«Итоговая сессия ученого совета ААНИИ по результатам работ 2013 г. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ Санкт-Петербург 2014 В 2013 г. проекты ААНИИ выполнялись в рамках федеральных (ФЦП), ведомственных и региональных целевых программ. В ...»

МИНИСТЕРСТВО

ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ЭКОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА

ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«АРКТИЧЕСКИЙ И АНТАРКТИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ»

Итоговая сессия ученого совета ААНИИ по результатам работ 2013 г.

ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ

Санкт-Петербург 2014 В 2013 г. проекты ААНИИ выполнялись в рамках федеральных (ФЦП), ведомственных и региональных целевых программ. В число основных программ входят:

1. Целевая научно-техническая программа Росгидромета «Научноисследовательские, опытно-конструкторские, технологические и другие работы для государственных нужд в области гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды» на 2011–2013 гг.

2. ФЦП «Мировой океан»:

2.1. Подпрограмма «Создание единой системы информации об обстановке в Мировом океане» (ЕСИМО).

2.2. Подпрограмма «Изучение и исследование Антарктики».

2.3. Подпрограмма «Освоение и использование Арктики».

2.4. Подпрограмма «Исследование природы Мирового океана».

3. ФЦП «Геофизика».

4. ФЦП «Развитие водохозяйственного комплекса российской федерации в 2012–2020 годах».

5. ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2013 годы».

6. ФЦП «Развитие гражданской и морской техники».

7. Федеральная космическая программа России на 2006–2015 годы.

8. ДЦП «Поддержка и развитие особо охраняемых природных территорий Ленинградской области на период с 2011 до 2015 гг.»

Кроме того, научные исследования и разработки выполнялись по грантам РФФИ, а также в рамках международного научно-технического сотрудничества и внебюджетной деятельности.

СОДЕРЖАНИЕ

СЕКЦИЯ ГИДРОЛОГИИ, ГЕОГРАФИИ И ГЕОЭКОЛОГИИ

Л.М. Саватюгин, И.Ю. Соловьянова, С.В. Бресткин, С.В. Власов.

Реализация проекта «Создание инфраструктуры Российского научного центра на архипелаге Шпицберген»

В.А. Оношко, С.Р. Веркулич, М.С. Махотин, И.В. Федорова, О.А. Морозова, А.М. Безгрешнов, Т.В. Скороспехова, А.В. Баранская, Е.В. Абакумов, Н.Э.

Демидов. Экспедиция «Ямал–Арктика 2013»: предварительные научные результаты и перспективы

И.А. Алехина, В.Я. Липенков, А.А. Екайкин, А.В. Козачек, Ю.А. Шибаев, А.В. Преображенская. Результаты исследований керна замерзшей воды озера Восток, поднятого из глубокой скважины в сезон 58-й РАЭ

А.В. Козачек, Д.О. Владимирова, А.А.Екайкин, В.Я. Липенков, И.А. Алехина, Ю.А.Шибаев, А.В. Преображенская. Изменчивость приземной температуры воздуха в районе моря Дейвиса за последние 250 лет по данным ледяного керна из пункта 105 км

Н.А. Бакунов, Д.Ю. Большиянов, Л.М. Саватюгин, А.С. Макаров.

Вопросы радиоэкологии искусственных радионуклидов (ИРН) в ландшафтах Крайнего Севера

М.В. Третьяков. Технология приема и обработки гидрометеорологической информации для обеспечения выпуска оперативных прогнозов опасных гидрологических явлений по низовьям и устьям рек Карского моря................. В.В. Иванов, О.В. Муждаба, М.В. Третьяков. Развитие концепции оптимизации гидрологического мониторинга устьевых областей рек Арктической зоны с учетом запросов водохозяйственного комплекса.............. Р.А. Терехова, А.А. Пискун. Состояние работ и очередные задачи по ведению Водного кадастра в Арктической зоне Российской Федерации

О.Ф. Голованов, М.В. Третьяков. Оценка изменения водных ресурсов Арктической зоны Западной и Средней Сибири под влиянием климатических изменений на период до 2030 года

СЕКЦИЯ ОКЕАНОЛОГИИ И ЛЕДОВЕДЕНИЯ

В.Т. Соколов, А.П. Макштас, В.М. Смоляницкий, Н.И. Фомичев, С.В. Шутилин и др. Основные результаты исследований в высокоширотной Арктике на дрейфующей научно-исследовательской станции «Северный полюс-40» и ледовой базе «Барнео»

И.М. Ашик, Д.Ю. Апарцев, С.В. Бресткин, О.С. Девятаев, Д.М. Демчев, В.М. Смоляницкий. Перспективы внедрения и использования Единой системы информации об остановке в Мировом океане (ЕСИМО)....... З.М. Гудкович, В.П. Карклин, В.М.Смоляницкий, И.Е.Фролов, В.В.Иванов, Е.У. Миронов, А.В. Юлин. Признаки изменения климатических тенденций в полярных регионах в начале XXI века

М.Ю. Кулаков, А.П. Макштас. Роль дрейфа льда в формировании ледяного покрова Северного Ледовитого океана в начале XXI века

Л.А. Тимохов, И.М. Ашик, А.Л. Гарманов, В.Ю. Карпий, С.А. Кириллов, Н.В. Лебедев, М.С. Махотин, В.Т. Соколов. Формирование термохалинных условий Северного Ледовитого океана в 2013 году: причины и следствия......28.

