同一划界方法统一划定彼此之间的专属经济区和大陆架边界,使不同权利属性的当事国海洋管辖区域之间仅存在一条单一的海洋边界。因此,有关国家在北极海域划定的海洋边界既包括了200海里以内的大陆架界限,也确定了相互之间在北极海域的各自专属经济区(通常以“渔区”或“海洋生态保护区”的名义)。除了一些争议因素外,目前仍实质性存在于北极国家之间的200海里以内海洋划界纠纷为数很少,这从北极国家之间相互缔结的海洋划界协定中可以看出来。北极国家之间的200海里以内大陆架划界问题现在大部分已经解决,各国之间大都相互签署了有关的海洋划界协议,1920年签订的《斯瓦尔巴德条约》还对相关区域作出了比较特殊的制度安排。 目前最主要的北极地区200海里以内大陆架划界纠纷是美国和加拿大在波弗特海地区的界限划分争议,这一争议是北极区域目前尚存而且没有达成任何解决意向的双边划界问题。 上文对北极地区200海里以内大陆架划界问题的梳理,有利于更好地理解各国围绕北极所产生的复杂纷争现象背后的本质。
(二)北极海域的200海里外大陆架划界问题及其法律争议
200海里以外的大陆架划界问题则是北极大陆架划界问题中适用规则最复杂、解决最为困难、处理结果外溢效应最大的问题,它是影响北极区域形势的重中之重。从《公约》在对内架和外架的制度内容设置,也可以看出两者之间的显著差异,这也是其与200海里以内的大陆架制度的法理基础的最大不同之处。与此同时,有关国家在北极地区申请外大陆架的尝试也面临着不少法律障碍。
对于《公约》框架下的大陆架划界规则在北极海域的适用问题,还需结合具体海域的不同地理状况来进行具体分析。因为北极海域的不同区域,大陆架地质结构在其不同海底海床地区的发育情况差异较大。在俄罗斯亚洲部分的西伯利亚以北,大陆架的延伸面积极为宽广, 而在北美洲大陆以北,大陆架面积却相对有限,部分地区的大陆架甚至非常狭窄,无法达到《公约》所规定的将大陆架外部界限延伸到200海里之外的前提条件。例如,位于加拿大巴芬岛和丹麦海外自治领格陵兰之间的巴芬湾由于面积关系,不存在超过200海里外大陆架的划界问题。从目前北极海域的具体大陆架划界现状来看,(1)挪威和俄罗斯两国在经过四十余年的漫长谈判后,于2010年签署了关于北极巴伦支海海区的海洋划界条约,实现了双方在该海区的200海里以内的大陆架/专属经济区的单一边界和200海里以外的大陆架相邻边界划界问题的一揽子解决;(2)冰岛和挪威本土、丹麦(格陵兰)与挪威扬马延群岛之间也已完成大陆架边界的划定工作,其中格陵兰岛和扬马延群岛之间的海洋边界是通过1993年国际法院的司法判决途径划定的。但格陵兰岛和挪威斯瓦尔巴德群岛之间尚未进行大陆架划界;(3)美国和俄罗斯之间的北极海域大陆架划界也有双方在1867年和1990年两个既定划界条约的约束,双方在北极楚科奇海的大陆架边界是确定无争议的。虽然俄罗斯对双方在白令海的海洋边界走向存在不满,但白令海通常不被认为是北极海域的组成部分,而且俄罗斯也无反对白令海边界的实质行动;(4)目前北极地区现存的200海里以内大陆架划界纠纷主要是美国和加拿大在波弗特海的划界争议。这一部分的划界纠纷也延伸到了双方在北极波弗特海的200海里以外的大陆架相邻边界。也有观点认为,受制于双方特别是加拿大在波弗特海的海岸线和海底海床地质地理情况,双方尤其是加拿大很难将其大陆架划界诉求延伸到200海里以外;(5)加拿大和丹麦(格陵兰)可以在北极林肯海及其更北的海区进行大陆架乃至200海里外大陆架相邻边界的划定,但在林肯海以南的北极海域,如巴芬湾一带,双方无法进行200海里外的大陆架划界,只能通过1973年和2012年两个海洋划界条约,以单一边界划分双方在200海里以内的海洋边界;(6)大陆架面积宽广的北冰洋中央洋底区域是“北极核心五国”大陆架划界诉求的主要聚焦所在和争夺重点。虽然五国之中的挪威承认其本土的大陆架自然延伸无法到达北极点区域,但由于斯瓦尔巴德群岛尚未进行大陆架划界,因此挪威仍然有机会通过斯瓦尔巴德群岛向北冰洋中央区域扩展其200海里外大陆架主张范围。从各个北极国家向联合国的大陆架界限委员会所提交的外部界限划界申请案的情况来看,已有俄罗斯、挪威和丹麦三个北极国家提交了涉及北极海域的外大陆架划界申请,其中俄罗斯提交了两次,2001年率先向委员会提交,2015年又提交了补正申请版本。如果将申请案所涉及的北极海域范围扩大至北极海域外缘的格陵兰海和拉布拉多海(这两个海区从物候学角度与北极海域自然条件较为接近),则提交涉北极外大陆架划界申请案的国家还包括加拿大(针对拉布拉多海提交申请案)和丹麦(针对格陵兰海提交申请案)。但到目前为止,只有挪威的外大陆架申请案在2009年得到了委员会的审议通过。美国t受制于它的非《联合国海洋法公约》缔约国身份,目前暂时无法向委员会提交外大陆架划界申请。
影响北极国家外大陆架划界申请的主要法律障碍主要有:关于北极地区总体法律地位的持久争议、北极国家间200海里外大陆架相邻部分的划界困局、北冰洋中央区洋底地形属性的认定问题等。北极地区沿海国大陆架边界线的划定,很大程度上取决于以下两大难题的解决:一是相邻国家间大陆架主张重叠和领土争议问题;二是洋脊属性问题。 斯科特・萨科福(Scott J. Shackelford)指出,“现在的北极国家热衷于划设超过200海里的外大陆架边界,扇形线可能是北极国家不愿承认但乐于看到其运用的划界办法” 。洋脊属性则直接关系到大陆架外部界限划定所运用的“限制线”的选择,对大陆架范围有很重要的影响。同时,大陆架外部界限作为国际海底区域的边界,洋脊问题同样决定着国际海底区域的位置和范围大小。如果将罗蒙诺索夫海岭(Lomonosov Ridge)、阿尔法―门捷列夫海岭(Alpha-Mendeleev Ridge)和楚克奇海冠都作为大陆架的自然延伸,国际海底区域将缩小为两块面积极小的区域。
三、大陆架划界法律规则在北极海域的适用前景展望
由于北极地区以海洋为主体,故海洋问题在北极问题中占据极大的比重。而在所有北极问题中,大陆架划界问题无疑是争议最大、最难解决的问题,因为大陆架法律制度的产生和发展,与属于全人类共同继承财产――国际海底区域这一概念的提出及逐步得到认可存在密切关系,并在1982年通过的《联合国海洋法公约》文本中得以规范化和体系化。因此,北极海域的大陆架划界问题所涉及的国际海洋法制度,主要包括《联合国海洋法公约》框架下的大陆架制度以及其中有关200海里外大陆架部分的特殊划界规则,在具体适用上涉及北极海域丰富大陆架资源的勘探开发和利益分享问题。不仅如此,北极海域大陆架划界问题的发展走向还会产生重要影响,即从实质上明确与《公约》大陆架法律制度适用效果截然相反的国际海底区域法律制度在北极海域的具体适用范围。北极海域沿岸国家大陆架主张的扩张及其大陆架外部边界的确定,势将从整体上压缩北极海域国际海底区域的面积,进而从实质上影响北极地区的总体法律地位,这使所有北极问题的国际法研究者思考《公约》所设计的大陆架法律制度在北极地区的适用实效问题,尤其是由此所引发的法律和道义争议。
关于《联合国海洋法公约》体系下的大陆架划界规则在北极海域的适用前景,斯科特・萨科福认为,北极应该与外太空、深海床、南极一道,受国际法特别立法的规制,以将北极的地位上升为“全人类共同财产”。 周边国家不应在北极地区追求大陆架划界,保护北极国家共同利益的最佳办法应是在北极实行类似南极的“非化”。 斯蒂芬妮・霍尔姆斯(Stephanie Holmes)回溯了包括公平原则在内的各类海洋划界方法的产生及适用背景,认为北极冰的迅速融化使北极地区的海洋划界问题变得急迫起来,她相信避免北极问题恶化的最好办法是缔结一项专门规制北极地区的多边国际特别协定,这一点与萨科福一致。但萨科福的目标是通过缔结北极多边国际协定冻结北极国家的相关诉求,而霍尔姆斯则认为尽快在北极地区达成多边一致,所缔结的北极国际协定有助于北极大陆架划界工作的迅速推进,并降低划界的难度。
值得一提的是,在北极地区占据最有利地理条件的俄罗斯,其积累了丰富的北极开发经验,是北极地区行动能力最强的国家。俄罗斯的优势在于,其搜集的有关数据信息在绝大多数情况下是更能精确反映北极地区客观情况的原始材料。然而俄罗斯的历史文化传统及其在国际体系中的独特地位决定了它的北极政策立场与其他西方国家相比有一定的特殊性。俄罗斯国内涉北极事务的相关立法、政策及战略性文件的框架体系完整,规划全面且在不少事项上具有相当的前瞻性。例如,早在2001年俄罗斯就率先提交了涉及120万平方公里北极海区的200海里外大陆架外部界限划界申请案(同时也是联合国大陆架界限委员会自成立以来所受理的第一份外大陆架划界申请案);2008年俄罗斯就颁布《2020年前及更长期的俄罗斯联邦北极地区国家政策基本原则》 。另外,俄罗斯率先组建北极部队以强化其在北极地区的军事优势,同时其国内还存在诸多专门研究北极问题的智库机构,如俄罗斯科学院的海洋研究所、圣彼得堡大学、罗蒙诺索夫北方(北极)联邦大学等,并办有诸如《北极地区的国际关系与地缘政治》(Международные Отношения и Геополитика в Арктике)等专业性学术期刊。
与其他西方国家相比,俄罗斯更强调其国家利益及其在北极地区的特殊地位,严格遵循国际法逻辑的^点较少,总体立场上偏于强硬,这与俄罗斯习惯于在遵循国际法基本原则、规则和寻找一切可能机会扩充领土或利益这两大选项之间,往往优先选择后者的历史传统相关。但是,随着时代的发展,俄罗斯学者的认识也不断完善和多元化,俄罗斯官方对北极的政策也在不断调整和修正。但总的来说,俄罗斯对北极地区的管控朝着更为严密的方向发展。当然,与苏联时期相比,俄罗斯方面目前对北极地区有关法律问题的理解更接近于当代国际法的通行观点,苏联时期的观点更强调其在北极地区的权益具有领土性、性和绝对排他性。 M・克罗索夫(M. Kolossov)等人在其合著的《苏属北极地区的法律地位》一文中分析了俄罗斯在北极地区的基本立场和北极地区的法律地位问题。他认为,在北极单方面主张外大陆架边界最终获得大陆架界限委员会认可的可能性很大。结合北极治理的自愿性质,北极地区的大陆架划界问题并不妨碍北极地区的科研合作与北极理事会工作的开展。
