海上结冰，中国哪里可以看？

2025年1月，辽东湾的一处海滨，成片的海冰已经覆盖海面。海冰的形成与海水的温度、盐度、海表风力以及水流等因素密切相关。它并非简单的冻结现象，而是一个动态的过程，既受大气的影响，又和海洋的循环密切相连。摄影：左凌仁

说起海冰，人们总是联想到位于地球两端的南北极——作为全球冰冻圈的重要组成部分，南北极拥有地球上绝大部分海冰储量。其实在我国渤海，冬季也能看到“冰、海”共存的奇观。渤海是北半球纬度最低的大面积结冰海域之一，每年11月末到次年3月，都会出现不同程度的结冰现象。也因此，这里孕育出了与海冰密不可分的独特生态和人文习俗。

随“中山大学极地”号逐冰而行

“轰隆隆……轰隆隆……”耳边突然传来船体被轻微撞击的声音，躺在房间里的我赶紧跑到窗边，映入眼帘的是连绵不绝的白色海冰。我意识到，科考船已经到达了渤海辽东湾的海冰边缘区。我既兴奋又紧张，因为这是我第一次亲眼见到海冰，也意味着我的科考任务即将到来。

故事要从2025年1月4日讲起，我有幸与来自全国多所高校和科研院所的33名师生共同搭乘“中山大学极地”号，从广州市南沙区出发前往渤海辽东湾，开展为期44天的渤海冬季冰—海系统关键过程及其生态环境效应重大科学考察。本航次的科考队员们背景各异，涉及海冰、水文、生态、化学等多个领域，从刚入学的硕士研究生，到从事相关研究几十年的教授，都将以船为“家”，在一年中最冷的时节在渤海逐冰而行，为渤海海冰和海水开展全方位的“体检”。

在2025年1月启动的冬季渤海冰区综合调查期间，调查人员完成了卫星遥感—无人机航飞—科考船协同观测，以便于深入理解和认识冬季渤海海冰生消过程及其对渤海生态环境特征与调控机理。

图源：张智伦

这是科学家们首次深入到渤海辽东湾海冰发育区域开展持续观测。在我国冬季，一般的科考船由于缺乏破冰能力，只能到达渤海海冰外围区域作业，而“雪龙”号和“雪龙2”号在此期间基本都已开赴南极开展科学考察，无暇顾及渤海。因此，深入渤海海冰区域事宜始终无法提上日程。“中山大学极地”号于2024年正式交付使用，是我国第三艘、高校第一艘具有南北极全域破冰能力的科考船。借助于“中山大学极地”号强大的破冰能力，科学家们亲临渤海密集冰区开展科学研究的愿望终于实现了。

北半球纬度最低的海冰

渤海海冰

提到海冰，可能很多人会觉得它跟河冰、湖冰，甚至北方冬季家门口的“冰溜子”一样都是冰块，但其实并非如此。海冰是海水表面冻结而成的冰层，它随风漂浮、随水流转，随着气温的变化而生长或消融。不同于河冰和湖冰，海冰更具流动性，甚至能够承载动物、船只在其上移动。

海冰的形成与海水的温度、盐度、海表风力以及水流等因素密切相关。它并非简单的冻结现象，而是一个动态的过程，既受大气的影响，又和海洋的循环密切相连。海冰多在南北两极形成，而渤海是北半球纬度最低的海冰区，原因有三：一是渤海冬季常年受到西伯利亚寒潮和大陆性季风气候的强烈影响，气温常降至零度以下，这是其可结冰的必要条件；二是渤海海水盐度较低，平均盐度约为24.7‰，远低于全球海水平均盐度（34.48‰），使其冰点相比全球海水更高（约-1.3℃），更容易在低温条件下结冰；三是渤海水深较浅、海洋热容量较小，且渤海三面被陆地包围，限制了外部暖流的进入，这些原因共同导致海水温度更容易受冷空气影响而降低，进而结冰。

20世纪八九十年代，渤海海冰在2月份的覆盖面积通常能稳定在约3万平方公里，接近于一个海南省的面积。然而，21世纪以来，渤海海冰面积出现显著退缩，多在2万平方公里以下。图源：卜洪权

渤海海冰主要出现在冬季12月到次年3月之间。冬季气温骤降，海水逐渐由液态转变为固态，海冰的“诞生”便从这一刻开始。

渤海的海水与气候特点使得海冰在北部的辽东湾尤为常见。每年冬天，冷空气从北方袭来，气温骤降，当海水表面温度降到-1℃左右时，海水开始结冰。在这个过程中，海水中的盐分一部分进入冰晶结构中，形成“卤泡”；另一部分析出到周围的水中，形成了盐分浓度较高的海水，进一步推动了结冰过程。可以想象，在冬季的寒风中，渤海的海面上从北部边缘开始悄悄“长出”一层薄薄的冰层，像是海洋穿上了第一层冬装。这时海冰的厚度只有几厘米，表面像油脂一样润滑，被称为脂状冰。