Л.А. Тимохов, В.Ю. Карпий, Н.В. Лебедев, Е.А. Чернявская. Структура динамической топографии и поверхностной геострофической циркуляции Арктического бассейна СЛО и причины их межгодовой изменчивости............ А.И. Коротков, С.В. Кашин. Ухудшение ледовых условий в Южном океане... Н.Н. Антипов, А.В. Клепиков. Процессы в океане на антарктическом шельфе и склоне: пространственные различия, их причины и последствия

М.С. Молчанов, А.В. Клепиков. Модель сезонной и межгодовой изменчивости циркуляции Южного океана

В.В. Алексеев, В.И. Дымов. Опытная эксплуатация модели ветрового волнения WAVEWATCH-III (мультигрид версия 3.14) в ААНИИ

С.В. Клячкин, Р.Б. Гузенко. Вероятностная оценка экстремальных сжатий локального масштаба по результатам численного моделирования

Н.Ю. Захваткина, И.А. Бычкова. Спутниковые методы классификации ледяного покрова арктических морей

О.М. Андреев, А.М. Безгрешнов, Ю.П. Гудошников, Н.В. Кубышкин, А.К. Наумов. Исследование эволюции ледового канала в припае Обской губы на подходе к п. Сабетта

Н.А. Сухих, А.В. Нестеров. Вертикальная структура течений в Печорском море по натурным данным

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКАЯ СЕКЦИЯ

С.М. Ковалев, А.И. Шушлебин. Натурные данные по масштабной прочности морского льда

Л.В. Панов, В.Г. Коростелев. Микроподвижки в дрейфующем льду как показатель сжатия и торошения

А.В. Нюбом, В.Н. Смирнов. Колебания и волны в дрейфующем ледяном покрове в диапазоне периодов волн зыби и внутренних волн (по инструментальным наблюдениям на СП-40)

Н.А. Крупина, В.А. Лихоманов, П.М. Николаев, А.В. Чернов. Физическое моделирование ледопроходимости крупнотоннажного танкера в старом канале в ледовом бассейне ААНИИ

О.М. Андреев, А.М. Безгрешнов, Г.К. Зубакин, Н.В. Кубышкин, А.А.Скутин.

Исследования термодинамической эволюции торосов и стамух в составе инженерных изысканий для проектирования гидротехнических объектов....... А.Н. Даровских, Г.А. Лебедев, Е.А. Мартынова, В.А. Спицын. Разработка технологии использования беспилотных средств для контроля ледовой обстановки на локальных участках акваторий по данным зондирования в различных диапазонах частот

А.Ю. Румянцев, А.Э. Клейн, В.Т. Соколов. Результаты использования беспилотных летательных аппаратов в Арктике в 2013 г.

В.М. Тимец, Р.А. Балакин, В.Э. Голавский. Разработка нормативных документов, методов и технологий измерений с использованием новых технических средств

А.М. Томилин, О.А. Кузьмина, Н.А. Ильина. Система пространственного планирования и анализа результатов зимнего маршрутного учета

А.П. Кузьмичев. Проблемы развития КВ-радиосвязи с труднодоступными станциями наблюдательной сети Росгидромета

СЕКЦИЯ МЕТЕОРОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ

Е.И. Александров, В.Р. Байбародова, Н.Н. Брязгин, А.А. Дементьев, В.Ф.

Радионов. Мониторинг климата приземной атмосферы полярных областей.... Г.В. Алексеев. Арктическое измерение глобального потепления

В.Ф. Радионов. Обзор результатов наблюдений сажевого аэрозоля в российской Арктике

А.П. Макштас, Н.Е. Иванов, В.Ф. Тимачев, И.И. Большакова, О.Л. Жукова, В.Ю. Кустов, И.А. Говорина, С.В. Шутилин. Климат северной Якутии............ В.В. Иванов, В.К. Куражов, А.Я. Коржиков, Г.А. Алексеенков. Результаты опытной эксплуатации метода долгосрочного прогноза дат устойчивых переходов среднесуточной температуры воздуха через ноль градусов в Карском море

О.А. Трошичев, А.С. Янжура, Д.А. Сормаков. PC индекс как показатель энергии солнечного ветра, поступающей и аккумулируемой в магнитосфере.... Л.Н. Макарова, А.В. Широчков, В.Н. Николаева, Д.И. Каргополов, Е.И. Гордеев, Л.В. Егорова. Различные методы оценки состояния авроральной ионосферы в создаваемой системе геофизического мониторинга Арктики...... С.Н. Шаповалов, Е.Е. Беневоленская. Исследования вариаций солнечной UV-радиации в минимуме СА по данным наблюдений на станции Новолазаревская и спутниковым данным SORCE (SSI).................. Н.Ф. Благовещенская, Т.Д. Борисова, А.С. Калишин, И.М. Иванова.

Эффекты модификации высокоширотной ионосферы мощными КВ радиоволнами необыкновенной поляризации (результаты экспериментов 2013 г.)

Т.Д. Борисова, Н.Ф. Благовещенская, А.C. Калишин. Явления в высокоширотной F-области ионосферы, возникающие при нагреве на частотах вблизи гирогармоник электронов

Д.Д. Рогов. Метод временной развертки ионограмм наклонного зондирования ионосферы при дистанционной диагностике эффектов воздействия мощных КВ радиоволн

А.С. Янжура, Д.А. Сормаков. Полярный геофизический центр

ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ

А.И.Данилов. Научные исследования ААНИИ в 2013 г. и их перспективы на ближайший период

С.М. Прямиков. Международное научно-техническое сотрудничество ААНИИ с зарубежными странами

А.В.Клепиков, А.И.Данилов, В.В.Лукин, В.Ф.Радионов, О.А.Трошичев, В.Я.Липенков, М.Ю.Москалевский, А.В.Неелов, Г.Л.Лейченков.

Результаты работ по подпрограмме «Изучение и исследование Антарктики»

ФЦП «Мировой океан»

О.А. Трошичев. Результаты работ по ФЦП «Геофизика» за 2009–2013 гг................ Л.Н. Дымент. Отчет о работе Ученого совета за 2013 г.

СЕКЦИЯ ГИДРОЛОГИИ, ГЕОГРАФИИ

И ГЕОЭКОЛОГИИ

Л.М. Саватюгин, И.Ю. Соловьянова, С.В. Бресткин, С.В. Власов

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТА «СОЗДАНИЕ ИНФРАСТРУКТУРЫ

РОССИЙСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА

НА АРХИПЕЛАГЕ ШПИЦБЕРГЕН»

Российский научный центр на архипелаге Шпицберген создается в рамках проекта «Укрепление российского присутствия на архипелаге Шпицберген» на основании постановления Правительства Российской Федерации от 30 сентября 2008 года № 731. Координатором работ по созданию инфраструктуры Российского научного центра на архипелаге Шпицберген (РНЦШ) назначен Росгидромет.

За истекший период c 2009 по 2013 год выполнены следующие научно-исследовательские работы: «Разработка системы наблюдений за состоянием природной среды архипелага Шпицберген и ее загрязнением, исследование опасных и экстремальных явлений в Арктике», «Создание системы наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды архипелага Шпицберген», и опытно-конструкторская работа «Провести испытания и ввести в эксплуатацию подсистемы наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды создаваемого Российского научного центра на архипелаге Шпицберген».