在《联合国海洋法公约》有关大陆架法律制度适用于北极地区面临的困局和有关国家基于国家及地缘战略利益考量的大背景下,相关国家在北极问题上的博弈进一步加剧。2007年8月2日,俄罗斯联邦国家杜马副主席奇林加罗夫率领北极海洋科考团下潜至4 000米深的北冰洋底插上俄罗斯国旗,其目的旨在为俄罗斯针对北极的大陆架划界主张寻找并提供更充实的地质科考依据。自此,相关国家的“北极争夺战”日益升温。而北极地区的法律机制又存在多元化、碎片化、无序化、不系统等特征。到目前为止,1973年的《保护北极熊及其栖息地协定》是北极地区唯一一个可以明确适用于整个北极区域的国际条约。1920年的《斯瓦尔巴德条约》则是目前唯一一个专门规制北极特定地区并有相应机制来保障实效的国际公约,该条约对斯瓦尔巴德群岛区域的归属和群岛区域的缔约国公民自由进入机制都作了非常明确的平衡性安排,堪称北极区域国际合作治理中的制度典范。然而遗憾的是,针对北极地区制度安排的整体区域性国际公约却始终难产。在制度结构层面上,目前北极区域治理更多集中于适用范围与拘束力皆有限的软法,涉及北极地区整体法律秩序的制度安排则极为欠缺,以致该地区区域法制的制度保障功能不足。尽管国际法的碎片化、不系统和非自主性特征体现在国际法的诸多领域,大量国际制度规范和伦理规范自冷战结束以来也随着国际体系的变迁而处于不断重构和演进的状态,但是,北极地区地理空间的封闭性、有限性与北极潜藏资源能源的稀缺性、北极战略价值的重要性之间的反差,无疑放大了法律制度缺位与失序对北极地区的消极影响,从而加剧北极纷争并使其复杂化。巨大的利益诱惑与有效法律机制缺失的双重局面,使北极国家竞相逐鹿北极,围绕北极及北极大陆架划界问题的“寒地热战”也日益升温。
四、中国应对北极大陆架划界问题的对策
综上所述,北极问题的产生与持续发酵凸显了国际公共资源的使用与管理冲突。受技术条件的限制,当前的北极问题以及大陆架法律制度在北极地区面临适用困局,主要反映了国际公共资源的管理冲突。在相对狭小的北极区域,由于这里的主体部分是海洋,所以海洋法处于北极区域国际法律制度的中心地位,但由此也放大了北极问题面临的公地困境。从更深层的理论意义上说,北极地区的大陆架划界问题走向影响着北极治理模式的发展方向,北极问题的走向也将对各国未来的发展以及整体国际格局的演变产生深远影响。因此,北极问题已成为各主要大国关注的焦点问题之一,复杂的利益和战略争夺也为北极地区的国际合作与全球公域资源共享前景蒙上了阴影。
可以预见的是,在现实主义政治生态占据当前国际社会主流的背景下,北极区域大陆架划界问题的最终解决无法一蹴而就,所以仍将在大国角逐的多边制衡状态中经历一个较为漫长的演进过程。当前北极区域法治的发展方向对于北极国家而言总体是有利的,而数量众多的非北极国家将承担北极大陆架划界进展所带来的不利后果。但从更长远的角度来看,北极地区大陆架划界的最终解决出路在于全球各利益主体共同参与的多元化治理,这一结论既符合冷战后全球治理的发展趋向,也有助于国际法在未来北极区域政治法律秩序建构中发挥作用。21世纪世界格局变迁的特点决定了北极地区虽受制于大国博弈的现实角力,但国际法规范功能及全球化时代各方联动特征的强化,决定了“牵一发而动全身”的北极大陆架划界争议不至于为少数北极国家所掌控。
在获得参与北极事务“初步许可证”的有利条件下,中国宜依据国际法理和国际道义的基本原则顺势而为,在北极事务中积极进取,运用自身的影响力引导北极地区大陆架划界问题朝有利于中国、广大非北极国家以及国际社会共同体整体利益的方向发展,这也是时代赋予中国作为维护国际正义的世界大国的责任。尽管中国在北极事务上的机制性参与才刚刚起步,但受到国外学界的高度关注。其中部分学者和观察家从维护自身国家利益的角度出发,对中国的参与则感到担忧、甚或表现出警惕的心态。如加拿大的大卫・赖特(David Wright)等人认为中国进入北极会影响加拿大和其他北极国家以及北极地区原住民的共同利益。 但是北极国家也并非铁板一块,国力较弱的北欧国家希望与中国在有关北极议题上加强合作。例如,芬兰拉普兰大学教授蒂姆・奎沃洛瓦(Timo Koivurova)对中国参与北极事务持积极态度,也对中国参与北极事务提出了有借鉴意义的观点。中国国内的北极问题研究进展仍处于加速追赶阶段。“十二五”期间,国家设立了“南北极环境综合考察与评估”专项基金,并依托中国极地研究中心、国家海洋局海洋战略研究所、中国海洋发展研究中心、上海国际问题研究院、武汉大学、中国海洋大学、上海交通大学等科研机构搭建了若干研究平台,先后发表了一系列研究成果。但是总体而言,国内的北极问题研究尚有待进一步拓展和深化。
在北极海域的大陆架划界问题上,中国可以考虑的应对措施包括以下四个方面。第一,准确定位中国在北极地区的角色,明晰中国在北极地区的主要权益,包括资源能源利益、航道利益、环境安全利益、军事安全利益、科考研究利益等。在此基础上,提高中国参与北极事务的针对性和有效性。中国在界定自身在北极地区合法权益的同时,还应在相关框架下适时酌情调整和完善中国北极权益的相关内容。当然,对于中国在北极的核心权益,需要在国家层面正式的规范性文件加以明确和保障,并阐明中国在北极问题上的原则和立场。由于中国在北极地区的上述权益正日益显性化,因此要及时明晰和界定中国在北极地区的合法权益,这要求国家在具体行动层面,至少要确定和明晰相关权益的主体框架,以及它们之间的重要性排序,同时在立场表达和具体的应对层面保持足够的弹性和灵活性。坚持以和平、发展与合作为核心原则,务实和建设性地参与北极事务,并以此来配合推进“一带一路”倡议和海洋发展战略在北极地区的顺利推进。
第二,全面提升中国的北极问题研究水平,以提升中在北极事务及其大陆架划界问题上的话语权。首先,必须更加重视并主动发挥北极科考的推手作用,因为北极科考实力的提升是中国参与北极事务的前提。其次,加强并有效整合国内相关研究机构和团队,提升其专业研究水平。随着北极问题的持续升温,北极已不再是自然科学研究者的“自留地”,包括政治、历史、法学、经济等社会科学研究者也都积极参与北极问题的研究。虽然不同领域研究者的研究主题和研究视角各有侧重,但都是以维护和促进中国在北极地区的权益为目标,并提供了相应的科学依据和应对策略。与此同时,中国在提高自身对北极事务的参与能力和扩大同相关国家的涉北极事务的交往过程中,不仅需要官方层面的外交与合作,也需要民间与学界的公共外交和“二轨外交”,这正是中国专业研究者的责任所在。值得欣慰的是,随着国家对北极问题的重视以及支持力度的不断加大,有关北极领域的研究平台正加速整合。可以预见,未来国内的北极问题研究将会有长足发展。
第三,在北极地区大陆架划界问题的实践层面,中国要制定更加缜密、现实操作性强的策略。中国要在法理层面通过援引法律依据实现对北极200海里外大陆架划界问题的法律介入。首先,中国需要通过自身的国际影响力,在联合国及其相关机构(如大陆架界限委员会、国际法院和国际法委员会等)将自身的政策立场转化为有较高国际认同度的专业国际法观点,并在必要时直接参与北极国家的200海里外大陆架划界申请案审议进程,通过发表对有关申请案的评论等形式,来表达中国对大陆架划界这一高度技术化和法律化问题的具体看法。而在北极事务的其他层面,中国也应积极提升自身的法律参与能力。目前有关北极问题的法律法规特别强调北极国家的诉求和管辖诉求,对此中国仍要承认既成事实并予以尊重,同时也应注意到北极法律制度不系统的特点,以此为契机扩大参与面。此外,中国应依托北极理事会平台参与北极区域规范的构建,并提升国际法工具在中国应对北极问题中的适用性。目前,变动中的北极以及北极国家行动的重点都是以强化北极理事会为核心的一整套规则安排,并在实践中不断落实和强化,尽管这一由北极国家所主导的北极区域制度安排不具有充分的代表性和公平性,但从现实的角度来说,中国总体上仍然要承认这一现状。同时,中国不能满足于“非北极国家”这一标签,应根据自身的需要采取相应行动,不断增强自身在北极地区的存在,基于此,中国需要在具体的实施策略上更有规划性和针对性。
第四,在实际操作中,中国需要区分北极国家的不同情况,采取相应的合作策略,同时强化非北极国家之间的立场呼应与利益协调。在维护并扩展中国的北极权益过程中,中国必须区分不同国家的不同情况,从而确定不同的合作内容。首先,加强与北极大国之间的合作,包括美国、俄罗斯、加拿大在北极问题上的对话与合作。其次,优化与北欧国家之间的合作,包括与冰岛、丹麦、挪威、瑞典和芬兰之间的合作,中国与上述这些国家的互信基础相对良好,合作进展和成果比较显著。再次,强化与同样有兴趣、有能力参与北极事务的其他非北极国家之间的合作,这些国家包括欧洲的英国、德国、法国、意大利以及欧盟这一超国家行为体,亚洲的韩国、日本、印度和新加坡。最后,加强与有兴趣参与北极事务的其他非北极国家的合作,并保持与有关国际组织和非政府组织的联系。通过以上多种形式,多管齐下,共同推动中国有效参与北极事务,并最终维护及拓展中国在北极地区的各方面利益。
结 束 语
北极问题的实质,是海洋问题,而在北极的各种争端当中,核心问题则是大陆架特别是200海里外大陆架界限的划定问题,同时,该问题也是北极区域法制建构最为现实的选择路径。由大陆架划界实践中所表现出来的科学性与法律汇的特点可知,北极区域大陆架划界方面争议的最终解决,肯定会受到大陆架界限委员会审议和国际司法判例的双重影响。对中国而言,选择适当的应对策略,加强对北极大陆架划界问题的法律介入以及对北极区域法制议题建构的规范参与,可以更好地促进北极各方的合作共赢,进而保障中国和其他域外国家合法参与北极事务的权益。尽管从国际社会的现实来看,这一问题的解决尚需时日,尤其是北极海域200海里外大陆架划界问题的解决仍面临重重困难。这反映了目前在“北极争夺战”日益升温情况下,北极国家之间、北极国家与非北极国家之间既有合作又有斗争的现实。而北极问题的整体解决仍将是一个颇为漫长的进程,因此,不断完善《联合国海洋法公约》框架下的大陆架制度适用效果,推进北极区域的法制化治理进程,⒂兄于为北极国家与非北极国家之间增进合作提供稳定的规范安排与制度保障。当前,北极地区的法制建构与区域治理需要注入一种可持续的、规范化的秩序性因素。北极大陆架划界问题的最终解决,既需要倚重国际法的制度力量以及相关理论的发展与创新,也需要以中国为代表的广大域外国家对北极问题的持续的共同关注和深入参与。
过去在官僚政府与普罗大众看来,这里可是荒芜之地。现在大不一样。“北极炙手可热”,主持于3月28日和29日两日在瑞典召开的北极理事会的瑞典大使古斯塔夫·林德(Gustaf Lind)说。该理事会成员国包括美国、加拿大、丹麦、芬兰、冰岛、挪威及俄罗斯,还有萨米人、因纽特人等无投票权的北极原住民代表。