海水开始结冰后，风力和海流开始发挥作用。渤海冬季常刮寒冷的北风，风速可达每秒12米，它与海流一起把刚形成的海冰推向不同区域。随着海冰之间的碰撞和摩擦，每块海冰会呈现出规则的圆形或椭圆形，并且边缘会出现一圈隆起，看起来像荷叶一样，也被叫做荷叶冰。在偶尔风平浪静的时候，海冰则会快速生长并在水平方向上相互连接，形成大面积、光滑的冰面，这种冰叫做尼罗冰。荷叶冰和尼罗冰的厚度往往小于10厘米，是渤海常见的海冰类型。

随着温度持续降低，渤海海冰通常会在2月达到最大厚度，约10—20厘米厚。在气温、风、浪、流的共同作用下，海冰也会不断经历融化与再冻结、破裂与重组等过程，最终形成形态各异的冰层。此后，随着气温逐渐回暖，渤海海冰也进入了一个漫长的消融阶段。海冰开始变薄，最终在春季完全消失。这一过程中，海水逐渐恢复了它的流动和波澜，渤海的“冰雪奇缘”也因此画上了句号。

为渤海海冰做“体检”

渤海是我国北方重要的航运通道之一，由渤海湾、辽东湾和莱州湾组成。在冬季，渤海海冰通常是由沿岸地区向远海区域生长，特别是在辽东湾和渤海湾，厚重的冰层会使得港口和航道封闭，造成运输困难。对渤海沿岸的航运工作者和渔民们来说，海冰的出现为冬季的工作按下了暂停键。商船和渔船不得不停止航行，提前回港停泊，等待冰层融化。近年来，由于气候变暖，渤海海冰厚度有所减薄，渤海的航运和渔业活动有了较大改善，但极端天气年份，海冰突然增厚仍会对航运和渔业造成较大影响。此外，海冰对海上油气平台的运营和维护也有重要影响。

虽然海冰的出现会为渤海区域的人类生活和生产带来麻烦，但对科研人员来说却是难得的研究机会。本次科考可以说是渤海海冰前沿研究的缩影，科学家们使出十八般武艺，不分昼夜地为海冰做“体检”。

渤海冬季海冰高密集度冰区的观测数据稀缺，限制了对渤海冰下海洋环境与生化要素变化过程的认识和理解。所以在冬季渤海冰区开展海冰—海洋—生态综合调查十分有必要，有助于我们更好地认识海冰对渤海生态系统季节变化的潜在影响。摄影：左凌仁

夜晚的渤海像一个无边的黑洞，科考船好似漂浮在一片虚无中。船体四周只闻寒风咆哮，浪涛汹涌，伴随着海冰与船体碰撞的声音。在这样嘈杂而又宁静的夜里，我听见船上隐隐传来大型机械作业的声音，循声而去，发现是大连理工大学的团队仍在后甲板忙活。

来自不同方位的数盏大功率照明灯将后甲板周围约30米范围内大块海冰照得清晰可见，甲板尾端一左一右两台吊机辅助牵拉着墨绿色的铜制采冰笼，科研人员控制主吊机转动机械臂，将几十公斤的采冰笼“砸入”冰面。一时间海水四溅，海冰被突如其来的大力击碎，部分海冰顺势被框入笼中。待吊机将“猎物”拉回甲板，蓄势待发的科研人员又转头操作起锯骨机，把这些海冰样本精密地分割成巴掌大的冰立方体。听大连理工大学的汪天祥老师介绍，“这些海冰样本将用于厚度、密度、盐度等海冰物理参数测量以及化学元素化验”。

尽管同样是开展海冰研究，但不同团队的研究侧重点存在较大差异，我所在的中山大学极地遥感团队主要是利用多种空天遥感手段研究更大范围的海冰分布信息。本航次途中，我们将无人机上升到70米高度。由于无人机每次只能扫描一个条带，而最终的数据需要覆盖一整片区域，因此只能操控无人机，在以船体为中心的方形作业区域内走“之”字形，如此往复，以开展海冰的测绘遥感工作。尽管数据采集的过程十分枯燥，但当我第一次通过无人机看到科考船扎入茫茫冰海之中的壮观景象时，突然觉得这一切都是值得的。