В ходе выполнения вышеперечисленных НИР решены следующие задачи по созданию РНЦШ:

1. Разработана концепция системы наблюдений на архипелаге Шпицберген, включающая результаты научно-исследовательских работ по анализу архива отечественных данных наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды за весь предшествующий период визуальных и инструментальных наблюдений.

2. Создан интернет-сайт, отражающий российские научные исследования и мониторинг природных процессов на архипелаге, межведомственную структуру РНЦШ.

3. Разработан проект структуры РНЦШ.

4. Сформулирован круг возможных актуальных задач, предложены средства для организации наблюдений, составлены долгосрочные программы изучения компонентов окружающей среды на архипелаге Шпицберген.

5. Разработаны Программы и методики опытной эксплуатации и предварительных испытаний подсистем наблюдений (научных полигонов).

6. Предложен Проект Концепции создания РНЦШ и представлены предложения к Комплексной программе фундаментальных и прикладных исследований на архипелаге Шпицберген и механизмы ее реализации.

7. Составлены Протоколы приёмочных испытаний оборудования научных полигонов РНЦШ.

Совместно с ФГУП «ГТ “Арктикуголь”» и норвежским архитектурным бюро «LPO» проведены работы по созданию субпланов на территории геофизического и океанографического научных полигонов, располагающихся в пос. Баренцбург, и на территорию планирования Выносного пункта приема и передачи спутниковой информации, также создан план использования площадей пос. Пирамида (Шпицберген, Норвегия).

В поселках Баренцбург и Пирамида созданы научные полигоны (экологический, метеорологический, криосферно-гидрологический, океанографический, геофизический и Выносной пункт приема и передачи спутниковой информации).

В Баренцбурге успешно завершена реконструкция лабораторного корпуса № 1, в котором появились аудиториии и компьютерные классы.

Выполнена перестройка бывшей моторной в двухэтажный лабораторный комплекс для химических исследований с современнейшими лабораториями анализа органических веществ, тяжелых металлов, гидрохимии, микроскопная и весовая.

В конце октября 2013 года введен в строй выносной пункт приема, обработки и передачи спутниковой информации, который обеспечивает оперативную передачу в ААНИИ данных для их тематической обработки и дальнейшего распространения заинтересованным пользователям. Кроме ВППИ составной частью подсистемы спутниковых наблюдений РНЦШ является удаленный пункт управления и тематической обработки данных ИСЗ (УПУ). Работы по его созданию в ААНИИ были завершены в 2012 г. Наличие УПУ обеспечит эффективную работу подсистемы при минимальной численности специалистов, выезжающих в п. Баренцбург.

Закуплено современное научное оборудование и приборы, транспортная техника (снегоходы, моторные лодки, квадроциклы, автомобили), оборудование для обеспечения жизнедеятельности. Все перечисленное оборудование доставлено в поселки Баренцбург и Пирамида.

Рабочей комиссией в октябре 2013 года совместно с сервис-инженерами компаний поставщиков проведена установка этого оборудования, его наладка и тестирование. Приемочной комиссией приняты все объекты.

В настоящее время из-за отсутствия средств на эксплуатационные расходы все оборудование, кроме ВППИ, законсервировано.

В.А. Оношко, С.Р. Веркулич, М.С. Махотин, И.В. Федорова, О.А. Морозова, А.М. Безгрешнов, Т.В. Скороспехова, А.В. Баранская, Е.В. Абакумов, Н.Э. Демидов ЭКСПЕДИЦИЯ «ЯМАЛ–АРКТИКА 2013»:

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Комплексная арктическая экспедиция морского базирования (КАЭМБ) «Ямал–Арктика 2013» продолжила исследования 2012 г., направленные на оценку состояния и изменений природной среды территории Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) и прилегающих морских акваторий. Для обеспечения логистических операций и морских исследований в ходе экспедиции (21.08–30.09.2013 г.) использовалось судно «Профессор Молчанов». Работы на суше проводились в местах кратковременных высадок (остров Вилькицкого, мыс Лескина, мыс Сопочная Карга, остров Белый) и в районах организации многодневных полевых баз (на полуострове Явай, в районе реки Юрибей, на полуострове Мамонта, на п/б Сабетта, в районе мыса Хонарасаля, в районе станции 60 лет ВЛКСМ, в районе реки Монгочеяха). Морскими исследованиями были охвачены акватории Карского моря, Гыданской и Обской губ, Енисейского залива.

Комплекс работ на суше включал геоморфологические и палеогеографические, биологические, биолого-почвенные, геоботанические и микробиологические, геофизические, геокриологические и гидроэкологические исследования, многие из которых сопровождались экспериментальным применением БПЛА. В ходе этих работ были отобраны сотни проб отложений, почв и воды, получены следующие предварительные результаты:

– исследованы малоизученные почвы севера полуострова Гыдан, выявлены географические аспекты и закономерности их распространения;

– собраны новые данные о геолого-геоморфологическом строении северной части Гыданского полуострова;

– в районах работ положено начало создания сети мониторинга скорости термоабразии, мониторинга термического состояния мерзлоты и глубины оттаивания;

– в двух обнаруженных криопэгах отобраны уникальные пробы;

– исследованы гидрологические, гидрофизические и гидрохимические параметры малоизученных водных объектов, проведена инспекция состояния береговых устьевых пунктов гидрологических наблюдений;

– собрана комплексная информация о состоянии компонентов наземных экосистем северных районов полуострова Ямал и Гыданского полуострова, проведен учет мелких млекопитающих и птиц (некоторые из них внесены в красную книгу ЯНАО);

– заложены 30 геоботанических площадок, собран материал для создания исходной базы данных для проведения многолетнего геоботанического мониторинга;

– отработана методика применения БПЛА, получены данные для дешифрирования и использования в геоботанических, геоморфологических и других исследованиях;

– собран материал для оценки санитарных и бактериологических особенностей местных водоемов;

– измерен уровень гамма-фона на арктическом побережье ЯНАО, который оценивается ниже среднего по арктическим регионам РФ;

– продолжено изучение динамики геомагнитного поля в северных районах ЯНАО.