世界尽头在以比世界其他地区快约一倍的速度变暖:地处格陵兰与挪威斯瓦尔巴群岛之间的弗拉姆海峡的温度比一百年前约高3.5℃。当深邃无边的海洋吞噬洁白耀眼的冰层,这里的温度会更高。进而加快全球变暖。特别带来的后果就是,现在北极圈全年的海冰要比一千年前少。多数科学家预计北冰洋于2020年至2050年间某年夏季开始大部分区域无冰可见。
随着冰层的消失,北极地区的丰富矿藏,石油、天然气及其他矿物质触手可及。商品价格居高,使这些矿藏有利可图。美国地质调查局估计,北极地区蕴藏可供开采的石油、天然气储量约占世界四分之一。
跨北冰洋的新商业航线将会大大缩短欧洲与亚洲之间的航行距离。2011年,俄罗斯超级油轮在两艘破冰船的协助下,首开先河,穿越北冰洋东北通道,停靠于西伯利亚海岸(俄罗斯称之为“北航线”)。穿越全球贸易航线并建造该用途船只的国家看到了发展潜力。中国、韩国及新加坡还有意大利都已申请加入北极理事会成为观察国,当然欧盟也不例外。
瑞典称希望于2013年5月解决观察国事宜。耽搁的原因表面上看是因为新成员的身份。但有迹象来看似乎问题的关键就是“看与听”的权利——正如对六个现有观察国来说,英国与波兰在北极区的活动历史有之。北极地区的国家没有一个急于扩张这一组织。尽管担心出现对北极地区资源抢夺的危险局面,该地区的的界定极其明晰。北极地区是南极洲的相反的一极,表面上与潜藏意义都是如此。这里不是海洋包围、备受争议的大陆。这里是一片海洋,散布着的岛屿几乎全部划定边界。没有必要起草类似规约南极洲那样的国际公约。
小纠纷不断:格陵兰岛(丹麦领地)与加拿大之间的岩石;及加拿大与美国之间对西北航道航线的归属。较大的争端可能针对大陆架,其中多数逐渐根据《联合国海洋法公约》(UN''s Convention on the Law of the Sea)逐渐划定边界。但所有这些争端都是在北极地区国家之间产生,而非与外来者争斗。
成员国认为他们的组织实际上运转正常。北极理事会部分是因推动联合科学研究于1996年成立,其关注于污染、海洋资源保护与测绘。其成就斐然。去年,成员国就搜救任务签署首份法律协定。下一步就要对石油开采达成一致。2007年一位俄罗斯探险家阿图尔·奇林加洛夫(Artur Chilingarov)将俄罗斯国旗立于北极点,引起一阵波澜,现在逐渐缓和。2011年俄罗斯就与挪威的海洋边界问题达成一致,终止了北极地区持续时间最长的一个争端。
关键词 泥沙运动;海岸;研究;综述;展望
中图分类号:TV148 文献标识码:A 文章编号:1671—7597(2013)022-129-2
海岸泥沙运动的研究关系到航海、海洋军事、资源争夺、海洋运输等多个领域,而我国关于海洋泥沙运动的研究投入的资金以及精力仍就十分有限,并且没有建立起泥沙运动与其他学科领域之间的联系,这严重制约了我国海岸泥沙运动的研究和发展,本文对海岸泥沙运动研究进行了介绍,结合目前的研究成果,对这一研究活动未来的发展方向进行了展望。
1 海岸泥沙运行的推移质运动
要对推移质运动进行研究,就不得不提到在波浪作用之下的边界层,不论从哪一个角度来看,底部边界层泥沙的输移以及运动都与其受力形式息息相关,当此层面的泥沙处在不同的流动过程中时,可以用数学函数的表现形式来表达底部摩擦系数以及剪应力,但是流动方程不能够计算出剪应力的大小,故而计算剪应力是研究推移质的重要问题,只有边界层处于层流状态时,经过一系列的简化过程才可以计算出答案,而目前对于底部剪应力的研究,必须要介入频谱和随机波浪因素,想要得到剪应力谱可以采取直接测量和数值计算两种方法,我们知道,输沙率其实是一个随机变量,这时,推移质输沙率谱则显得非常重要,结合波浪运动的随机性,必须每个波列都存在一个相应的输沙率谱,我国目前所采用的是既定公式法,计算出的结果是在单个波浪下的平均输沙率,希望能在不久的将来,利用一种的波频谱,对推移质率谱进行推算,最后通过一系列计算得出总的输沙率。此外,相对于不同底部的边界层,求出底部摩擦系数的方法还有待于改进,对于单色波而言,必须在得知摩擦系数的前提下才能计算出底部应力,所以现在很多研究人员都在对底部摩擦系数进行改良。
最近几年,计算底部摩擦系数必须要对底部边界层的流动状态进行准确的判断,进行判断以后,根据相应的状态来选择合适的公式,但是这些公式之中有很多是隐函数的形式,曲线形式也有很多,这两种形式为计算带来了诸多不便,所以对底部摩擦系数的计算公式进行划定和统一将为计算推移质输沙率带来很多便利,相信在不久的将来,研发人员会开发出更加精密的测量仪器,直接测量出精确的数值,利用这些数值验证摩擦系数的计算公式,尽可能减少推移质输沙率计算过程中的影响因素。此外,研究人员还应对波、流共同作用下的摩擦系数的推求进行改良,应当根据边界层的布局以及流动速度着手,推导出剪应力之后,最终得出底部摩擦力,这种方式对于对层流还是比较有效的,但是当边界处于紊流时,严格的理论答案是无法求出的。所以,必须要借助于一些数值进行推导计算,这种方法被称之为工程法,但是此种方法必须引入相对牵强的设定,结构简明、应用方便则是它的一大优势,目前对于流沙运动的主体水流构成仍旧没有一个定论,只能进行一定的假想,所以对其进行流速布局处理的难度非常大,对于海岸的波浪运动来说,不管是非线性,还是线性亦或是规则、不规则,势波理论都是其权威基础,水流的流速是一个半经验理论公式,这对于指数和对数都非常适用,对此研究人员还没有一个合理的解释,所以想要彻底解决边界层的水流流速问题,必须存在一个理想的水波、水流结构,只有这样才能使结论相对准确。
2 海岸泥沙运动的相关探究
要对海岸泥沙运动进行科学的研究,就必须先从波浪作用下的泥沙运动着手,并逐渐向港口、航道的淤积改变进行延伸,并且要密切关注海岸周围的建筑物冲淤以及海岸线的改变,按照传统的理论,可以将海岸划分成三个基本类型,这三个类型包括淤泥质海岸、沙砾质海岸以及岩石海岸。目前对于海岸泥沙的研究逐渐出现了几个大的趋势,粉砂质的泥沙特性已经得到了国内外学者的普遍关注,在最近一段时间国际以及国内建造的大型港口出位于粉砂质海岸上,但是普遍发生了泥沙淤积,众所周知,淤泥和粉砂是此类海岸的重要构成物质,根据实地调研得出的结论,粉砂质海岸中的粉砂运动特征非常独特,因为粉砂的起动流速相对于粘性沙小,但相对于非粘性沙则大,可以说它的起动流速介于两者之间,而且粉砂并不会发生絮凝现象,粉砂发生密实的现象通常在静止状态中,并且密度非常大,它的表层如铁板一般,如果在淤泥中还有一定百分比的颗粒,就会对絮凝现象造成一定程度的破坏,加之粘性沙与粉粒进行融合,使得粉砂的特点被充分体现出来,根据以往的经验,不容易起动的泥沙一般在静水中较为密实,其具有非常陡峭的级配曲线,一旦遇到振动极易发生液化现象,并且受到一定的动力容易形成波纹,当动力足够大的时候,在底部则会形成沙水层,形态就像天空中的云彩一样,在力的作用下随处漂移,而粉砂在起动的过程中不会形成悬杨,通过以上的叙述,我们会发现粉砂具有很多介于粘性沙和非粘性沙之间的特点,所以有很多专家建议将粉砂质海岸纳入到海岸的类型当中,对传统的海岸分类概念进行补充,可以说这是一个具有远瞻性的建议,现在我国对于粉砂质海岸中的粉砂运动特性还没有更加深入的了解,仅仅停留在初步认识阶段,可以说任务是艰巨的,困难程度也可想而知,将来工作人员对于粉砂特征的探究将会更加细致深入、更加系统,最终对泥沙运动的理论和研究进行拓展和延伸。目前我国对于海岸泥沙的相关研究主要采用的是地学层面和动力学方式,对泥沙的运动特质和受力情况进行相关探究,同时对泥沙沉积变化进行着力分析,两种角度的时间尺度具有一定的量级差异。
随着遥感技术的发展,其已经被广泛地应用到各个学科领域的研究,海岸泥沙运动研究也不例外,利用卫片可以对海岸泥沙的迁移进行宏观的观测,对其了解可谓更加全面、真实,而一些研究人员正在着力研究泥沙颗粒的运动性质,并利用相关理论对这些运动性质进行科学的解释,他们着眼于泥沙的基本组成成分,并以此作为切入点,通过泥沙的流动特质对临界剪应力给予进一步的确定,进而总结出泥沙起动的基本条件,摒弃了传统的经验因素,让海岸泥沙研究更加科学化、系统化,让研究成果严格遵循于科学规律。
3 海岸泥沙研究的技术展望
将来通过各种高科技的监测手段以及各个领域学科的理论知识,可以对各种类型的泥沙进行深层次的探究,突破传统经验的束缚,从理论上证实海岸泥沙的运动规律,可以说开发一些高新测量工具可以为海岸泥沙的运动研究提供坚实的保障,并且能够对测量出成果进行科学的检验,此外,研究人员应该清楚地认识到,之所以要对海岸泥沙进行深入研究,就是为了其研究成果能够更好地被应用到工程实践当中,这其中包括泥沙回淤量预报、海岸港口航道、波浪冲刷预测等等,在这些应用的过程中,我们需要结合相应的现实条件,而且得出的结果往往是一个量化的数值,在现实中,海岸波浪的长期布局经常会体现出重现期这个基本定义,在很久以前,这个定义就被广泛地应用到了海岸工程以及港口工程的设计当中,并制定了规范标准,然而长期布局这一定论还没有被应用到工程泥沙预报工作中,所以在预报工作中所得出的数值并不是在某一个时间段给定的实际值,可以说实际值和得出的数值存在明显的差异,这都隶属于正常范畴之内,如果得出的数值与实际值恰好保持相同,那么只能说明预报工作得出的数值不可能与其他时间段保持相同,因为动力条件是随着时间推移而不断进行改变的,所以工程中的泥沙量必然也是不断变化的,所以说,泥沙量存在一个概率分布的问题,在不久的将来,工程泥沙可以报出各种概率的发生总量,只有做到上述内容,才能体现出预报结果的精确程度,才能将风险预测融合在工程泥沙中,为泥沙问题的研究和相关投资提供更加有力的理论依据。
4 混合型河口泥沙的运动情况
此种类型的河口基本不会出现沙量峰值,海相以及路相潮流之间的互相影响让混合型河口的一些河段表现出推移运动和悬浮运动,我们知道表现较强的水流对于这类河口的细、粗沙交换非常有利,但是尽管会发生此类交换,但泥沙的仍然以淤泥为主要的运动特征。
5 总结
通过文章的叙述,相信大家对海岸泥沙运动的推移质运动、海岸泥沙运动以及研究展望有了一定的了解,在不久的将来,这一领域必将成为海洋科学的重要组成部分,其研究成果将对海岸建筑物的开发、新型港口的建成以及沿岸流场的计算产生深远的影响,并且能够为众多海洋工程提供科学的理论技术支持。这对于发展我国的海洋事业以及海洋军事来说,意义重大,所以说对海岸泥沙运动的研究是一项造福于千秋万代的艰巨任务。
参考文献
[1]张幼钦.茂名港沙坝泻湖海岸泥沙运动特征分析[J].水运工程,2004(11):39-42.
[2]钱宁.泥沙运动力学[M].科学出版社,2009.
