在全球气候变化和“一带一路”战略构想背景下,北极航道和北极风能资源的潜在价值得到各国重视,北极航道将来若能顺利开通,可能会改变现有的海上贸易格局。但由于过去北极地区数据资料较为缺乏,对北极航道自然风险评估和北极风能资源区划的研究较为缓慢。近年来,得益于各国学者在研究方法取得的突破和以欧洲中期天气预报中心(ECMWF)为代表的国际性机构所提供的高时空分辨率数据,使得北极航道自然风险评估和北极风能区划工作得以推进。本文研究建立了评估区划指标体系,对北极东北航道自然风险评估和北极海上风能区划开展了研究。研究内容主要包括:(1)针对北极航道自然风险评估方法和资料存在的问题和不足,基于模糊层次分析法(F-AHP)与粗糙集理论建立了北极东北航道自然风险评估模型,对航道自然风险进行了量化研究,为北极东北航道开通提供风险预警和保障支持。研究表明:(1)东北航道的自然风险整体呈现下降趋势,2015年东北航道自然风险达到最低;(2)东北航道自然风险的风险值空间分布从高到低基本呈现“东北—西南”的走向;(3)从风险量化角度,确认了东北航道的通航期(7—9月);(4)指标体系中,海冰对自然风险的贡献度最大,风速、水深次之,气温贡献最低;(5)北极东北航道及其周边海域风速较高,有航行风险的同时,存在海上风能开发的可能性。(2)海峡是海上交通要道、航运枢纽,是海上交通“咽喉”。根据东北航道自然风险评估结果,关键海峡的自然风险制约东北航道的通航性。对东北航道红军海峡、维利基茨基海峡和德朗海峡的自然风险进行了研究。研究表明:(1)近年来,东北航道中关键海峡自然风险呈逐年下降趋势,有利于东北航道的全面通航;(2)红军海峡自然风险远高于其他两个海峡;(3)维利基茨基海峡自然风险略大于德朗海峡,但两个海峡均可通航;(4)通过计算东北航道中6个关键海峡的风险值,模拟航行路线,验证了评估模型的有效性。(3)对东北航道自然风险指标体系分析得知,东北航道及其周边海域风能资源较为丰富,具有潜在的开发价值。本文从风功率密度、有效风速频率、风能稳定性和风向等方面对北极海上风能资源进行区划,基于多目标遗传算法(NSGA-II)建立了海上风电场选址模型,对潜在的海上风电场选址区域进行了识别。研究表明:(1)研究区内的风功率密度和其等级分布均呈现西高东低的态势,巴伦支海域风功率密度等级最高;(2)统计多年(1997年—2016年)1月(冬)、4月(春)、7月(夏)、10月(秋)的日平均风速,计算各季节有效风速出现频率,发现有效风速出现频率表现出明显的单谷型季变化特征,谷值出现在夏季,波峰出现在冬季、秋季和春季;(3)研究区内风功率密度变异系数有明显的季节变化,巴伦支海和东西伯利亚海东部风速较为稳定;(4)巴伦支海风向较稳定,主要风向为东北(NE)、北东北(NNE)与东东北(ENE);(5)识别潜在海上风电场位置,认为目前仅在巴伦支海域南部海域适宜开发风电。