В ходе морских работ в Обской и Гыданской губах, Енисейском заливе и на разрезах в акватории Карского моря выполнены 93 океанографические станции, на которых определялось вертикальное распределение температуры и солености, измерялись скорости и направления течений, отбирались пробы воды. Кроме того, на судне проводились стандартные метеорологические и актинометрические наблюдения, выполнялась оценка общего содержания озона и концентрации СО2 в приземном слое атмосферы. Предварительные результаты работ:

– установлены границы распространения речных и морских вод в изучаемых акваториях;

– проведен отбор проб на гидрохимический анализ, а также измерено распределение минерального кремния, растворенного кислорода, фосфатов, выявившее показательность изменений гидрохимического режима изученных акваторий как реакции на меняющийся климат и рост антропогенных нагрузок;

– отобрано более 100 проб воды на бактериопланктон и хлорофилл а, 60 проб для подсчета и определения микрозоопланктона;

– получены новые данные об особенностях перераспределения солнечной радиации в прибрежных и открытых районах центральной части Карского моря, в Обской губе и Енисейском заливе;

– получены новые данные по концентрации углекислого газа в приземном слое и общему содержанию озона в атмосфере в центральной части Карского моря и у берегов полуостровов Ямал и Гыдан.

Таким образом, в ходе проведения КАЭМБ «Ямал–Арктика 2013»

за весьма короткий срок был собран большой объем комплексных данных о природной среде ЯНАО. Учитывая малую изученность многих районов работ, можно оценить значительную часть полученных в экспедиции данных как имеющих высокую степень новизны. Все это позволяет утверждать, что следует приложить все усилия для продолжения исследований природной среды ЯНАО в рамках будущих экспедиций «Ямал–Арктика».

И.А. Алехина, В.Я. Липенков, А.А. Екайкин, А.В. Козачек, Ю.А. Шибаев, А.В. Преображенская

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ КЕРНА ЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ

ОЗЕРА ВОСТОК, ПОДНЯТОГО ИЗ ГЛУБОКОЙ СКВАЖИНЫ

В СЕЗОН 58-й РАЭ В сезонный период 58-й РАЭ на станции Восток произведено повторное бурение глубокой скважины 5Г-1 с отбором керна замерзшей воды, которая поднялась в скважину в результате вскрытия подледникового озера Восток 5 февраля 2012 г. В ходе буровых операций на поверхность было поднято в общей сложности 122 м керна из интервала глубин 3415–3544 м.

Из верхнего 9-метрового участка скважины, первоначально заполнившегося водой после вскрытия озера, было поднято 2,6 м керна белого пенообразного материала, который на 50–90 % состоит из смешанного клатратного гидрата фреона HCFC-141b и газов, выделившихся из озерной воды вследствие ее подъема в скважине. Глубже 3424 м скважина была полностью заполнена вторичным водным льдом. Всего удалось получить 34 м керна этого льда из интервала глубин 3424–3458 м, в пределах которого он постепенно выклинивается в керне первичным атмосферным льдом в результате отклонения новой скважины от старого ствола 5Г-1.

Получен большой объем данных о составе и строении вторичного конжеляционного льда и гидратных новообразований, появившихся в скважине 5Г-1 в результате замерзания и дегазации озерной воды.

Анализ этих данных и результатов геофизических измерений позволил определить максимальный уровень подъема воды в скважине после вскрытия озера (382 м от поверхности озера) и окончательный уровень, на котором завершилось замерзание воды (340 м). Определен качественный и количественный состав заливочной жидкости и образцов замерзшей озерной воды, поднятых из скважины. Показано, что все изученные образцы водного льда содержат в себе включения заливочной жидкости, что не позволяет получить достоверные данные о первоначальном химическом составе озерной воды. Разработаны рекомендации по обеспечению контролируемого движения жидкости в скважине при осуществлении повторного и последующих вскрытий озера Восток.

На основе анализа экспериментального профиля температуры в нижней части ледникового покрова установлены наиболее вероятные значения температуры плавления льда на контакте ледника с озером (–2,67 °С) и концентрации газов в озерной воде (0,69 см3г–1). Полученная оценка газосодержания воды почти в 8 раз превышает концентрацию воздуха в тающем ледниковом льду, но в 4 раза меньше максимальной концентрации воздуха, растворенного в воде в равновесии с гидратной фазой.

А.В. Козачек, Д.О. Владимирова, А.А.Екайкин, В.Я. Липенков, И.А. Алехина, Ю.А.Шибаев, А.В. Преображенская

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗЕМНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

В РАЙОНЕ МОРЯ ДЕЙВИСА ЗА ПОСЛЕДНИЕ 250 ЛЕТ

ПО ДАННЫМ ЛЕДЯНОГО КЕРНА ИЗ ПУНКТА 105 КМ

В докладе представлены результаты реконструкции температуры воздуха и скорости снегонакопления в секторе моря Дейвиса (Восточная Антарктида) за последние 250 лет по данным геохимических исследований ледяного керна из скважины 105 км (105-й км трассы Мирный – Восток) в интервале глубин 3–109 м. Датировка керна выполнена на основании подсчета годовых слоев в профиле изотопного состава (D и 18O) льда, что позволило реконструировать скорость снегонакопления с использованием данных о плотности керна. Возраст льда на глубине 109 м составил 231±8 лет (1757–1987 гг.).

Ряд изотопного состава был преобразован в ряд температуры воздуха путем сопоставления с результатами метеорологических наблюдений в обсерватории Мирный. Вновь полученные данные демонстрируют потепление на 0,5 °С за последние 250 лет. В то же время, скорость снегонакопления имеет тенденцию к понижению, по крайней мере, с середины XIX столетия. Обнаружено, что климатические характеристики имеют циклические колебания с периодами 6, 9, 19, 32 и порядка 120 лет. Выявлена обратная зависимость между температурой воздуха и изотопным составом осадков в рамках девятнадцатилетнего цикла, что, по-видимому, может быть обусловлено широтным смещением района формирования воздушной массы. На основании данных о концентрации натрия и величине «эксцесса дейтерия» в ледяном керне сделано предположение об уменьшении площади морского льда в современную эпоху по сравнению с XIX веком.