关键词:声场模型,简正波,水声学
1.引言
从不同的物理角度看待波动方程,可以建立不同的声场模型,对应不同的数值解算方法。随着波传播理论的发展,海洋声学领域中的多种数值模型应运而生。根据不同的声场模型选择不同的声场计算理论是提高声场计算精度和计算速度的重要方法之一。现有的声传播模型大致可分为简正波模型、射线理论模型、抛物方程模型、快速场模型和多途展开模型。这些模型是水声学相关理论研究的基础,不同的模型具有不同的优缺点,其中,简正波模型是比较经典的声场模型,它具有模型精度高,物理意义明确的优点,目前广泛应用于水声学研究。
2.简正波模型原理[1]
简正波模型假设声场环境与距离无关,然后利用分离变量法求解波动方程。首先把海洋看作硬质海底,水深为常数的水层。声速c(z)与介质密度r(z)是与深度有关的函数。点声源位于zs处,这样声场应满足非齐次赫姆赫兹方程,由于是圆柱对称的,非齐次方程可写为:
(1)
带入边界条件后,可以解出在远场条件下,声压场可以表示为
(2)
式中: kn为第n号简正波的波数,βn为简正波的指数衰减因子,un(z)为正交归一的本征函数,r为声源距离,z,zs分别为接收水听器和声源深度,w为声源角频率。简正波解是波动方程精确的积分解,它是用简正波(特征函数)来描述声传播,每一个特征函数都是波动方程的一个解,把简正波迭加起来,以满足边界条件和初始条件,就得到简正波解。
3.基于简正波模型的计算程序——KRAKEN程序[2]
简正波模型的精确解很难得到,目前工程上常用数值解法得到简正波模型的解。目前,基于简正波理论的声场计算软件有KRAKEN,SNAP,SNAPRD和ORCA,但是还没有能够快速解算三维声场的理论模型。下面介绍常用的一种简正波计算程序——KRAKEN程序。
KRAKEN是在直角坐标系和柱面坐标系下处理径向相关问题的简正波程序,其中与径向相关的解采用绝热耦合简正波方法给出。KRAKEN程序可以自由选择绝对软、绝对硬、均匀半空间等边界条件,能够处理分层介质环境,考虑了界面的粗糙度和弹性介质的情况,并可计算表面和底部平面反射系数。求特征值的方法有效的保证收敛。,水声学。
KRAKEN程序实际是由很多子程序组成,不同子程序完成不同的任务。按其功能主要完成下面3个任务:
(1)模式计算
模式计算程序包括KRAKEN、KRAKENC及KRAKENL,在处理实际问题时只要选择其中一个。它们的主要功能是读入环境文件(ENVFIL),计算出各阶简正波的波数,相速度以及深度方向的声场值等,并且存入到MODFIL和SHDFIL中。
(2)声场计算
FIELD:计算水平方向上各点的声场值。对于环境与距离有关的问题采用绝热近似或单向耦合模式。
FIELD3D:使用绝热近似理论计算三维可变环境问题的声场。需要输入一个附加的海底环境参数文件FLPFIL。,水声学。
(3)绘图程序
PLOTSSP:绘制对应声场环境的声速剖面图。
PLOTMODE:绘制计算出的各阶简正波模式。
PLOTTTLT:绘制某一确定深度上沿水平方向的传播损失。
PLOTTLD:绘制某一确定距离上沿着深度方向的传播损失。
POTFIELD:采用直角或极坐标绘制二维声场传播损失图。
PLOTXYZ:绘制声线图。
4.数值仿真
声场计算是水声学理论研究的前提。,水声学。下面分别给出几个典型的海洋声场环境,生成环境文件然后利用KRAKEN程序计算出海水声场的分布,并分析计算的结果。
假设某海水声场海深2000米,海面是绝对软边界,沉积层厚度为200米,海底是硬质海底。海水中声速、沉积层声速以及密度已知,声源位于440米处,声源频率50Hz。
利用生成的环境文件,用KRAKEN程序计算生成模式文件MODFIL,用模式绘图程序PLOTMOD将该声场的简正波模式绘制出来,如图所示。图1是第1、2、10阶简正波幅度随深度分布图,图2为所有的简正波模式,共有21阶。
图1 频率50Hz时第1、2、10阶简正波模式
图2 频率50Hz简正波模式分布图
利用计算出的模式文件和生成的FLP文件就可以将上述海洋环境下的声场分布绘制出来,如图3所示。由图可见这是一个典型的混合层声道,声波能量集中在声源深度440米的一个声道层内,这一仿真结果和声速梯度分析结果是一致的。
图3 声场分布图
5.结束语
简正波模型虽然精度较高但是也存在一些问题。第一,当简正波阶数较多时,简正波计算量增大,因此简正波不适合处理高频深海问题,而适合低频远距离求解,能够给出声场严格的解析解。,水声学。第二,求解宽带信号或脉冲信号时,简正波理论只能进行逐个频率单独计算再叠加合成,计算量很大。,水声学。第三,对于非水平分层介质问题,对海底地形、声速、密度等海洋环境参数变化剧烈的传播问题只能用耦合简正波方法,但其计算量非常巨大,对于实际应用是不可取的,只能做一些简单的理论计算,作为检验其它方法的标准。,水声学。第四,本征方程的求解是难以解决的问题,研究表明,只有几种特定的介质情况能够获得本征方程的严格的解析解,而在绝大多数海洋环境中只能通过数值近似方法求解。这些近似方法有WKB近似[3]、WKBJ近似、WKBZ近似等。由于这些原因,简正波模型在实际工程应用中受到限制,目前国内外学者正致力于研究快速精确的声场模型。
参考文献:
[1]刘伯胜,雷家煜.水声学原理[M],哈尔滨工程大学出版社,1993
[2]PorterMB.TheKRAKENnormalmodeprogram[CP],SACLANTUnderseaResearchCentreMemorandum(SM-245)/NavalResearchLaboratoryMem.Rep.6920(1991).
[3]HenrickRF,BrannanJR,WarnerDBandForneyGP.TheUniformWKBModalApproachtoPulsedandBroadbandPropagation[J].J.Acoust.Soc.Am,1983,74(1464-1473.
1.主题内容与适用范围
1.1本标准规定了新建、扩建和晋升省级自然保护区评审的具体指标和指标的赋分标准。
1.2本标准适用于评审新建、扩建和晋升省级自然保护区。
2.名词解释
省级自然保护区——在本省境内具有典型意义、在科学上有影响或者有特殊科学研究价值,并由省政府批准建立的自然保护区。
自然生态系统类自然保护区——以具有一定代表性、典型性和完整性的生物群落及其生境组成的生态系统作为主要保护对象的一类自然保护区,具体分为森林生态系统类型、海洋与海岸生态系统类型、内陆湿地和水域生态系统类型、荒漠生态系统类型和草原与草甸生态系统类型。
野生生物类自然保护区——以野生生物物种,尤其是珍稀濒危物种种群及其自然生境为主要保护对象的一类自然保护区,具体分为野生动物类型和野生植物类型。
自然遗迹类自然保护区——以特殊意义的地质遗迹和古生物遗迹等作为主要保护对象的一类自然保护区,具体分为地质遗迹类型和古生物遗迹类型。
3.申报与评审
3.1申报新建、扩建和晋升省级自然保护区,由自然保护区所在地市(县)人民政府商有关自然保护区行政主管部门后向省政府提出申请,或者有关自然保护区主管部门商自然保护区所在地市(县)人民政府同意后向省政府提出申请。
3.2省自然保护区评审委员会负责新建、扩建和晋升省级自然保护区的评审工作。评审委员会根据有关规定程序建立。
3.3申报新建、扩建和晋升省级自然保护区,必须提交下列材料:
3.3.1建立省级自然保护区申报书;
3.3.2自然保护区综合科学考察报告;
3.3.3自然保护区总体规划(含全岛1:100万或市县区域1:20万的交通位置图);
3.3.4自然保护区地形图、水文地质图、植被图(自然生态系统或野生生物、自然遗迹分布图)、土地利用现状图、规划图等1:1万~1:5万图件资料;
3.3.5自然保护区的自然景观及主要保护对象的录像带、照片集;
3.3.6拟新建立、扩建和晋升省级自然保护区所在地市(县)政府意见;土地使用证、林权证或土地(海域)使用权属证明文件等;
3.3.7法律、法规规定的其他证明材料。
3.4自然保护区申报材料评审专家组由省自然保护区评审委员会专家5人或7人组成,与申报的省级自然保护区专业性质相关的专家应当占评审专家组成员的80%。省自然保护区评审委员会办公室根据申报拟建自然保护区的类型及主要保护对象,提出自然保护区申报材料评审专家组名单,经省自然保护区评审委员会主任(副主任)批准。
3.5自然保护区评审工作采用专家实地考察评估及申报材料会议评审的方式。自然保护区申报材料评审会由省自然保护区评审委员会办公室组织专家组召开。专家组通过对拟建保护区实地考察和审阅申报材料,根据各位专家填写的自然保护区申报评审表,形成专家组书面评审意见。
4.建立省级自然保护区必须具备的条件
4.1省级自然生态系统类自然保护区必备条件:
4.1.1生态系统在本省辖区内具有高度的代表性和典型性;
4.1.2生态系统在本省辖区内为或属仅有的生物群落或生境类型;
4.1.3生态系统被认为本省所属生物气候带中具有高度丰富的生物多样性;
4.1.4生态系统保持较好的自然性,虽曾遭到人为干扰,但破坏程度较轻,尚可恢复到原有的自然状态。
4.1.5生态系统完整或基本完整,保护区的面积基本上尚能维持其完整性。
4.1.6生态系统虽未能完全满足上述条件,但对促进本省的经济发展和生态环境安全具有重大意义,如对保护自然资源、保持水土和改善环境有重要意义的自然保护区。
4.2省级野生生物类自然保护区必备条件:
4.2.1国家重点保护野生动、植物种的主要分布区和省级重点保护动、植物种的集中分布区、主要栖息地及繁殖地;或辖区内或所属生物地理省中较著名的野生生物物种集中分布区;或国内野生生物物种模式标本集中产地;或辖区内、外重要野生经济动、植物或重要驯化物种亲缘种的产地。
4.2.2生境维持在较好的自然状态,受人为影响较小。
4.2.3其保护区面积要求能够维持保护物种种群的生存和繁衍。
4.3省级自然遗迹类自然保护区必备条件:
4.3.1在本辖区内、外同类自然遗迹中具有典型性和代表性;
4.3.2在国内稀有,在本辖区仅有;
4.3.3尚保持较好的自然性,受人为破坏较小;
4.3.4基本保持完整,保护区面积尚能保持其完整性。
5.评审指标
5.1申报拟新建省级自然保护区的评审指标由自然属性、可保护属性和前期基础工作三个部分组成,其下分为不同的具体指标。根据各指标的重要程度,分别赋于一定分值,总分为100分。评审指标总得分为60分以上(含60分),且分项评审指标得分不出现0分时,具有建立省级自然保护区的条件;评审指标总得分小于60分时,或分项评审指标得分出现0分时,均具有否决意义。
5.2省级自然保护区扩建,市县级自然保护区晋升省级自然保护区评审指标由自然属性、可保护属性、前期基础工作和保护管理基础四个部分组成。其中,自然属性、可保护属性和前期基础工作的得分占总评审分的70%,保护管理基础得分占总评审分的30%。四个组成部分评审指标总得分小于60分时,具有否决意义。分项评审指标得分出现0分时,同样具有否决意义。
保护管理基础由机构设置与人员配备、建设管理条件两部分组成,作为省级自然保护区扩建,市县级自然保护区晋升省级自然保护区评审用,总分为100分。
6.自然生态系统类自然保护区评审指标及赋分
6.1自然属性(60分)
6.1.1典型性(15分)
a、属本省同类型自然生态系统中的典型代表。(15分)
b、属本省的很好代表。(12分)
c、属本省的较好代表。(9分)
d、代表性一般。(0分)
6.1.2脆弱性(15分)
a、地理分布狭窄、破坏后极难恢复。(15分)
b、地理分布较狭窄、破坏后较难恢复。(12分)
c、地理分布比较狭窄、但破坏后恢复的难度不大。(9分)
d、地理分布较普遍,破坏后容易恢复。(0分)
6.1.3多样性(10分)
a、生态系统的组成成分与结构极为复杂,类型复杂多样;物种相对丰度极高。(10分)
b、生态系统的组成成分与结构比较复杂,类型比较丰富;物种相对丰度较高。(8分)
c、生态系统的组成成分与结构比较简单,类型较少;但物种相对丰度较高。(6分)
d、生态系统的组成成分与结构简单,类型单一;物种相对丰度较低。(0分)
6.1.4稀有性(10分)
a、属国内珍稀或濒危、残遗类型。(10分)
b、属省内珍稀或濒危、残遗类型。(8分)
c、在省内分布较少或有特殊保护价值。(6分)
d、在省内分布比较普遍。(0分)
6.1.5自然性(10分)
a、基本处于自然状态,人为干扰极少,保护区内无居民。(10分)
