针对全球气候变化科学问题及其北极自然环境和地缘安全区域响应现实课题,围绕气候变化影响制约北极东北航道开通和航运安全的自然环境与地缘安全因素,从宏观分析与量化评估结合的技术途径,系统深入开展了未来北极海域海冰变化趋势,东北航道在该海冰情景下的通航预期、航行的最优线路、航运的经济潜力以及东北航道开通对传统航道的影响和博弈研究。研究结果表明,气候变化情景下,未来东北航道海域海冰将持续消融,通航时间延长、通航区域扩大、最优航线距离缩短,从经济潜力上有望成为一条替代传统航道的新兴航线。同时,东北航道的兴起,会对传统航道的航运贸易产生冲击,使得越来越多的航运公司进行战略调整,进而加剧航运公司间的竞争,引起消费者航运成本下降,促进消费者贸易需求的增长,促进亚欧航线的海上贸易繁荣。本文主要工作和研究成果如下:（一）针对目前CMIP5气候耦合模式对未来海冰预报欠准确的问题,研究提出了指数重加权自适应预测与空间相似度指数结合的集合预报方法,并对未来海冰周期变化和趋势变化进行模拟。实验结果表明,本文构建的集合算法模型可有效减小现有气候模式间存在的不确定性,提高了海冰模拟的准确性。利用该算法对2019-2030年海冰体积进行的预估结果表明,未来北极海冰体积仍存在明显的下降趋势,但若干年后可能出现回弹。（二）针对当前技术水平下气候模式预测存在较大不确定性以及与北极航线安全航行保障经验有限、专家对相关问题难以达成共识等困难,本文基于贝叶斯网络构建了东北航道经济潜力分析评估框架。该框架中,各变量的不确定性通过定性和定量结合的技术途径确定,并通过贝叶斯网络完成变量间不确定性的传递,训练后的贝叶斯网络推理平均准确率可达93%。同时,模型引入信息流的方法对各变量进行敏感性分析。实验结果进一步验证了各条航道之间不是相互孤立的,传统航道的航运经济不可避免会受到东北航道新兴航线的影响。（三）针对北极地区特殊的气候水文条件、复杂的地形地貌特征,本文建立一个基于犹豫模糊集改进的A*路径规划算法以解决多目标航路优化问题,为船舶未来在北极航行提供决策支持。本文以亚欧航线为例,对IAS冰级船在2020-2030年东北航道上不同月份最优路径规划进行模拟,结果显示随着海冰的消融,东北航道可航行时间整体呈现延长的趋势,可航行区域逐渐变大,最优航线距离缩短。此外,当东北航道开通时,采用IAS冰级船在东北航道作业的经济成本低于采用同等大小常规船在传统航道上作业的经济成本。（四）针对当前适航性分析中为简化模型而假定的传统航道与北极航道相互独立,进而导致模型评估出现的不准确性问题,本文引入博弈论思想构建了一类具有Stackelberg形式的双层博弈模型用以研究东北航道兴起对传统航道的影响。其中上层模型用以解决北极航线与非北极航线上不同航运公司之间的利益竞争,下层模型用以解决消费者基于航运公司策略的变化在各条航线上相应需求的改变。并以东北航道和苏伊士运河的航运博弈为例,研究东北航道兴起对亚欧海上贸易格局的影响。结果表明,北极东北航道的兴起将对传统航道形成巨大的影响冲击,各类航运公司将通过速度优化和运价调整两种策略在两条航道上进行博弈。对于航运公司,随着东北航道可通航时段的延长,海运贸易将持续向东北航道倾斜,东北航道航运公司将获得比航道开通前更多的利润。同时,贸易份额在传统航道的比重将持续减小,该航道上的航运公司所获得的最大利润相比东北航道开通前持续下降。对于消费者,航运公司间的竞争将导致航运运价整体下降从而降低了消费者的经济成本,而东北航道通航降低了消费者航运的时间成本,其综合效应促进了消费者贸易需求增长。从亚欧航运市场整体来看,相比当前条件下,东北航道的兴起,使未来航运贸易总额扩大,两类航运公司整体利润提高,航运市场表现更为活跃。