Н.А. Бакунов, Д.Ю. Большиянов, Л.М. Саватюгин, А.С. Макаров

ВОПРОСЫ РАДИОЭКОЛОГИИ ИСКУССТВЕННЫХ

РАДИОНУКЛИДОВ (ИРН) В ЛАНДШАФТАХ

КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Задача исследования состояла в установлении наиболее общих закономерностей в поведении долгоживущих искусственных радионуклидов 90Sr и 137Cs в ландшафтах северного региона в целях изучения устойчивости природных комплексов Севера к воздействию радиационного фактора. Под устойчивостью к загрязнению этими ИРН почвенно-растительного покрова и водоемов понимается возможность использования их ресурсов в условиях повышения существующего загрязнения до пределов, позволяющих не прибегать к ограничительным или защитным мерам по санитарно-радиологическим показаниям.

Глобальные 90Sr и 137Cs использованы в качестве меток миграционного переноса этих ИРН в системе водосбор–водоем и накоплении этих ИРН в объектах пресноводной ихтиофауны.

Установлены региональные различия выноса 90Sr с водосборов в реки европейского Севера и Восточной Сибири и скорости очищения их вод. Вынос 90Sr составил соответственно 0,5–0,6 и 0,2–0,3 % в год от кумулятивного запаса на водосборе. В Восточной Фенноскандии сток Sr составил 0,22–0,67 % от запаса на водосборе с уменьшением этого показателя для рек, находящихся в зоне распространения мерзлых и сезоннопромерзающих грунтов. Наибольшим выносом 90Sr характеризовались реки с истоком из больших озер (Ладожское, Россия; Пяйянне, Финляндия). Воды этих озер обновлялись примерно в 4–5 раз быстрее, чем уменьшалось в них содержание 90Sr. Природные условия на водосборах рек европейского Севера – умеренно континентальный климат, повышенное количество осадков и снеговой тип питания рек – обусловили более высокий вынос 90Sr с водосборов в реки и замедленный темп очищения вод от 90Sr.

Полупериоды времени Т естественной дезактивации вод Онеги, Северной Дины, Печоры и Лены от глобального 90Sr оценены в 15,0, 15,4, 13,9 и 10 лет соответственно. Полупериод времени Т очищения вод озер Восточной Фенноскандии от 137 Cs оценен в 6,5 года.

Обоснована возможность прогноза содержания 137Cs в воде озер с использованием сорбционно-диффузионной модели поглощения радионуклида дном. Выполнены расчеты уровней «чернобыльского» 137Cs в воде озер Восточной Фенноскандии.

На основе установленных связей коэффициентов накопления (КН) Sr и 137Cs рыбой с содержанием в воде химических элементов кальция и калия предложены функциональные шкалы разграничения озер по КН этих ИРН. Применительно к данным содержания кальция в воде озер Кольского полуострова и Карелии проведено их разграничение по КН 90Sr.

Работы выполнялись с поддержкой фонда РФФИ 08-05-00963-а, 11-05а.

М.В. Третьяков

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫПУСКА ОПЕРАТИВНЫХ ПРОГНОЗОВ

ОПАСНЫХ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПО НИЗОВЬЯМ

И УСТЬЯМ РЕК КАРСКОГО МОРЯ

Одним из недостатков существующей системы гидрологического прогнозирования на водных объектах АЗРФ, включая устьевые области крупных рек, является слабая степень автоматизации при разработке и выпуске гидрологических прогнозов.

В общем случае порядок действий при составлении прогноза сводится к получению телеграмм, их декодированию, выборке необходимых характеристик, занесению их в архивы данных, анализу полученных рядов и расчету предикторов, расчету по прогностическим зависимостям, доведению прогноза до потребителя. В настоящее время любое действие при составлении прогноза может быть в той или иной степени автоматизировано. Создание технологии приема и обработки гидрометеорологической информации преследовало цель автоматизации процесса выдачи гидрологического прогноза начиная с этапа получения исходных метеорологических и гидрологических данных в специализированных кодах.

В основу технологии положены следующие принципы: ежедневная работа системы в автоматическом режиме; максимальная автоматизация каждого этапа прогнозирования; объективность при расчете предикторов; модульность системы, позволяющая модернизировать отдельные блоки и развивать систему дополнительными блоками; простота в развертывании, настройке, использовании; минимальное использование дополнительных ресурсоемких программ, особенно платных.

Данные принципы реализованы в технологии посредством использования возможностей операционной системы и пакета прикладных программ, поставляемых с нею, а также свободно распространяемого компилятора языка Паскаль с открытыми исходными кодами Free Pascal Compiler (FPC), на основе которого были составлены программыные блоки.

Область применения технологии в настоящий момент ограничивается приемом и обработкой гидрометеорологической информации для обеспечения расчета по разработанным ОГУР и ВР в 2008–2010 гг. методикам прогнозов сроков замерзания, вскрытия, начала и достижения максимума весеннего половодья, а также максимальных уровней половодья на 13 гидрологических постах низовьев и устьевых областей крупных сибирских рек бассейна Карского моря.

В.В. Иванов, О.В. Муждаба, М.В. Третьяков

РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПТИМИЗАЦИИ

ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЕЙ РЕК АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ

С УЧЕТОМ ЗАПРОСОВ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА

В историческом плане концепция гидрологического мониторинга низовьев и устьевых областей крупных северных и сибирских рек основывалась, как правило, на сети гидрологических станций и постов, предназначенной для обеспечения запросов судоходства и привязанных к редким населенным пунктам. В последствии, часть станций, ведущих наблюдения за стоком воды, были определены как реперные (вековые). Данные о стоке воды использовались в методах долгосрочных и краткосрочных ледово-гидрологических прогнозов в устьях рек и арктических морях. Следует отметить, что стоковая сеть на зональных реках Арктики, гидрологический режим которых существенно отличается от режима полизональных рек, в прошлом развития не получила и по настоящее время не отвечает запросам водохозяйственного комплекса и потребителей гидрологической информации в АЗ РФ. Это обстоятельство, не учитывается и в действующих нормативных документах Росгидромета, введенных в практику более 20 лет назад.