b、虽有少量人为干扰,但核心区保持自然状态,且核心区内无居民。(8分)
c、受到比较明显的人为干扰,核心区内有少量居民分布,但核心区基本保持自然状态。(6分)
d、人为干扰非常明显,且核心区受到人为破坏。(0分)
6.2可保护属性(30分)
6.2.1面积适宜性(12分)
a、面积足以有效维持生态系统的结构和功能,核心区面积占总面积的35%以上。(12分)
b、面积基本满足有效维持生态系统的结构和功能,核心区面积占总面积的25—30%。(9分)
c、面积尚可维持生态系统的结构和功能,核心区面积占总面积的20—25%;核心区面积以岛屿状自然生态系统为主要保护对象的自然保护区。(7分)
d、面积不能维持生态系统的结构和功能,且不能满足c款有关条件的自然保护区。(0分)
6.2.2科学价值(10分)
a、在生态、遗传等方面具有极高研究价值。(10分)
b、在生态、遗传等方面具有较高研究价值。(8分)
c、在生态、遗传等方面具有一般研究价值。(6分)
d、在生态、遗传等方面没有研究价值。(0分)
6.2.3经济和社会价值(8分)
a、在资源利用、旅游、教育等多方面具有重大意义。(8分)
b、在资源利用、旅游、教育等多方面具有较大意义。(6分)
c、在资源利用、旅游、教育等多方面具有一般意义。(4分)
6.3前期基础工作(10分)
6.3.1边界划定和土地权属(5分)
a、边界清楚,无土地使用权属纠纷,已获得全部土地的使用权并领取了土地使用证(提供土地红线图或市县有关部门核准且盖印的拟建保护区范围图);拟建保护区范围含有海域的,须提交海洋部门出具的海域使用批准文件。(5分)
b、边界清楚,无土地使用权属纠纷,已获得核心区土地的使用权并领取了土地使用证(提供土地红线图或市县有关部门核准且盖印的拟建保护区范围图);拟建保护区范围含有海域的,须提交海洋部门出具的海域使用批准文件。(4分)
c、虽未获得土地(海域)使用权、林权证,但边界清楚,无土地使用权属纠纷。(3分)
d、边界不清,土地(海域)使用权属或林权存在较大的争议。(0分)
6.3.2基础工作(5分)
a、完成综合科学考察,系统全面掌握资源、环境本底情况,编制完成详细综合考察报告和总体规划,收集了完整的样本材料。(5分)
b、完成多学科科学考察,基本掌握资源、环境本底情况,编制完成较详细综合考察报告和总体规划,收集了大部分样本材料。(4分)
c、完成针对主要保护对象的科学考察,初步掌握资源、环境本底特征,完成了初步的科学考察报告和总体规划,收集了主要保护对象的样本材料。(3分)
d、开展科学考察,编制总体规划和考察报告,但选择主要保护对象依据不足,不明确,研究不深入。(1分)
e、尚未开展科学考察,无考察报告和总体规划。(0分)
7.野生生物类自然保护区评审指标及赋分
7.1自然属性(70分)
7.1.1物种珍稀濒危性(30分)
a、主要保护物种为国家一类重点保护物种。(30分)
b、主要保护物种为国家二类重点保护物种。(24分)
c、主要保护物种为国家三类重点保护植物、省重点保护物种或三有名录保护的动物,或虽未列为国家重点保护物种,但确实属于我国特有的濒危物种。(18分)
d、主要保护物种未列为省以上重点保护物种,但属珍稀或地方特有种。(15分)
e、主要保护物种为普遍常见物种。(5分)
7.1.2物种代表性(10分)
a、区系和分类学上具有全国性代表意义。(10分)
b、区系和分类学上具有全省性代表意义。(8分)
c、区系和分类学上在省内具有一定的代表意义。(6分)
d、区系和分类学不具有代表意义。(0分)
7.1.3繁衍能力(10分)
a、主要保护对象在保护区内具有合理的种群结构,能保证物种的正常繁衍。(10分)
b、主要保护对象在保护区内种群结构单一,数量较少,但具备繁衍的能力。(8分)
c、主要保护对象在保护区内种群结构不合理,数量少,不具备繁衍的能力,或为偶见种。(6分)
d、主要保护对象在保护区内种群结构不合理,数量极少,在样方面积内仅为偶见种。(0分)
7.1.4生境重要性(10分)
a、省唯一的极重要生境。(10分)
b、省内极为重要生境之一。(8分)
c、国内重要生境之一。(6分)
d、普通生境(0分)。
7.1.5生境自然性(10分)
a、基本处于自然状态,人为干扰极少。(10分)
b、虽有少量人为干扰,但核心区保持自然状态。(8分)
c、受到明显的人为干扰,但核心区基本保持自然状态。(6分)
d、受到严重破坏且难以恢复。(0分)
7.2可保护属性(20分)
7.2.1面积适宜性(8分)
a、面积足以保证主要保护物种的正常繁衍或生存,且核心区面积占总面积的35%。(8分)
b、面积基本能保证主要保护物种的正常繁衍或生存,且核心区面积占总面积的30%。(6分)
c、面积尚能达到主要保护物种的正常繁衍或生存的最低需求,且核心区面积占总面积的25%。(5分)
d、面积不能达到主要保护物种的正常繁衍或生存的最低需求,且不能满足c有关条件的自然保护区。(0分)
7.2.2科学价值(8分)
a、在生态、遗传等方面具有极高研究价值。(8分)
b、在生态、遗传等方面具有较高研究价值。(6分)
c、在生态、遗传等方面具有一般研究价值。(3分)
7.2.3经济和社会价值(4分)
a、在资源利用、旅游、教育等多方面具有重大意义。(4分)
b、在资源利用、旅游、教育等多方面具有较大意义。(3分)
c、在资源利用、旅游、教育等多方面具有一般意义。(1分)
7.3前期基础工作(10分)
7.3.1边界划定和土地权属(5分)
a、边界清楚,无土地使用权属纠纷,已获得全部土地的使用权并领取了土地使用证或林权证(提供土地红线图或市县有关部门核准且盖印的拟建保护区范围图);拟建保护区范围含有海域的,须提交海洋部门出具的海域使用批准文件。(5分)
b、边界清楚,无土地使用权属纠纷,已获得核心区土地的使用权并领取了土地使用证(提供土地红线图或市县有关部门核准且盖印的拟建保护区范围图);拟建保护区范围含有海域的,须提交海洋部门出具的海域使用批准文件。(4分)
c、虽未获得土地(海域)使用权、林权证,但边界清楚,无土地使用权属纠纷。(3分)
d、边界不清,土地(海域)使用权属或林权存在较大的争议。(0分)
7.3.2基础工作(5分)
a、完成综合科学考察,系统全面掌握资源、环境本底情况,编制完成详细综合考察报告和总体规划,收集了完整的样本材料,制作多媒体录像、图片资料。(5分)
b、完成综合科学考察,基本掌握资源、环境本底情况,编制完成较详细综合考察报告和总体规划,收集了大部分样本材料,制作多媒体录像、图片资料。(4分)
c、完成针对主要保护对象的科学考察,初步掌握资源、环境本底情况,完成了部分或初步的科学考察报告和总体规划,收集了主要保护对象的样本材料,制作多媒体录像、图片资料。(3分)
d、尚未开展科学考察,无考察报告和总体规划。(0分)
8.自然遗迹类自然保护区评审指标及赋分
8.1自然属性(60分)
8.1.1典型性(20分)
a、遗迹的类型、内容、规模等具有国际对比意义。(20分)
b、遗迹的类型、内容、规模等具有全国性对比意义。(16分)
c、遗迹的类型、内容、规模等在国内具有重要的地学意义。(12分)
d、遗迹的类型、内容、规模等属国内常见。(10分)
e、遗迹的类型、内容、规模等较为普通。(0分)
8.1.2稀有性(10分)
a、属世界上唯一或极特殊的遗迹。(10分)
b、属世界上少有或国内唯一的遗迹。(8分)
c、属全国少有的遗迹。(6分)
d、在国内外均不具特殊性的普通遗迹。(0分)
8.1.3自然性(15分)
a、基本保持自然状态,未受到或极少受到人为破坏之遗迹。(15分)
b、虽受到一定程度的人为破坏,但影响程度很低或稍加人工整理可恢复原有面貌之遗迹。(12分)
c、受到比较明显的人为破坏,但经人工整理后仍有较大保护价值之遗迹。(9分)
d、人为破坏严重,极难恢复之遗迹。(0分)
8.1.4系统性和完整性(10分)
a、遗迹的形成过程和表观现象保存系统而完整,内容丰富多样。(10分)
b、遗迹的形成过程的表观现象保存比较系统、完整,内容较多样。(8分)
c、遗迹的形成过程和表观现象保存不够系统、完整,但基本能反映该类型遗迹的主要特征。(6分)
d、遗迹的形成过程和表观现象保存较少,内容单一,不能反映该类型遗迹的基本特征。(0分)
8.2可保护属性(30分)
8.2.1面积适宜性(10分)
a、面积足以有效保护遗迹的全部保护对象,核心区面积占总面积的40%。(10分)
b、面积能够保护遗迹的全部保护对象,核心区面积占总面积的30%。(8分)
c、面积基本能够保护遗迹的全部保护对象,核心区面积占总面积的20%,但能有效保护遗迹的主要保护对象的自然保护区。(6分)
d、面积不能达到遗迹保护的最低需求,内部功能分区无法满足主要保护对象的保护要求。(0分)
8.2.2科学价值(15分)
a、在自然史、地学、矿物学等方面具有极高的科学价值。(15分)
b、在自然史、地学、矿物学等方面具有较高的科学价值。(12分)
c、在自然史、地学、矿物学等方面具有一般的科学价值。(9分)
d、在自然史、地学、矿物学等方面不具有科学价值。(6分)
8.2.3经济和社会价值(5分)
a、在资源利用、旅游、教育等多方面具有重大意义。(5分)
b、在资源利用、旅游、教育等多方面具较有大意义。(4分)
c、在资源利用、旅游、教育等多方面具有一般意义。(3分)
d、在资源利用、旅游、教育等多方面没有意义。(1分)
8.3前期基础工作(10分)
8.3.1边界划定和土地权属(5分)
a、边界清楚,无土地使用权属纠纷,已获得全部土地的使用权并领取了土地使用证(提供土地红线图或市县有关部门核准且盖印的拟建保护区范围图);拟建保护区范围含有海域的,须提交海洋部门出具的海域使用批准文件。(5分)
b、边界清楚,无土地使用权属纠纷,已获得核心区土地的使用权并领取了土地使用证(提供土地红线图或市县有关部门核准且盖印的拟建保护区范围图);拟建保护区范围含有海域的,须提交海洋部门出具的海域使用批准文件。(4分)
c、虽未获得土地(海域)使用权、林权证,但边界清楚,无土地使用权属纠纷。(3分)
d、边界不清,土地(海域)使用权属或林权存在较大的争议。(0分)
8.3.2基础工作(5分)
a、完成综合科学考察,系统全面掌握资源、环境本底情况,编制完成详细综合考察报告和总体规划,收集了完整的样本材料,制作多媒体录像、图片资料。(5分)
b、完成综合科学考察,基本掌握资源、环境本底情况,编制完成较详细综合考察报告和总体规划,收集了大部分的样本材料,制作多媒体录像、图片资料。(4分)
c、完成针对主要保护对象的科学考察,初步掌握资源、环境本底情况,完成了部分或初步的科学考察报告和总体规划,收集了主要保护对象的样本材料,制作多媒体录像、图片资料。(3分)
d、尚未开展科学考察,无考察报告和总体规划。(0分)
9.保护管理基础(100分)
9.1机构设置与人员配备(60分)
a、已建立管理机构,配备管理人员,且管理机构经政府或编制委员会批准,管理人员纳入事业编制(须附文件复印件);管理人员岗位责任明确,中专以上学历管理人员占总管理人员的比例≥40%。(60分)
b、已建立管理机构,配备管理人员,且管理机构经政府或编制委员会批准,管理人员纳入事业编制(须附文件复印件);管理人员岗位责任明确,中专以上学历管理人员占总管理人员的比例≥25%。(48分)
c、已建立管理机构,配备管理人员,管理机构经政府或编制委员会批准(须附文件复印件),但管理人员没有纳入事业编制;保护区巡护工作正常开展,管理人员数量尚能满足资源保护和日常管理的需要。(36分)
d、管理机构尚未取得政府或编制委员会批准,但现阶段设有临时管理机构和配备专职管理人员;保护区巡护工作正常开展,管理人员数量不能满足资源保护和日常管理的需要。(24分)
e、没有管理机构,配备专职管理人员,而管理目标不明确、不合理,只能维持一般的巡护工作。(10分)
f、没有管理机构,配备管理人员,但管理人员由其他管理人员兼职。(5分)
9.2建设管理条件(40分)
a、具有良好的基础设施,包括办公、保护、科研、宣传教育、交通、通讯、生活用房、档案资料房等设施,巡护日记资料齐全,资源、资料档案归档,设有专人管理。(40分)
b、具备管理所需的办公、保护、宣传教育、交通、通讯、生活用房、档案资料房等设施,巡护日记资料齐全,资源、资料档案归档管理。(32分)
c、基本具备管理所需的办公、交通、通讯、生活用房等设施,巡护日记有记录,但资料不齐全。(24分)
