海运通道承担了全球80%的贸易运输，是全球经济的“命脉”，是大国竞争的战略焦点，也是交通地理和区域交通运输规划的前沿科学议题。近年来，随着气候变化和国际地缘冲突新趋势，北极航道成为全球海运通道的新焦点。

北京大学赵鹏军团队依托国家杰出青年科学基金及其延续资助项目等，构建了贸易—航运—排放一体化模拟预测 (TISEP)模型框架（图1），基于6.49亿条AIS船舶定位数据、多源贸易大数据和北极海洋气象数据等，高精度模拟了气候变化、北极冰情、全球贸易、船舶航行路线、船舶碳排放等不同维度、不同时空尺度的复杂地球—人类系统交互过程，发现了北极航道开通的特征及其对全球航运格局和全球航运碳排的影响，提出并模拟了北极航道的减碳策略。

研究结果为北极航道开通及其航线布局提供了新证据，为北极航道的全球治理提供了新依据，并创新了基于大数据和复杂模型的交通地理学研究范式，开拓了交通地理、海洋、大气等交叉研究。尤其是本研究提出的“北极航道净零战略”为国际社会探索系统性、全覆盖的航运减排路径提供了新路径，为北极航道绿色化发展提出了来自中国学者的“解决方案”。

TISEP模型框架的创新性与动态适应性。它不仅能够刻画航运路线优化、船舶能耗结构与政策干预的耦合效应，还可灵活嵌入宏观经济、地缘政治和气候不确定性等外部因素，从而为科学评估北极航运发展下的全球碳排放转移与环境风险提供可靠工具。该框架的提出为国际航运减排政策和北极环境治理提供了前瞻性的理论支撑和科学路径，也为全球气候治理体系下的区域合作与政策制定提供了重要参考。

图1 贸易—航运—排放一体化模拟预测 (TISEP)模型框架

研究结果表明，在中等排放情景（SSP2-4.5）下，北极航道的通航潜力将在本世纪持续增强(图2)。2030年，年均可通航天数约为197天，到2050年增加至208天，2070年为217天，至2100年则进一步延长至247天。而在高排放情景（SSP5-8.5）下可通航天数将突破320天。北极通航条件的改善不仅体现在天数上，更体现在航道空间分布的变化。基于海冰厚度、海冰浓度和冰运动的动力学模拟结果显示在未来不同年代的春季与夏季，北极航道的可航性显著提升。尤其在9月，大片海域将从“需破冰船”转变为“不需破冰船即可通航”，显示出夏季航运环境的快速改善。这一趋势凸显了气候变化对北极海冰消退的深远影响。

图2 共享社会经济路2 (SSP2)下北极航道通航能力预测

随着北极航道逐步开放，全球航运格局将被重塑。到本世纪中叶，主要经由东北航道的船舶数量预计将突破2万次，远超目前不足2,000次的水平。进入2070年以后，随着冰情改善，西北航道和中部航道的通航量也将快速上升。到2100年，北极航道有望全年通航，占据全球航运总量的2%以上，成为可与苏伊士运河和巴拿马运河比肩的重要通道（图3）。白令海峡将演变为连接东西方贸易的核心枢纽。这一转变将推动油气运输大量北上，至2100年油气船舶将占北极航运的六至七成，凸显其在能源贸易中的战略地位。

图3 北极航道开通下全球航运流动格局的演变（2022—2100年）

北极航道还将重塑全球航运碳排放时空分布。北极航道尽管缩短了航程、降低了单次排放，但总体交通量的激增将使北极区域碳排放到2100年跃升至全球总量的2%以上，成为全球前五大高排放通道（图4）。全球其他航运通道的碳排放的空间分布也将会随着北极航道的开通而发生变化：东北亚、北欧和北美等地区将面临更大的航运碳排放增长压力，而苏伊士运河、马六甲海峡等传统航运要道则略有缓解。整体来看，北极航道的开放不仅改变了全球航运网络，也显著加剧了碳排放的区域不均衡，对全球减排目标和环境公平提出了新的挑战。

图4 北极航道开通导致的全球航运碳排放变化及空间再分布（2025—2100年）

为应对北极航道开放带来的碳排放风险，本研究设计并量化模拟评估了三类减排路径，分别是国际海事组织（IMO）2023战略，绿色航道（Green Corridor Strategy）战略，和本研究原创提出的“北极航运净零战略（Net-Zero Strategy）”。与现有方案相比，净零战略的最大创新在于提出了“燃烧端零排放”标准，即要求船舶在燃料燃烧环节实现真正的零排放，从根本上区别于目前普遍采用的“全生命周期核算”方式。这一标准推动电力、氢能、核能等真正意义上的零排放能源在航运业的应用。同时，净零战略强调分阶段实施：首先在生态极度敏感、对气候变化高度脆弱的北极地区率先实现净零排放，随后逐步扩展至全球主要航运网络。通过这种“严格燃料标准+区域优先实施”的双重路径，净零战略不仅解决了局部减排易导致排放转移的系统性漏洞，也为全球航运业在本世纪实现全面脱碳提供了科学、可操作的蓝图。

研究结果显示，即便在IMO 2023战略或绿色航道战略下，全球航运碳排放依然存在“回弹效应”，部分区域的减排反而导致排放转移到其他高风险航道，难以实现全面脱碳(图5）。相比之下，净零战略展现出前所未有的系统性与韧性：不仅能够在2100年前实现北极航运的零排放，还可全面抵消因航运网络重组所带来的额外排放压力，累计减排效益超过90%。这一成果充分显示，未来航运业的低碳转型，取决于政策雄心与制度设计的高度匹配。

图5 不同减排战略下北极航道开通对全球航运碳排放的影响（2025—2100年）

该研究成果以“Arctic Sea Route reshapes global shipping carbon emissions” 为题，于2025年9月29日在线发表在Nature Communications 期刊上。北京大学赵鹏军教授为论文第一作者和通讯作者，张彩霞副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(42525101,42130402)等资助。

论文链接（点击阅读原文查看）:

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64437-4