Необходимость безотлагательного решения водных проблем Российской Федерации, включая Арктическую зону, определяется принятыми в последние годы целого ряда постановлений федерального уровня по данному вопросу. В документах сформулированы приоритетные задачи по решению водноресурсных проблем и развитию системы Государственного мониторинга водных объектов, включая и модернизацию государственной наблюдательной сети, в том числе на местных водосборах низовьев и устьевых областей крупных рек Арктической зоны.

Оптимизацию и модернизацию системы гидрологического мониторинга, предлагается осуществлять путем воссоздания реперных и/или организации новых пунктов наблюдений на речных и морских границах устьевых областей и на границах гидрографических районов, выделенных на основе гидрографического и водохозяйственного районирования водосборов рек Арктической зоны и по бассейновому принципу. При этом устьевые области крупных рек выделяются как самостоятельные гидрографические районы. Особенностью гидрологического режима устьевых областей рек Российской Арктики является большая пространственная и внутригодовая изменчивость его характеристик. Это связано с сезонными изменениями притока речных вод, большой продолжительностью периода с ледовыми явлениями (8–10 месяцев) и, как следствие, большой пространственной изменчивостью дальности проникновения морских вод в течение года, выраженной в динамике границ положения галоклина, распластывании по длине устьевой области длинных волн половодья и паводков, распространения зон обратных течений, приливных и сгонно-нагонных колебаний уровня воды.

Районирование устьевых областей рек должно осуществляться с учетом очагового характера промышленно-хозяйственного освоения акваторий и прилегающих к ним местных водосборов. Должны учитываться зависимость жизнеобеспечения труднодоступной опорной сети от баз снабжения и наличие устойчивой связи для передачи оперативной информации. Это потребует уточнения системы управления гидрологической сетью Росгидромета и приведения зон ответственности территориальных УГМС в АЗРФ в соответствие с Административным регламентом исполнения Росгидрометом государственной функции по обеспечению функционирования на территории Российской Федерации пунктов гидрометеорологических наблюдений и системы получения, сбора и распространения гидрометеорологической информации (утвержден приказом МПР РФ от 31.10.2008 г. № 299), а также корректив и дополнений нормативно-правовой базы РФ в части принципов территориального выделения Арктической зоны и снятию противоречий в законодательной базе. В новых экономических условиях одной из главных задач Росгидромета является поддержание и восстановление основной, особенно реперной, гидрологической и устьевой гидрометеорологической сети, а также оперативно-методическое сопровождение дополнительной гидрологической сети, организуемой за счет заинтересованных ведомств, региональных бюджетов и иных источников.

Работа выполняется в рамках мероприятий, предусмотренных ФЦП «Развитие водохозяйственного комплекса РФ в 2012–2020 гг.» в 2012– 2014 гг. В 2013 г. выполнен первый этап по проектам «Разработка системных проектов развития и модернизации гидрологической сети по устьевым областям крупных рек АЗРФ» по бассейну р. Енисей и «Разработка системного проекта гидрологического прогнозирования по низовьям Оби и в Обско-Тазовской устьевой области в пределах Нижнеобского бассейнового округа».

Р.А. Терехова, А.А. Пискун

СОСТОЯНИЕ РАБОТ И ОЧЕРЕДНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ВЕДЕНИЮ

ВОДНОГО КАДАСТРА В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Результаты научно-методических и оперативно-производственных работ в 2013 г. были направлены на выполнение функций института на федеральном уровне по подготовке в УГМС публикуемых данных гидрологических наблюдений в изданиях Водного кадастра по Арктической зоне РФ рамках темы 1.2.6.2 НИОКР Росгидромета.

В рамках научно методического руководства по вопросам ведения Водного кадастра подготовлено и направлено в УГМС заключение об эффективности работ по ведению Водного кадастра на гидрологической сети в морских устьях рек Арктической зоны РФ.

В сентябре–октябре выполнена плановая инспекция подразделений Мурманского и Северного УГМС по вопросам ведения Водного кадастра в бассейне Баренцева моря. По результатам инспекции подготовлены предложения по устранению отмеченных недостатков. Утвержденные руководством института акты инспекций направлены в Мурманское и Северное УГМС и Росгидромет. В рамках инспекции оказана необходимая методическая помощь по вопросам оперативно-методического руководства гидрологической сетью и подготовки изданий Водного кадастра по водным объектам бассейна Баренцева моря.

В течение 2013 г. выполнены оперативно-производственные работы по экспертизе материалов ежегодных (ЕДМ) и многолетних (МДМ) изданий публикуемой части Водного кадастра РФ: завершена экспертиза многолетних рядов гидрологических наблюдений для МДМ тома 5 по бассейну моря Лаптевых по 1995 г. и ЕДМ томов 5 и 6 за 2007–2010 гг., оказана методическая помощь Северному УГМС по выполнению предложений ЭНМК ААНИИ по ликвидации задолженности по ЕДМ за 1990–2010 гг.

В целях развития методов и технологии ведения, подготовки информационной продукции Водного кадастра по разделу «Поверхностные воды» на федеральном и территориальном уровнях подготовлен электронный каталог сети для изданий Водного кадастра по устьевым областям рек бассейна Карского моря (приложение к РД 52.10.764-2012).

В соответствии с Распоряжением Правительства Российской Федерации Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидрометом) 19–21 ноября 2013 г. в Санкт-Петербурге проведен VII Всероссийский гидрологический съезд с участием федеральных органов исполнительной власти и субъектов РФ, Российской академии наук, учебных, производственных и общественных организаций. В решении съезда отмечена необходимость разработки инновационных подходов к информационному обеспечению водного сектора.

В целях совершенствования качества публикуемых ежегодных и многолетних данных о режиме водных объектов в устьевых областях рек Арктической зоны РФ в 2014–2016 гг. необходимо:

– разработать новые регламентирующие нормативно-методические документы по подготовке информационной продукции в подсистеме «Устьевые области рек»;

– завершить подготовку и издание многолетних данных о режиме и качестве вод устьевых областей крупных рек АЗРФ в соответствии с РД 52.10.764-2012, включая данные наблюдений по закрытой сети, и перейти на новый вид объединенных ежегодно-многолетних изданий ВК РФ.

Основной задачей на 2014–2016 гг. является выполнение ожидаемых результатов мероприятий ЦНТП «Научно-исследовательские, опытноконструкторские, технологические и другие работы для государственных нужд в области гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды» и ФЦП «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012–2020 годах».