关键词:坐标变换 k-ε紊流模型 水位扫描法 壁面函数 SIMPLEC算法
随着经济发展和社会进步,水利工程建设的步伐也在进一步加快,其航建设、大坝建设中的泥沙问题以及近来倍受世人关注的水污染问题已经成为制约水利发展的瓶颈问题,弄清河流、湖泊、海洋中水动力因素,是解决以上问题的重要基础。近年来,数学模型已逐步取代物理模型实验成为研究水流的重要手段,而浅水流动模型是处理大区域流场的一种非常有效的模型。它属于非线性方程组,在目前只能用数值方法求解,因此,有必要研究一种简单、高效的方法来求解浅水流动问题。自Patankar和Spalding[1]发展了SIMPLE算法以来,该方法被广泛应用于不可压缩流场的数值模拟,而且该方法还得到了进一步的发展,主要有SIMPLER算法[2]、SIMPLEC算法[3]、SIMPLEX算法[4]和SIMPLET算法[5]等。这些模型均成功地应用于速度—压力耦合的流场计算,深度平均的浅水流动模型是在静压假定下导出的,一般流体模型中的速度—压力耦合也就转换成浅水流动模型中的速度—水深耦合[6]。
天然河流、海湾的边界曲折、地形复杂,采用坐标变换是解决问题的途径之一。目前多数N-S方程的坐标变换中,流程全部采用逆变分量,这样就增加了方程的复杂程度。于是忽略掉方程中的非正交项,利用正交变换下的方程进行数值求解[7,8]。对于具有复杂边界的海湾及弯曲的河流,坐标变换中很难保证每个点都正交,特别是边界附近。水位变化是水力计算中难点之一,在目前的紊流数学模型中,多简单的利用“冻结法”,这样做将失去对边界出流动模拟的准确性。
本文研究中,采用正交曲线坐标变换生成数值网格,而数值计算中采用非正交曲线坐标下的k-ε双方程紊流模型,这样可以自动修正网格生成中的非正交项。流速除对流项中采用逆变分量,在其余各项中均采用原始分量,这样使得方程书写简单,有利于将各方程写成通用形式,编写的程序变得更规范。作者受Jian Ye同位网格[9]的启发,对普通交错网格做了修改,即采用B型交错网格,使得u,v,k,ε的计算布置在一个节点上,有利于节省计算程序代码,使程序书写更加规范。引入动边界扫描技术,结合紊流模型的壁面函数法,使壁面随着真实边界而变化。数值求解时,采用控制体积法离散方程,运用SIMPLEC算法,使计算的流场更符合实际流场。
1 数值网格
关键词:东海黑潮;台湾东北;黑潮主段;吐噶喇海峡
黑潮是西北太平洋中一支为世界瞩目的西边界暖洋流,具有流速强、流量大、高温高盐等特点。它起源于北赤道流的北向分支,向北沿吕宋岛以东海域流动,经吕宋海峡后,沿台湾岛东岸北上,由台湾以东苏澳-与那国岛水道进入东海,后沿东海陆架外缘向东北方向流动,至庵美大岛以西附近黑潮脱离大陆坡转向东经吐噶喇海峡离开东海,后沿日本南岸和东岸继续向东北方向流动,在140°E,35°N附近黑潮离岸东流,成为黑潮延伸体。
作为黑潮流系的重要组成部分,流经东海海域的部分通常被称为东海黑潮。东海黑潮与东海陆架水相互作用,进行能量、动量及物质的交换,是影响我国近海环流系统变异的主要原因,同时黑潮携带大量的热量,其强大的热输送效应必然会对流经海域的生态环境及天气气候等产生重要的影响。因此,对东海黑潮的调查和研究,历来是国内外海洋学界共同关注的重要课题。东海黑潮有两个区域是十分重要的,分别是是台湾岛东北海域的入侵陆架分支点和吐噶喇海峡附近的对马暖流分支点。这两分支点之间是一相当稳定的流段,通常称之为为东海黑潮主段。下面分台湾东北、东海黑潮主段及吐噶喇海峡附近三个区域,介绍东海黑潮时空变化的主要研究进展。
1 台湾东北
当黑潮由苏澳-与那国岛水道进入东海后,其北向流动受东海陆架阻挡,在台湾东北部分为两支:主流沿东海陆架坡折向东北方向流动;另一支则转向西北入侵陆架。研究表明西北入侵分支具有季节性变化特征,目前的结论表明该入侵主要发生在秋冬季节。如孙湘平[1]通过对GEK表层流数据的分析指出,台湾东北的黑潮流轴在秋冬季节偏向陆架,而在春夏季节向外海移动。棉花峡谷附近的海流观测表明,冬季风加强后一个月左右,该海域发生向陆架的入侵,同时伴随黑潮海流的向岸移动。Qiu and Imasato[2]利用卫星红外图像,同样观测到冬季黑潮向台湾东北陆架海域的入侵。Chuang and Liang[3]则指出伴随冬季风的结束,黑潮对陆架的入侵于四月份左右消失。马超[4]利用Argos浮标资料和卫星高度计资料,反演了黑潮及其邻近区域的表层流场,并指出在台湾岛东北,除夏季外黑潮西侧均有分支入侵到东海陆架。胡筱敏等[5]通过对漂流浮标资料的分析表明,在台湾东北海域,黑潮表层水向东海南部陆架区的入侵以秋、冬季最强,春季次之,而夏季几乎不发生。
黑潮入侵分支的西侧海域经常存在一个气旋式冷涡。卢鸿復[6]指出黑潮分支西侧的气旋式冷涡下层冷涡流场全年存在,只是冬夏季的大小和位置有所差异。周慧等[7]利用Argo漂流浮标对台湾东北海域涡旋的垂向结构进行了研究,指出该冷涡深度可达2000m,水平尺度约200km。对台湾东北气旋式冷涡的存在及其形成机制的分析研究表明,它是由黑潮次表层水在台湾东北遇东海陆架阻挡导致涌升的结果。Liu et al [8]利用温度、硝酸盐及溶解氧等数据资料研究了台湾东北陆架坡折处的涌升流,指出此区域的黑潮次表层水涌升是全年现象。
随着观测技术的不断提高,利用高时空分辨率的数据资料,该海域流场的一些高频变化特征也逐步被揭示。Wu et al[9]用一个数值模式对台湾东北冷涡的时空变化进行研究,并指出在季节内尺度上该冷涡流场存在30天左右的变化周期,且局地风的强迫对其影响并不明显,主要由于黑潮流轴摆动造成。通过对高频雷达测流资料的分析,Takahashi et al[10]指出在台湾东北黑潮主轴存在准两周(11-14天)的摆动;Morimoto et al [11]揭示了当台风过境时,黑潮主轴的异常向岸偏移,且黑潮主轴恢复到其原始位置需耗费一周多的时间,表明黑潮主轴的摆动并非只局限于表层。Ichikawa [12]指出在几个月的时间尺度上,黑潮流速与其位置的南北摆动有很好的对应关系,并进一步揭示了该变化是受台湾以东涡旋的影响。另外,林霄沛[13]对验潮站资料、数值模拟结果、断面调查资料和浮标资料的分析显示,由于平流和豁口尺度相对较大,季节内Rossby长波信号可以由台湾以东进入东海,对东海黑潮上游的流量和流轴影响较大,使得东海黑潮上游的流量变化规律主要是季节内变化,季节性变化规律不明显。。郑小童等[14]发现庆良间水道以南东海黑潮上游流量受北太平洋副热带海区季节内Rossby长波影响具有大约100天的振荡周期,庆良间水道以北的东海黑潮则没有该特征。
2东海黑潮主段
在对东海黑潮的调查研究中,位于冲良岛西北、横跨冲绳海槽的PN(Pollution Nagasaki)是观测时间最长、最为系统的一个断面。国内外学者利用PN断面的水文数据资料,对东海黑潮的温盐特征、流场结构及流量变化等问题进行了大量研究。有关的研究计算了黑潮的流量及其季节变化,计算结果表明,黑潮流量的多年平均值约为27Sv,其季节平均值在夏季时最大,秋季最小。许东峰等[15]指出东海黑潮流量的季节变化,其中一个原因是与北太平洋风应力涡度的零线的位置有关。余帆等[16]讨论了东海黑潮上层环流季节、年际变化与局地风应力的关系,指出局地经向风应力的季节变化与PN断面上层质量输送的季节变化有密切关系(相关系数达0.92)。黑潮流速剖面的多核结构是东海黑潮主段速度分布的重要特征,陈红霞等[17]基于PN断面的历史水文资料统计研究了东海黑潮的流速分布,并指出流核结构具有显著的时间变化规律,流核个数以秋季偏多。袁业立等[18]指出东海黑潮多核结构是一种运动不稳定现象,其理论结果与观测有较好的一致性。
最近几年,随着高分辨率卫星资料的迅速增多,黑潮锋面的时空特征及其影响也逐渐被揭示。在冬春季节,东海黑潮的表层暖水与其北面陆架冷水之间海表温度的梯度很大,形成明显的海表温度锋—黑潮锋,该锋面对黑潮锋附近的局地海气关系有重要的影响。Xie et al[19]指出,冬季黄、东海海域海表温度和海表面风速之间存在非常好的对应关系:在黑潮暖流上空为风速的极大值区,而风速的小值区则位于相对冷的陆架水上空。Chen[20]的研究表明,春季东海海表面风场存在沿黑潮辐合增强的特征,形成一条风急流带,且沿黑潮的这条风急流带诱生的海洋次级环流对春季黑潮锋的形成和发展有重要的影响。王琳琳[21]利用高分辨率的区域大气模式,进一步研究了黑潮区海洋温度锋影响海表面风场的可能机制,指出海温能够明显改变锋区两侧边界层大气的稳定度和垂直混合的强弱,证明了垂直混合机制的存在。徐蜜蜜等[22]则指出黑潮锋区附近海洋影响大气的机理方面,除垂直混合机制外,海平面气压调整机制也起一定的作用。除了对边界层大气的影响,XU et al[23]指出东海黑潮锋的影响可伸展至自由大气。徐蜜蜜等[24]指出东海海洋锋对其附近的总降水、对流、层云降水均有影响,尤其在春季海洋锋暖侧的降水强度增大,对流降水的频次增多,“雨顶”高度也有明显的抬升。Yoshi N. Sasaki et al [25]则利用卫星遥感数据、再分析数据,讨论了黑潮锋对6月局地降雨的影响,并利用一个区域大气模式(WRF)对其机制进行探讨。
3吐噶喇海峡附近
吐噶喇海峡是黑潮路径上流经的关键通道之一,多年来国内外海洋学者对该海域进行了大量的调查和研究。不同学者计算了吐噶喇海峡的黑潮流速和流量,表明海峡处黑潮主轴的平均核心流速约为92cm/s,平均流量约为24Sv,揭示了吐噶喇海峡黑潮流速的多核结构,并进一步探讨了海峡中流量分布状况和季节变化。Kawabe[26]利用验潮站海表高度数据研究了通过吐噶喇海峡黑潮的流量变化,并指出日本以南黑潮大弯曲的生消与其上游黑潮流量之间关系密切。Ming Feng [27]利用系泊在吐噶喇海峡的列阵测流资料,指出吐噶喇黑潮主轴存在约100天的振荡周期。Ichikawa[28]基于卫星高度计数据进一步讨论了中尺度涡对吐噶喇海峡的流量及流轴变化的影响。Nakamura et al[29]基于90年代的观测数据,对东海陆坡和吐噶喇海峡之间的黑潮弯曲进行了研究,揭示了黑潮在该海域的双流态结构,指出黑潮南北两条路径之间存在30-90天的转换周期;并进一步探讨了该30-90天高频变化的季节及年际特征。Nakamura[30]利用数值模式对该海域黑潮的流态进行模拟,指出在冲绳海槽北部黑潮存在三种显著的路径:伴随黑潮反气旋式弯曲的北部路径,伴随黑潮气旋式弯曲的南部路径及不稳定的转换路径,且斜压不稳定在黑潮路径的变化过程中起重要作用。
4结语
综上所述,对东海黑潮多时空尺度变化特征的研究已经取得了一些重要的进展,主要研究成果有:
(1)揭示了台湾东北冷涡的形成机制,指出它是由黑潮次表层水在台湾东北遇东海陆架阻挡导致涌升的结果;
(2)对东海黑潮主段的温盐特征、流场结构及流量变化有了清晰的认识,并进一步揭示了黑潮锋面的时空特征及其影响;
(3)揭示了吐噶喇海峡处黑潮流轴南北向摆动的变化特征及其机制,指出斜压不稳定在黑潮路径的变化过程中起重要作用。
可以看出,近些年来国内外学者对东海黑潮的时空变化特征做了不少研究,对其变化特征及其影响也有了一定认识。但受资料时间分辨率的限制,对其季节内变化特征的探讨还有欠缺,对此有必要进行进一步的探讨研究。
参考文献
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[3] Chuang, W.-S., Liang, W.-D., 1994. Seasonal variability of intrusion of the Kuroshio water across the continental shelf northeast of Taiwan. Journal of Oceanography 50, 531-542
今年3月1日,由联合国世界气象组织(WMO)和世界科联(ICSU)联合发起的“第四次国际极地年”活动在法国巴黎启动,从2007年3月1日到2009年3月1日的两年时间内,来自世界60多个国家的几千名科学家将展开超过200个与极地有关的科学项目研究。中国将在极地年推出名为PANDA的核心计划,主题是研究两极地区海洋、大气、冰雪等的相互作用,包括大气、冰川、生物、海洋等学科的中国科学家将连续3年在极地做集中、加强的观测研究。
与此同时,今年世界气象日也将目光对准了极地,今年气象目的主题是“极地气象,了解全球影响”。
极地气象研究为何如此重要?它对我们的生活和环境会有怎样的影响呢?