夜间，辽东湾海冰的结冰状况良好，所以“中山大学极地”号上的科研人员在甲板上进行CTD观测及采冰作业，以获取海水温度和盐度，海冰温度、盐度和厚度等物理、化学及生态参数。图源：张智伦

“中山大学极地”号排水量近六千吨，长约80米，宽约18米，破冰能力位于世界前列。毫无疑问，这是一艘体型十分庞大的科考船。但从70米高空往下看时，磅礴的海冰在无际海面绵延数百公里，这只红白配色的巨物则好似沧海一粟，让人心中不由升起“星垂平野阔，月涌大江流”的震撼，又同时不免产生“孤舟蓑笠翁，独钓寒江雪”的孤寂感。

无人机搭载了光学相机和激光雷达：前者就像人眼一样，能够时刻记录渤海海冰的“颜色”；而后者就像是在冰面撒下了无数颗“种子”，每个种子都会记录其三维位置信息，这些“种子”连成一片，就能构成海冰表面的数字化模型。无人机在航飞作业的同时，还有一双双“天眼”在监控着渤海海冰的动态，他们就是遥感卫星。这些卫星能在更大的范围内记录渤海海冰对电磁波的反射、发射和散射信号，通过建立一系列海冰物理模型和人工智能模型，并结合精细的无人机观测数据，我们可以获得渤海海冰密集度、厚度、粗糙度等一系列物理参数信息。

此外，船上还有中国海洋大学和天津大学的科研团队，他们利用温盐深仪、垂直网、采泥器等多种设备“打捞”海水和海底泥。中国海洋大学的陈显尧老师告诉我们：“这些样品将用于测量海水的温度、盐度、密度、营养盐浓度、颗粒有机物含量等参数，为深入理解渤海海冰生消过程对海洋能量和物质迁移、生态效应影响等提供数据支撑。”

渤海海冰为何重要

科学家们为什么如此关注渤海海冰？因为海冰对我国冬季渤海地区的气候、生态和人类活动都有着十分重要的影响。

相比海水，海冰更“亮”（即反射率更高），它减弱了海水对太阳辐射能量的吸收，结冰过程中析出的高盐度、高密度海水也会影响渤海表层的环流。海冰可以看作渤海表面的“盖子”，既减弱了海水的蒸发，又阻止了海洋热量的损失，还抑制了海浪的传播。上述多种过程综合在一起，共同影响渤海地区的大气和海洋状态。因此，海冰研究属于多学科交叉型研究，包括海冰物理学、海冰动力学、海冰对气候变化的响应等多个方向。

辽东湾的海冰绝大多数都属于浮冰，按其形成和发展阶段，海冰可以分为初生冰、尼罗冰等几大类。尼罗冰厚度小于10厘米，是有弹性的薄冰壳层，在波浪和外力作用下易于弯曲和破碎，并能产生“指状”重叠现象。摄影：左凌仁

海冰物理学主要研究海冰的形成、生长、消融过程及其物理性质，而海冰的物理特性受气温、水温、风速等多种因素影响。科考船途经辽东湾海域时，开年的一次寒潮为我们送来了形态各异的“新鲜”海冰。我们在距离鲅鱼圈西南方向约15海里的区域停船，利用无人机拍摄了海冰的分布状态，随后又一路向北，扎入更密集的冰区，用吊笼采集了大片海冰样本，厚度多在5—15厘米之间。船上来自大连理工大学、进行长时序渤海海冰研究的学生告诉我：“极端寒冷年份，渤海海冰厚度甚至可以达到40厘米以上，特别是在近岸区域。”科研人员对这些海冰的密度、盐度等数据也进行了进一步测验，以分析海冰的动力学和热力学性质。

海冰动力学则主要研究海冰在风、浪、流等外力作用下的运动规律。这次科考中我留意到，渤海海冰的漂移速度远比想象中快得多。当我们停船作业时，我在甲板上眺望船首的一块形变冰，仅不到两分钟的时间，这块冰就匆匆漂到船尾去了（约80米）。对此，我们进行了专门的测量，发现渤海海冰的运动速度通常在0.1—0.5米/秒之间，但在强风条件下可超过1米/秒，基本是强风和潮汐共同导致的结果。海冰在快速运动状态下会产生堆积和断裂，对航运和海上设施造成安全隐患。