О.Ф. Голованов, М.В. Третьяков

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ АРКТИЧЕСКОЙ

ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ И СРЕДНЕЙ СИБИРИ ПОД ВЛИЯНИЕМ

КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ПЕРИОД ДО 2030 ГОДА

С помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана (IPCC, 2007) были получены оценки компонентов климатической системы Арктической зоны Западной и Средней Сибири, в том числе и речного стока, а также их возможные изменения на ближайшую перспективу.

Для выбранных моделей было выделено два периода: 1978–1999 гг. и 2011–2030 гг., получены многолетние значения изменений слоев стока за эти временные интервалы. Для периода 1978–1999 гг. расчет производился по данным сценария 20С3М, характеризующего изменения климата в ХХ веке, а для прогнозного периода 2011–2030 гг. использовались данные сценария A1B.

В результате был сделан вывод о нецелесообразности использования прогнозных данных стоковой составляющей по какой-то одной конкретной модели. Выполненный всесторонний сравнительный анализ показал большой разброс в моделируемых величинах стока, а также некорректное воспроизведение его внутригодового распределения практически всеми рассмотренными климатическими моделями. В определенных случаях возможно использование данных по ансамблю моделей, но только осредненных данных за продолжительные периоды (как в нашем случае за 20-летний период) по годовому стоку.

Были даны оценки возможных изменений стока на период до 2030 г.

на основе составленного ансамбля климатических моделей, который показал небольшое увеличение годового стока на территории арктической зоны Западной Сибири и Норило-Пясинской водной системы, однако значимые тенденции изменчивости речного стока отсутствуют, как по отдельным зонам, так и региону в целом.

На основе использования трехмерной гидродинамической модели гидрологических процессов в устьевых областях рек эстуарного типа, разработанной в ААНИИ, выявлена зависимость состояния и запасов пресных вод в Обско-Тазовской губе и Енисейском эстуарии от изменения величины речного стока на замыкающих створах, дана количественная оценка изменений запасов пресных вод, как наблюдаемых, так и за 2013–2020 гг. и на период до 2030 г. с использованием оценок ансамбля климатических моделей. Установлено, что к настоящему времени имеется увеличение запасов пресных вод в связи с увеличением речного стока и уменьшением дальности интрузии морских вод. Прогнозные оценки изменений запасов пресных вод не выходят за рамки природной изменчивости за многолетний период, так как помимо стока на положение зоны интрузии компенсирующее влияние оказывает состояние плотностных характеристик водной массы моря.

В дальнейшем требуются разработки региональных бассейновых моделей, так как полученные результаты характеризуют неспособность рассмотренных МОЦАО моделировать стоковые характеристики с необходимой для передачи региональных особенностей точностью, тем более воспроизводить внутригодовое распределение стока.

СЕКЦИЯ ОКЕАНОЛОГИИ И ЛЕДОВЕДЕНИЯ

В.Т. Соколов, А.П. Макштас, В.М. Смоляницкий, Н.И. Фомичев, С.В. Шутилин и др.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В

ВЫСОКОШИРОТНОЙ АРКТИКЕ НА ДРЕЙФУЮЩЕЙ НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ СТАНЦИИ «СЕВЕРНЫЙ ПОЛЮС-40» И

ЛЕДОВОЙ БАЗЕ «БАРНЕО»

Дрейфующая научно-исследовательская станция «Северный полюс-40»

Дрейфующая научно-исследовательская станция «Северный полюс-40» была организована 1 октября 2012 г. в Северном Ледовитом океане в точке с координатами 85,2 с.ш. 142,8 з.д. На станции работали ученых и специалистов ААНИИ. Основной задачей работ станции являлось продолжение мониторинга состояния природной среды в высоких широтах Арктического бассейна.

Станция «Северный полюс-40» была одной из самых оснащенных в техническом и технологическом отношении станций. Проводимый на ней комплекс наблюдений и исследований позволял получать обширный материал о состоянии природной среды высокоширотной Арктики в районе дрейфа. На станции был развернут многофункциональный комплекс по исследованию атмосферных процессов, велись аэрологические наблюдения, осуществлялось зондирование атмосферы с использованием аэрологических озонозондов. Регулярно в километровом приледном слое атмосферы велись наблюдения за пульсациями температуры воздуха с пятиминутным интервалом, что позволяло оценить структуру и динамику этого слоя атмосферы. Современная полуавтоматическая метеостанция производила расширенный комплекс наблюдений в приледном 10 метровом слое атмосферы и верхнем слое снежно-ледяного покрова. На станции работали несколько приборов (в атмосфере, на льду, в гидросфере), измеряющих концентрацию и потоки углекислого газа, что наряду со специальным комплексом химических анализов и пробоотбора на газовый состав, позволило судить об интенсивности газообмена в системе океан-лед-атмосфера.

Действовал расширенный океанографический комплекс наблюдений, позволяющий фиксировать состояние океана в районе дрейфа как в зондирующем, так и непрерывном режимах. Современный эхолот-профилограф производил регистрацию глубин и данных об осадочном слое в районе дрейфа. Выполнялась работа в области морфометрии и физики льда. Велся пробоотбор во всех средах для дальнейшего анализа на загрязняющие вещества (ЗГВ), гидробиологию и т.д.

За период работы станции общий дрейф составил 1673 км, генеральный дрейф – 375 км в направлении 147 градусов. За период дрейфа на станции произведено 1976 синоптических сроков метеонаблюдений, составлено и передано 988 синоптических телеграмм по коду FM-13, телеграмм «Декада» FM-71-X – 25 ед., телеграмм «Климат» FM-71-X – ед. Выполнен комплекс актинометрических, теплобалансовых наблюдений. Получены данные о газовом составе атмосферы в приледном слое (СО2 и О3 за 246 суток, метана за 136 суток). Выполнено 7 маршрутных и сферических съемок спектрального альбедо. Получены непрерывные ряды о температурном профиле атмосферы до 1 км за 227 суток, проведены 64 суточных серии наблюдений за общим содержанием озона (ОСО) в атмосфере и ультрафиолетовой радиацией (УФР), получены минутные ряды регистрации высоты облачности над образованием и замерзанием снежницы, получены данные о микропульсациях температуры и скорости ветра в приледном слое за 204 дня. Выполнено съемок пространственного распределения снежного покрова и изучена структура вертикального профиля температуры, плотности и структуры снежной колонки в 88 точках.