极地在哪里
南极、北极和青藏高原素有地球三极之称。极地通常指的是南极和北极。
北极,泛指北极圈(66°33′N)以北的地区。包括北冰洋的绝大部分面积、海冰区、岛屿和欧洲、亚洲、北美洲及格陵兰岛在北极圈以内的陆地,总面积约2200多万平方公里。
南极泛指南纬60°以南的海洋、岛屿和大陆,总面积约5200万平方公里。南极大陆冰盖的平均厚度超过2000米,最厚的冰层可达4800米。
两极在地理地貌上最显著的差异是,北极是地球在其最北端的凹陷部分,四面由大陆环绕、近于封闭的永久性冰冻海洋,被喻为白色的海洋或北冰洋,是一片被大陆包围的冰雪海洋。平均水深约1225米,是世界四大洋中面积最小、平均水深最浅的一个海洋。而南极洲是地球在其最南端的凸出部分,是一个四周由海洋包围的冰雪大陆,被喻为白色的大陆或南极洲。其平均海拔高度为2350米,是世界五大洲中平均海拔高度最高、面积最小的大陆。
由于南北两极地处高纬度,因此,在气候和环境上存在许多相似之处:它们分别位于地球的南北两端,大部分地区都终年为冰雪所覆盖,自然环境恶劣,气候寒冷,暴风雪频繁,都是地球上的气候敏感地区,也是制约和影响全球变化,特别是全球气候变化的两大冷源、驱动器和敏感器。但南、北极在环境气候上又存在着明显差异,北极的年平均气温为10℃左右,较南极高15℃~20℃,记录到的最低气温也相差20℃。一般来说,北极的冬季相当于南极的夏季,而南极的冬季则是世界上最为寒冷的季节和地方。
南北两极都是全球著名的暴风雪地区,暴风既频繁又强烈。相比之下,北极暴风的强度较弱,即使在暴风雪强烈的冬季,平均风速也只有10米/秒。而南极地区暴风的年平均风速达17~18米/秒,冬季平均风速可达25~30米/秒,南极内陆高原风速达到45~60米/秒。在东南极大陆沿岸的法国迪蒙・迪尔维尔站上,曾记录到100米/秒的最风,所以,南极被喻为“世界的风极”、“暴风的故乡”。
两极储存了全球冰雪总量的98%以上,世界淡水总量的80%以上。北极的冰雪主要在格陵兰岛,冰雪总量约为300万立方公里,约占全球总冰量的5.4%,冻结的水量约等于世界淡水总量的9%。如果这些冰雪全部融化,全球海平面将上升7.5米。南极大陆的总冰量约为2400万立方公里,约占全球总冰量的90%以上,冻结的水量约等于世界淡水总量的72%。如果这些冰雪全部融化,全球海平面将猛升66米。所以,南极被喻为“地球的冰库”、“冰雪的大陆”。
极地气象学研究什么
气象学家把研究南北极地区各种气象问题的学科称为极地气象学。随着全球气候变化研究的不断深入,极地气象科学也从传统的气象学、气候学、高空气象学、高层大气物理学等,向包括大气物理、大气化学、大气环境和空间天气等更广泛的领域拓展。极地气象的研究历史不算长,仅为100年左右。
极地气象的研究包括两层含义,一是南北极对全球变化有什么反应,即极地的响应,另一点是南北极的变化对全球有什么作用,即极地对全球的反馈。
由于全球大气是一个相互作用和影响的统一整体,南北极是全球气候系统的冷源,赤道地区是全球气候系统的热源,两者遥相呼应,组成了全球气候系统的两极,影响着全球气候的变化。要了解全球气候变化,必须对南北极地区有所研究。
极地大气边界层与冰雪下垫面之间的动力和热力相互作用,不仅影响着大气层结构和局地天气气候,而且对全球大气环流和气候演变也有重要的作用。在中长期天气预报模式、全球气候动力诊断和模拟模式中,都需要了解两极地区的各种热力和动力参数。目前许多先进的大气环流模式和气候模式对极地大气环流和气候的模拟存在较大偏差。其主要原因之一就是因为对北极和南极地区冰雪与大气相互作用的过程认识不足。所以,必须对极地的辐射平衡、水汽、动量输送和能量交换过程及其参数化方案进行深入研究,为气候模式提供更适合极地大气边界层的物理特征参数,进而合理评估极地在全球气候变化中的作用。
极地大洋环流和海冰变化与极地大气环境有密切关系,在全球能量平衡中起重要作用。极地冷水通过沉降从海底向较低纬度地区输送,在全球海洋温盐环流中起启动作用,对全球各大洋的热量和气体交换起重要作用。海冰范围及冰密集度的减少使下垫面反射率和对海-气热量交换的抑制减少,使海洋获得更多的太阳辐射能,与此同时,海水暴露在大气中范围的增加会使从洋面进入大气的水量增加,海洋的热量损失也随之增加,并引起云量的增加,导致洋面接收的太阳辐射能减少。
极地冰盖和大洋沉积物中保留着地球大气地质时期和历史时期气候变化的详细记录,是获取极地气候代用资料的载体。目前利用南极东方站和DOME-C的深孔冰岩芯,俄罗斯(前苏联)、法国和美国科学家通过对冰岩芯同位素、气泡成分及微量物质的研究,获得了近42万年和近74万年以来南极地区温度和二氧化碳及甲烷等气体浓度变化的资料,为判断“温室效应”的影响程度提供依据。在北极格陵兰冰盖也已获得过去25万年以来的气候环境变化记录。这些记录表明全球气候环境变化存在着以大约10万年为周期的冰期、间冰期的循环。在这个循环周期中,间冰期(暖期)一般持续一万年左右,其他时间主要为冰期(冷期)和过渡期。在气候变化的过程中,从冰期(冷期)到间冰期(暖期)的变化速率较快,而从间冰期到
冰期的过渡较慢。
南北极是目前全球受人类活动影响和环境污染最少的地区,开展大气臭氧变化规律和氟里昂等气体向两极输送过程的研究将为揭示“南极臭氧洞”产生机理,以及人类活动对臭氧层破坏的影响程度提供线索。
我国为何研究极地气象
极地冷暖和冰雪状况的变化及其对我国大气环流和天气气候的影响一直是我国气象研究人员十分关心的问题。
我国位于北半球,北极对我们的影响更加直接,比如大家熟知的冷空气活动,冷空气就是从北极的北冰洋、西伯利亚、北极圈里来的,这是北极对我国气候最大最直接的影响,在进行冷空气预测预报时必须考虑北极。
我国科学家还用观测资料诊断分析和数值模拟方法,研究了春季白令海和鄂霍次克海的海冰范围极端异常与东亚夏季风降水变率之间的关系和相关的动力学机制,结果表明:当春季白令海和鄂霍次克海的海冰范围偏少时,夏季东亚高纬度地区存在一个异常高压,该异常高压使我国南方冷空气活动频繁,阻止了东亚副热带夏季风向北推进,使梅雨锋及其降水加强。
南极离我国很远,但南极的冷空气活动同样会对北半球产生影响。1930年代,我国就有学者提出东亚大寒潮穿过赤道后会使印度尼西亚和澳大利亚等国家产生暴雨。这是北半球对南北球的影响。另外,南半球的冷空气活动也会穿过赤道,对北半球太平洋的台风产生影响。这些观点在今天都被研究证实是正确的。事实上,南北半球是相互影响的,南极地区冬季海冰的多少和活动状况会在半年后对东亚和我国东部地区的降水产生影响。这种影响从空间和时间看都是很远的,我们习惯称为遥相关。另外,海冰的多少、海冰的活动还对厄尔尼诺产生影响。
我国东北地区纬度偏高,处于热量的边缘地带,夏季的低温冷害是个很大的灾害,直接影响农作物的成熟和收获。低温冷害的发生与前期南极地区海冰的活动情况也存在统计关系。气象数值模拟表明,南极海冰变化后,在赤道地区发生异常的小波动,这些波动会穿过赤道,影响我国东北地区。由于两者的活动周期时间间隔一般在半年左右,研究南极的海冰变化情况,可以从中找到对我国天气气候产生影响的强预测信号,便于预报气候。
极地对全球变暖的响应
联合国政府间气候变化专门委员会日前公布的第四次评估报告称,全球气候变暖是无可辩驳的事实,南北极的气候变化是全球气候变化的指示器,极地环境的各种参数对全球变化十分敏感,如果南北极的冰雪全部融化,会使海平面上升近70米,对各国的影响不得了,全球的洋流、季风也会发生变化,进而影响到人们的生活,所以我们对极地的变化应十分关心。
但气候变化非常复杂,不同区域的表现是不一样的。在全球变暖的大背景下,可能某些区域甚至变冷了。
从北极来说,变暖得最厉害。但在南极地区则不完全是这样。就气候变化而言,南极洲是地球上“惯性”最大的地区,非常稳定,冰原的代谢率极慢,与其他大陆相比,南极大陆地表反射率均匀,且几乎没有年变化,地表风系也较其他大陆上更具持续性。因此南极大陆在南极区气候体系中具有控制性的、稳定的特点,从目前情况看,全球气候变暖对南极的影响并不像北极那么大,近40余年来南极和邻近地区温度与全球平均温度的变化并不一致。南极地区的增暖主要发生在南极半岛地区,在南极大陆主体并不明显,近十余年来还有降温趋势。对南极冰川学实测资料和由雪坑、冰芯获得的气候代用资料的研究表明:东南极地区冰盖物质的补充大于消融(正平衡),冰盖是稳定升高的;而在西南极地区冰盖物质的补充小于消融(负平衡),冰盖是不稳定的。
目前,全球海平面上升的主要原因不在于南极冰盖,而在于北极格陵兰冰盖及高山冰川的消融和海水增温后的热膨胀效应。在未来100年,海平面升高的幅度并不太大,为十几个厘米到几十个厘米。对我国的影响不是很大。
但因为气候变化的尺度一般以数万年为单位,今后会发生哪些变化,尚需进一步研究。
极地研究的未来在哪里
中国游艇产业逐渐从纯出口型转向国内市场,并通过网罗国际游艇人才和技术,凭借船艇制造优势逐步跨入世界游艇产销大国行列。中国造船业在2010年成功突破了产量6500万吨大关成为世界造船第一大国,中国船艇中,同样以玻璃钢为建造材料的全封闭抛落式救生艇赢得了超过全球60%的市场份额,为中国游艇制造业的发展奠定了技术基础。
本文“广州发展游艇文化和游艇产业研究背景、发展障碍与突破点”,主要从世界游艇产业发展走势、中国游艇产业发展战略机遇期、主要沿海省市游艇产业竞争力、中国游艇产业大发展的6大障碍、激发广州游艇产业创新活力的8个突破点等五个方面进行交流。
一、世界游艇产业发展走势
1、世界游艇经济总量
据国际游艇设施委员会的数据显示,目前世界游艇年消费额高达400多亿美元,如果加上相关的维修、管理、娱乐等费用,全球每年游艇经济收入超过500亿美元。目前,北美游艇销售量居世界之首,欧洲次之,亚洲日趋兴旺。
2、世界游艇发达国家人均拥有游艇比例情况
目前美国每14人就拥有一艘游艇;挪威新西兰等国家人均拥有游艇比例高达1/8;荷兰为1/10;内陆国家瑞士人均拥有游艇比例也达到1/69。
表1 世界主要发达国家游艇人均比排序
欧美国家的游艇娱乐参与度极高,以美国为例,美国约有7000万大众参与游艇相关活动,约占全国人口的近1/4。同时,拥有注册游艇约1280万艘,非注册游艇约400万艘,总计约1680万艘。同时拥有约1300家游艇俱乐部,12375家码头设施,为游艇活动提供了完整的配套服务。
3、世界游艇产业重心转移趋势
西方游艇产业已趋近饱和,其中北美洲、欧洲的游艇市场销售和生产规模分别占世界游艇市场整体规模的90%和80%以上,金融危机重创后,未来游艇经济重心向中国、海湾国家、俄罗斯等新兴市场的转移趋势明显。
4、中国游艇经济空间广阔
