加拿大海岸警卫队船只对加拿大北极海上事件的预期最大救援时间（METR）

《Safety Science》：Maximum Expected Time of Rescue by Canadian Coast Guard vessels to maritime incidents in the Canadian Arctic

　　

全球变暖已使加拿大和北极的年均温度分别升高了1.7°C和2.3°C（1948年至2016年）。这已导致海上活动增加，未来预测进一步加剧了对北极航运事故的担忧。国际海事组织（IMO）的《极地规则》是极地水域航运安全的主要监管工具，要求船舶估算预期最大救援时间（METR），即船舶在外部救援到达并将全船人员转移至安全地点之前应保持自持的时间。该规则规定METR应至少为5天，但目前缺乏估算METR的方法。本研究探讨了在加拿大北极地区，5天响应时间是否足够。研究人员聚焦于官方资产（特别是加拿大海岸警卫队（CCG）船只）的响应，建立了一个模拟模型，考虑冰覆盖率、季节变化、水深测量和船舶破冰能力来估算响应持续时间。模拟基于自动识别系统（AIS）和历史上的海冰数据分析，以识别可用CCG船只对加拿大北极事故的响应时间的时空模式。研究人员展示了加拿大不同北极区域在双周时段的结果，揭示了《极地规则》5天METR要求在一年的多个时间点常常不足，尤其是在冰覆盖率高的加拿大北极西部区域。讨论部分重点阐述了研究结果的实际和政策影响，并概述了未来研究的多种方向。

### 论文解读：加拿大北极海域船舶预期最大救援时间（METR）的模拟评估

#### 一、研究背景与问题

全球变暖导致加拿大北极地区平均气温显著上升，海上活动随之增加，北极航运事故风险加剧。国际海事组织（IMO）《极地规则》要求船舶计算预期最大救援时间（METR），即船舶在外部救援抵达前应保持自持的最短时间，该值通常设定为至少5天。然而，现有研究指出《极地规则》对“生存”定义模糊，且缺乏针对加拿大北极水域的METR估算方法。同时，搜救（SAR）资源有限、基础设施不足、环境恶劣，导致实际响应时间可能远超5天。特别是加拿大海岸警卫队（CCG）船只作为主要海洋救援力量，其响应时间受冰况、季节、水深及船舶破冰能力等多因素影响，现有模型多基于欧氏距离或忽略冰阻，无法真实反映北极救援时效。为此，研究人员开展此项研究，旨在建立模拟模型，评估不同区域和时段内CCG船只的METR，并为政策改进提供依据。论文发表在《Safety Science》。

#### 二、主要技术方法

研究人员采用以下关键技术方法开展研究：
1. **专家访谈与研讨会**：分三阶段进行，共访谈15位专家（来自CCG、交通部、船级社等），识别影响CCG船只航行时间（TT）的关键因素（如冰浓度、船舶冰级、水深等），并确定模型输出格式（按17个航运安全控制区（SSCZ）及26个双周时段汇总）。
2. **AIS与海冰数据分析**：基于2018—2019年两年CCG船只的自动识别系统（AIS）数据，随机抽取每船每时段7个起始点；结合30年历史海冰数据，计算每个网络弧段的极地风险指数结果（RIO）统计量（取第一四分位数Q1）。
3. **运输网络构建与路径优化**：采用Stoddard等人（2024）的北极运输网络（137,494个节点，1,099,952条弧），并依据专家建议修改通往区域1（Nares Strait附近）的不可通行区域；剔除水深<30m的弧段，保留安全航线。
4. **METR-VT计算**：利用QGIS平台运行Dijkstra最短路径算法，根据船舶冰级和弧段RIO值确定的航速（基于经验速度分布的第一四分位数，极端冰况下取0.1 kn），计算每条航线的最快TT；对每船-事故对取7个起始点TT的中位数，再取区域所有事故最快TT的第75百分位数作为该区域的METR-VT值。