在波动的海面上，结冰过程比较缓慢，会冻结成莲叶冰。莲叶冰的边缘由于与其他冰块碰撞，而形成一圈凸起，仿佛海面上的一朵朵莲叶。图源：张智伦

气候变化对渤海海冰的影响是近年来的研究热点之一，此项研究对于渤海海冰灾害预警和海上交通管理也具有重要意义。随着全球气候变暖，渤海海冰的范围和厚度都呈减少趋势。近年来，学者们通过长期遥感观测和数值模拟，对渤海海冰对气候变化的响应机制进行了深入研究。结果表明，渤海海冰的变化与北极海冰的变化具有一定的相关性，但其响应机制更为复杂，仍有待明确。

尽管海冰对于人类而言是一种灾害，但将视角放到更广阔的生物层面来看，渤海海冰同时也是渤海生态系统的“维护者”和诸多动物的庇护所。海冰为许多海洋生物提供种群恢复空间和捕食场所，其冻结过程中析出的盐分是海藻等初级生产力的重要营养源，对整个渤海的食物链和生态系统的稳定性具有重要影响，还与一些特定的生物习性有直接关联，比如斑海豹在冰上产仔育儿等。这次科考过程中，我们便有幸遇到了国家珍稀保护动物斑海豹。

2月9日上午，天气晴好，海面能见度很高，科考船暂停在辽东湾海冰边缘区休整。我和几名队员正在前甲板上眺望风景时，队员吴家和表情激动，兴奋又焦急地呼喊我们过去：“快来，海里有海豹！”大家纷纷跑到后甲板上，又控制着动静怕吓走了这些大自然的小精灵。只见离船八九十米处，海面露着半只黑色的小脑袋，正好奇地往这边看。说实在的，别看海豹体型不小，但它在广袤大海的掩护下，不仔细看还真注意不到。它大概迟疑了十来秒，就又悠哉游哉地潜入水下游走了。“这小东西本来趴在海冰上，发现我在看它后，不知道是怕人还是害羞，下到水里了，还露半个头出来暗中观察。”吴家和笑着讲起刚刚的神奇经历。我们运气属实不错，后面又与可爱的海豹打了两次照面，也算是这趟略显枯燥的科研旅程中难得的乐趣。

正在消失的渤海海冰

40年减少50%

“中山大学极地”号于1月14日就进入了渤海辽东湾海域，然而却一直未能见到本次的研究对象——海冰的踪影。大家焦灼地等待了半个月，经历了两轮寒潮，直至1月30日，海冰才姗姗来迟，并且绝大部分海冰的厚度小于10厘米，覆盖范围也比往年更小，更偏北。据中国自然资源部北海区海洋预报台发布的详细数据显示，辽东湾冰情于2月9日达到峰值，然而当日渤海海域海冰总面积仅约16633平方公里。

已有的研究表明，过去40年间，随着全球气候变暖，渤海海冰的面积和厚度均出现了不同程度的缩减。20世纪八九十年代，渤海海冰在2月的覆盖面积通常能稳定在30000平方公里，接近于一个海南省的面积，海冰厚度稳定在10—20厘米。然而，21世纪以来，渤海海冰面积出现显著退缩，多在20000平方公里以下，海冰厚度也缩减至5—10厘米。

除了长期的趋势性变化，渤海海冰的极端年份事件在近20年也有所增加。例如，2010年和2017年，渤海出现了异常的寒冷天气，海冰的覆盖面积在短期内出现了大幅度增加。2010年1月，渤海的海冰覆盖面积一度达到40000平方公里，创下近十年的新高。尽管如此，这些极端现象通常与短期的气候异常相关，并不能改变渤海海冰的长期变化趋势。

全球变暖很可能是导致近40年来渤海海冰退缩的直接原因。更为温暖的气候使得渤海地区的气温和水温上升，海水结冰的条件变得不再理想，导致海冰的形成周期缩短，厚度减薄。在此基础上，海风和海流的作用使得渤海海冰更不稳定，更易破碎和流动，难以形成厚实的冰层，进一步抑制了其增厚。

全球变暖很可能是导致过去40年间渤海海冰面积和厚度缩减的直接原因，海冰的形成周期缩短，厚度减薄。在此基础上，海风和海流的作用使得海冰更不稳定，更易破碎和流动，难以形成厚实的冰层。摄影：左凌仁

对于科研工作者而言，未来需要开展更多的渤海海冰综合调查工作，并结合空天遥感、数值模拟、人工智能等先进技术手段，更深入地认知渤海海冰的变化机制及其对气候和生态环境的影响，为渤海的海冰冰情保障和生态环境保护等工作提供科学力量。

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责编：周伊萌 王旭辉

美编：李彦霖

校对：段海英

审核：任红

来源：《中国三峡》杂志 2025年第11期 有删改