据海外研究显示,游艇产业发展可推动游艇研发、设计制造、销售、使用、维护保养、修理、管理、餐饮、酒店、房地产等产业发展,在游艇上投资1美元,可引发6.5至10美元的乘数效应,游艇经济所能产生的巨大社会和经济效益已经引起了广泛关注。目前,中国已经成为世界第六大游艇生产国,全国已建成、在建和已经规划的游艇俱乐部99家,游艇驾驶培训学校18所,游艇泊位约7000个。中国珠三角、长三角、环渤海沿海省份人均GDP已经达到或超过6000美元,已经初步具备快速发展游艇产业的经济基础,伴随各级地方政府的积极引导和游艇文化的不断推广,中国游艇产业将迈入快速发展阶段,预计五年内游艇保有量有望新增10000艘,年均复合增速达34.08%。
二、中国游艇产业发展战略机遇期
1、游艇产业将提升为“国民经济的战略性支柱产业”
2009年12月1日,国务院颁布第41号文件《关于发展我国旅游业的指导性意见》,文中不仅把旅游业提升为“国民经济的战略性支柱产业”,同时首次提出,支持有条件的地区发展邮轮旅游、游艇旅游,把邮轮和游艇旅游装备业列为产业目录。建国60年来,国务院文件首次提到了“游艇”两个字,这就是游艇界的机遇。现在中国的游艇制造业有374家企业。目前,广东的珠海、深圳、东莞和广州,江苏的常州、无锡、苏州,福建的厦门,山东的青岛,以及上海等地已初步成为我国游艇工业的重要基地。
据专家判断,中国游艇产业在未来3至5年会有爆发式的发展。5年以后应该是中国游艇产业的快速发展时期。未来10年,中国的游艇拥有量会从现在的1500艘增加到10万艘,我们判断中国游艇产业是500亿人民币到1000亿人民币产值。现在国家非常重视整个海洋经济,游艇经济作为海洋经济的一个重要分支。游艇经济是一种新兴的产业经济形式,也是一个高附加值的经济活动,游艇产业是目前最具活力和前景的一个产业。澳大利亚游艇咨询师认为,游艇行业在中国在未来也应该有很好的发展。
2、我国游艇游艇制造企业数量及分布现状
图1 中国游艇制造企业数量及分布
表2 2007年年销售收入1000万以上的主要游艇企业
3、游艇产业发展规律揭示:珠三角游艇经济定会领跑全国。
・经济基础
游艇产业发展规律表明:人均GDP达到3000美元,游艇经济开始萌芽;超过5000美元,部分具备购买游艇能力的人开始买游艇。根据《2009年广东国民经济和社会发展统计公报》,零九年珠三角地区人均GDP已达到了9855美元,人均财富的增长为游艇业的发展奠定了一定的经济基础。
・地理环境
广东南濒南海,与港澳相通,全省海域辽阔、海岸线绵长,拥有海域面积达42万平方公里,是陆域面积的2倍多,占全国14%;有大陆海岸线4000公里,占全国19%,居首位。从气候条件上看,南方基本没有寒冬,一年四季均可出海,这是山东、江浙无法比拟的。这些对开展游艇业都是极大利好。
・消费结构
从消费结构来看,能够购买私人游艇的人士个人资产通常在1千万元以上,珠三角富豪排全国首位,再加上部分进入珠三角的港澳富豪,广东能够消费得起游艇的人群规模超过10万人,居全国之首。粤港澳一水相连,协力发展游艇经济底蕴深厚,未来定会领跑全国。
三、主要沿海省市游艇产业竞争力
《中国游艇产业发展综合报告2011》认为,广东游艇产业竞争力处于全国领先地位,广东五项指标排名全部位于前三位,其中游艇工业位居首位,经济条件、政府管理和自然环境排名第二,游艇服务相对较弱,排名第三(见表3)。
表3 主要沿海省市游艇产业竞争力指数及排名
从竞争力指数分析结果,广东游艇工业竞争力有明显优势,得益于制造和出口优势;游艇服务广东不及上海,广东游艇俱乐部没有上海密集,展会规模不及上海;滨水景区和气候条件广东比浙江稍好,但广东的岛屿数量、分布不及浙江;经济条件广东稍逊于上海;政府管理竞争力各省市的差距不大,说明了政府对游艇产业发展的态度比较一致。
图2 主要沿海省市游艇产业竞争力综合指数
四、中国游艇产业大发展的障碍
障碍之1:文化缺失。
澳大利亚资深游艇专家约翰?亨森提出游艇文化的缺失将会影响中国游艇产业的发展。游艇业发展关键在于游艇文化,如果中国的游艇业要取得很好的发展的话,就需要在中国建立起相关的游艇文化。
清华大学游艇与游艇环境研究所专家指出:中国游艇业为什么还是以出口加工为主的产业状况?并不是说中国并没有能力来消费,但是事实上涉及到一个文化环境建设问题。
中国的航海文化实际上在明代已经割裂了,中国的传统文化受地缘因素影响,属于典型的大陆型的文化,禁运禁海造成了中国对海洋认识形成本质上的缺失,中国人对于游艇这项根植与海洋文化中的运动并不是十分理解和感兴趣的。参观完天津的游艇基地规划后我很感慨:这样一个涉及十几平方公里以游艇为主题的大型项目,没有考虑游艇上的人互相之间如何联系,以及他们之间的关系,更多是一种建筑式的,是站在地上规划。
障碍之2:产业边界。
游艇产业边界由游艇设计、游艇制造业、游艇消费服务业、游艇关联产业四大部分构成。结构如表4所示。
表4 游艇产业边界结构
游艇设计是游艇产品开发中的一个重要坏节,而且它含有艺术创造的内容。
游艇制造业位于游艇经济产业链之首位,是发展提升整个游艇产业的关键,是发展潜力巨大的环节。
游艇消费服务业具有以下产业特征:第一,文化性与娱乐性并存;第二,高附加值高经济效益;第三,环境依赖性;第四,产业集聚效应明显。
游艇关联产业,游艇制造形成的游艇产业链带来的综合经济效应将是巨大的。它的生产将带动新型材料、料、电子仪器、仪表、动力、推进系统等几十个配套工业的发展,并形成完整的“游艇制造销售俱乐部休闲旅游维护保护”产业链。游艇消费,也将带动游艇码头、游艇运输、游艇维修、游艇加注、水上娱乐、餐饮服务等一大批相关行业的迅速发展。
对游艇产业边界完整把握、协调发展,是中国游艇产业发展的重要前提。
障碍之3:人才瓶颈。
目前中国大多数游艇企业技术实力较弱,研发能力不足,仿造国外设计的现象屡见不鲜,缺乏人才是一个重要因素。目前游艇方面的设计制造人才极其缺乏,国内没有专门开设游艇专业和课程,与之相关的船舶专业毕业生更倾向于市场火爆的钢制船建造及设计单位。
障碍之4:品牌欠缺。
我国很多游艇企业都在从事为国外知名企业贴牌生产或来料加工,仅有少数企业买断国外游艇品牌在中国生产销售权而进行自主生产,拥有自主品牌的游艇生产企业很少。游艇企业壮大的真正瓶颈是缺乏品牌。有自主品牌使我国很难在国际游艇产业竞争中立足。
障碍之5:国家政策。
目前,厦门、福州、三亚、海口4个城市成立了以市长为首的游艇产业发展领导小组,有8个城市制定了《游艇产业的总体规划》。但我国游艇产业的发展,仍然是处于黎明阶段,还存在着很多的制约因素。国家层面还没有出台促进这个产业的发展的一揽子政策。比如国家税务总局征收的游艇特别消费税,将游艇纳入奢侈品行列,是一个误解,加上车船税等,这无疑对初生游艇产业发展起到一定制约因素。
障碍之6:海区隔离。
除了国家的政策障碍,实际上还有很多阻碍发展的因素。比如我们的游艇虽然现在可以跨区航行,但是审批手续非常困难。我们的游艇驾驶证为区域性,不能全国通用,这些区域化隔离,事实上也阻碍了游艇消费。
五、激发广州游艇产业创新活力的8个突破点
1、大力发展广州游艇文化
广州是古代海上丝绸之路的发祥地。发展广州游艇文化是重塑两千年古都名城,建设城市海洋文化文明这张非常响亮的城市名片的重大举措!2003年,广东造船工程学会向广州市长提出“建造“南海”仿古船迎接“哥德堡Ⅲ号”来访的建议”,也得到了市政府的大力支持,广州建造了一艘三桅仿古木帆船---“南海神”广州日报号。
重温两个半世纪前,哥德堡1号劈波斩浪,跨越时空,把天各一方的两个城市---瑞典哥德堡和中国广州这两座海港城市紧紧相连。2003年7月18日,瑞典仿古商船哥德堡号重回广州,重圆260年前的梦;这一辉煌航海文化的历史,充分呈现了广州这座城市海洋文化名城的魔力与影响力!21世纪走向海洋将成为必然,在此趋势下,国民的海洋意识和海洋文化亟需提高,游艇运动作为大众型的海洋(水上)运动,对此将大有裨益。广州的“游艇文化”建设的过程将会成为中国“海洋文化”复兴的重要组成部分。
2、战略规划引领游艇文化与游艇产业创新发展。
游艇产业是第二产业和第三产业的完美结合。提升广东游艇产业竞争力的创新之路,必须从游艇工业(游艇制造、游艇产业园区、游艇出口、游艇配套供应和科研创新能力)、游艇服务(游艇俱乐部、游艇展、游艇驾驶培训、游艇行业协会)、自然条件(水域岸线、海域面积、海岛、气候特征、滨水景区)、经济条件(人均国民生产总值消费人力旅游经济)、政府管理(政府产业定位、景观水系规划、相关政策。法规配套)等5个方面着手。政府要以战略规划引领引领游艇文化与游艇产业创新发展。以政府积极推动为引擎,坚持区域间联动,发展大旅游、形成大市场、培育大产业。
3、加强游艇业界与世界游艇业界的交流互动。
随着中国游艇市场的发展,该产业将与国际接轨的速度加快,广东游艇业界要加强与世界游艇业界的交流互动,技术交流、人员互访、乃至原料研发,工艺推陈出新的交流合作。以中国游艇市场来看,中国特别是广东有可能成为继地中海区域以及北美区域以外的最大的游艇市场。
4、加强游艇制造业技术研发。
中国游艇制造业格局是两头在外:设计在外、销售在外,大部分产品出口欧美。反观台湾业界,近年持续投资游艇研发提升品质,强化节能与绿能,以技术特色的加值,带领台湾游艇建立更精进的优质产业,积极建立台湾游艇优良的品牌形象。广州要加强游艇制造业技术研发,改变游艇制造方面的空白,占领游艇研发制高点。
5、加强码头岸线规划和区域管理。
目前天津市海事局成立了游艇管理中心,这是中国第一个海事局成立专门的管理中心,希望广州市政府规划部门,能够加强码头岸线规划和区域管理。在海岸线上留有公共游艇码头,有条件的时候可以建设公共游艇码头,为中小游艇提供必要的服务。
6、加速审批广州航海高专提升本科大学,创建游艇产业学院。
鉴于目前游艇方面的设计制造人才极其缺乏,而国内至令没有专门高等学校设游艇学院开游艇专业及其相关课程作为游艇人才培养高地,而广东省到2015年游艇产业规模和出口要继续保持全国第一的优势,游艇娱乐和配套服务赶超国内先进省份,树立游艇产业全国领先的典范。广州要真正成为我国发展游艇经济先导区龙头,应加速审批广州航海高专提升本科大学和创建游艇产业学院作为广州发展游艇文化和游艇产业的重大战略举措。
7、广州要成为我国发展游艇经济先导区龙头。
游艇是一种高技术、高附加值、高利润的产品,在正常年份,其销售额已接近海运商船的销售总额。同时,游艇产业是一个产业集群,游艇业的发展充分体现了现代服务业和制造业的有机结合。游艇的生产将带动几十个配套工业的发展;而它的消费,也将带动游艇码头、游艇修、燃料加注、水上娱乐及宾馆餐饮等一大批服务行业的迅速发展。到2015年,广东省游艇产业规模和出口要继续保持全国第一的优势,游艇娱乐和配套服务赶超国内先进省份,树立游艇产业全国领先的典范。完成以珠江三角洲为核心的游艇制造基地建设和游艇休闲港的建设,以游艇制造和游艇娱乐为中心延伸产业链,初步形成中国南方最具规模的游艇产业集群,打造最具魅力海上游艇观光休闲基地;游艇自主研发能力显著增强,艇用设备国产化水平明显提高,自主产品研制取得突破,游艇制造技术达到国际先进水平。到2020年,广东省游艇产业整体实力和规模进一步提高,游艇产值达到全国份额的30%以上,继续保持全国领先的地位,广州要真正成为我国发展游艇经济先导区龙头。