#### 三、研究结果

**4.1 评估聚合的RIO统计量**
通过比较不同RIO统计量（最小值、Q1、中位数、Q3）对区域1某事故点TT的影响，发现最小值导致TT超过600天（过于悲观），Q3和中位数给出较短TT（过于乐观）。专家一致认为Q1（第一四分位数）最合适，能平衡保守性与现实性，作为METR-VT计算的基础。

**4.2 修改运输网络图的影响**
比较修改网络（移除区域1中专家指出的不可通行弧段）前后的METR-VT值，结果显示：修改后冬季、春季及初夏的METR-VT显著升高（如区域1从13-17天升至20天以上），更符合专家预期；修改前的低值低估了恶劣冰况下的响应时间。专家确认修改后的网络更可靠。

**4.3 不同分位点阈值的选择**
为确定“预期最大”的含义，比较了第50百分位和第75百分位阈值。第50百分位导致METR-VT偏低（如区域3为11天 vs 第75百分位12天），忽略半数事故的最快TT；第100百分位（最大值）则代表极端情况。专家推荐第75百分位，既能覆盖大部分事故，又避免最坏情况。

**4.4 不同双周时段的METR-VT值**
热图显示：西部区域（区域1-7,11,12）在冬季至早春（1月初至6月中）METR-VT极高（>20天常见），夏季（7月至10月中）降至5天以下；东部区域（区域8-10,13-17）全年METR-VT较低（多为3-6天）。具体地，区域1中位数>20天，最小METR-VT仍>8天，表明5天要求全年无法满足；区域10和15中位数≤4天，符合5天要求。统计还显示区域4和12变异系数大（冰况波动），而区域10和15变异系数小（响应稳定）。

**4.5 METR阶段1的持续时间**
基于SISAR数据库2016-2020年60起加拿大北极海上事故数据，提取阶段1（初始通信与准备）时长。42起有效数据中，中位数为1.22小时，平均1.7小时；阶段1a（直至任务指派）中位数0.33小时。该持续时间相对于以天计的METR-VT可忽略，证明阶段2（航行时间）是METR的主要组成部分。

#### 四、讨论与结论

**讨论总结**：METR-VT结果揭示了显著的季节和空间变异性。西部区域在冬季响应时间长，东部区域相对稳定。研究发现《极地规则》5天METR要求在许多区域和时段不足，尤其是区域1和3。结果可用于：支持《极地规则》修订、评估豁免请求、指导CCG船只部署、辅助运营规划。研究局限性包括：仅考虑阶段1和2，忽略阶段3（搜索）和4（救援）；随机抽样起始点可能不反映实际模式；未考虑机会船舶（VOO）及燃油限制；仅用两年AIS数据可能不足；极端冰况下0.1 kn速度假设过于简化；未纳入波浪影响。未来研究应扩展数据、纳入VOO、结合航空救援资产，并研究“伙伴系统”等运营模式。

**研究结论翻译**：本研究提出了一种新颖的模型，用于洞察加拿大北极不同区域和时段船舶的预期最大救援时间（METR）。基于海冰数据、船舶交通数据以及加拿大海岸警卫队（CCG）船只在不同冰况下的实际可达航速的广泛分析，为加拿大北极海上应急响应时间提供了关键见解。一个关键发现是，目前《极地规则》要求的5天最小METR值在一年中的某些时期并不足够，尤其是在冰覆盖率高的区域（如北极西部）。该模型通过与多位领域专家的密切协商开发，证明了响应时间基于冰况、船舶能力和地理位置的显著变异性，其中冰浓度和船舶冰级对于准确的METR-VT计算至关重要。尽管建议进行进一步研究（例如纳入机会船舶和CCG辅助船舶作为海洋响应资产，并将本研究结果与航空救援时间分析相结合），这些发现对海上安全政策和运营实践具有重要影响，包括为IMO《极地规则》的更新提供信息、加强CCG救援资产部署，以及指导船舶运营商进行航行规划和极地证书要求。通过解决已识别的局限性并基于这些发现，利益相关方可以增强在这个充满挑战且快速变化的北极环境中海上应急响应的韧性和有效性。