Произведен 235 успешный запуск радиозондов и выпуск 8 озонозондов при средней высоте подъема зонда 31 км, и максимально достигнутой высотой 41 км.

Выполнено 195 гидрологических зондирований средней глубиной 1040 м, 34 глубоководных станции средней глубиной 2451 м, максимальной глубиной 2766 м, получены семнадцать серий непрерывных наблюдений над течениями в деятельном (до горизонтов около 400 м) слое океана. Получен значительный объем информации по течениям, при помощи акустических допплеровских профилографов течений.

Выполнено 15 обловов планктона сетью Джедди для гидробиологических исследований. Отобрано и обработано две пробы свежевыпавшего снега, взято два керна льда, отобраны проба подледной воды и интегральная проба снежного покрова и 2 пробы морской воды на замерзающем разводье.

Выполнен маршрутный промер глубин со льда по линии дрейфа станции (1750 км линейного промера). 2/3 данных промера получены в районе ранее не изученном в гидрографическом отношении.

Произведен контроль работы спутниковой навигационной системы (СНС) «ГЛОНАСС», период наблюдений октябрь 2012 г. – июнь 2013 г., всего 254 суток.

Проделаны 21 контактная съемка и 28 бесконтактных съемок с применением неконтактного магниторезонансного измерителя толщины льда (НМРИТЛ) ЕМ 31Ice, с применением данного прибора получены профилей толщины льда на базовых льдинах.

Беспилотный летательный аппарат совершил 21 полет для получения изображений в фотографиях, ТВ-съемки, съемки в ИК-диапазоне и для создания совокупных образов состоянии морского льда в районе станции в период дрейфа 22.10.2011-26.08.2012 (сшивки изображений).

По ним выполнено 4 монтажа ИК изображений и 9 фотомонтажей ледовой обстановки вокруг станции.

В период экспедиции по снятию дрейфующей научно-исследовательской станции «Северный полюс-40» экспедицией «Арктика-2013» на борту атомного ледокола «Ямал» в рамках попутных океанологических исследований, выполненных с борта а/л «Россия», получены данные о структуре океанических процессов в глубоководных районах труднодоступной части Арктического бассейна, получены телеметрические данные о морфометрии морского льда по району плавания, установлены три дрейфующих буя системы «Аргос»; на архипелаге Северная Земля, о. Большевик высажена группа из семи специалистов, с транспортной техникой, оборудованием, материалами всего 185 т грузов для расконсервации научно-исследовательского стационара ААНИИ – Ледовая база «Мыс Баранова».

Полученные в результате работ экспедиций материалы наблюдений являются уникальными, они использованы при выполнении работ в рамках проектов ЦНТП Росгидромета и ФЦП «Мировой океан».

Высокоширотная экспедиция «Северный полюс-2013 Барнео»

Ежегодная экспедиция ААНИИ «Северный полюс – Барнео-2013»

была проведена в период 2–20 апреля 2013 г. на организованной экспедиционным центром РГО в приполюсном районе СЛО ледовом лагере «Барнео». Все работы выполнялись совместно сотрудниками ААНИИ, ГОИН и ИО РАН. Специалисты ААНИИ выполнили комплекс работ ледовых и океанологических исследований. Работы выполнялись по следующим направлениям: 1) исследование морфометрических и теплофизических характеристик торосистых образований; 2) оценка возможностей использования георадара для измерения параметров морского льда, включая керноотбор и определение термических и соленостных характеристик морского льда; 3) сейсмические исследования морского льда; 4) океанографические исследования термохалинной структуры воды в верхнем 1000-метровом слое.

Как качественно новый вид наблюдений можно отметить профильные измерения морфометрии морского льда с помощью георадара «Лоза», выполненные специалистом группы ААНИИ В.М. Смоляницким совместно со специалистом группы ГОИН П.В. Хлебопашевым.

8 апреля ледовую базу «Барнео» посетил руководитель Росгидромета А.В. Фролов. В ходе визита он был ознакомлен с работами, выполняемыми экспедиционными группами ГОИН и ААНИИ. 10 апреля на самолете Анавиации ФСБ из Салехарда через Нагурское (архипелаг Земля ФранцаИосифа) на ледовую базу «Барнео» прилетела делегация Совета безопасности РФ и представителей стран-участниц Арктического совета. В составе делегации были Секретарь Совета безопасности РФ Н.В. Патрушев, спецпредставитель Президента РФ по международному сотрудничеству в Арктике и Антарктике А.Н. Чилингаров, губернатор Ямало-Ненецкого автономного округа Д.Н. Кобылкин, посол по особым поручениям МИДа России А.В. Васильев, а также зарубежные представители от США, Канады, Дании, Исландии, Норвегии, Швеции и Финляндии.

В период 2–20 апреля непосредственно на ледовой базе «Барнео»

или с ее использованием зарубежными специалистами Германии (AWI), Норвегии (NPI), Франции (CNRS), США (Woods-Hole, CRREL), Японии (Jamstec) и др. стран выполнялся широкий круг научно-исследовательских работ, включая океанографическое зондирование в точке лагеря станции и на выносных точках, расстановку автоматических метеорологических, ледовых масс-балансовых, океанографических и акустических буев и станций (транспортировка оборудования в места наблюдений выполнялась вертолетами Ми-8 и/или самолетом Twin Otter). Информация с части буев и станций доступна по сети Интернет и/или по ГСТ ВМО и будет использована при обработке результатов наблюдений ААНИИ.

Ежегодно получаемые данные в приполюсном районе СЛО дают возможность анализировать состояние водных масс в высокоширотном районе Арктического бассейна, оценивать пространственную и временную изменчивость распределения основных гидрологических параметров.

И.М. Ашик, Д.Ю. Апарцев, С.В. Бресткин, О.С. Девятаев, Д.М. Демчев, В.М. Смоляницкий

ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ЕДИНОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИИ

ОБ ОСТАНОВКЕ В МИРОВОМ ОКЕАНЕ (ЕСИМО)

Единая система информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО) – это межведомственная информационная система, предназначенная для информационного обеспечения морской деятельности.

Основными функциями системы являются информационное взаимодействие ведомственных информационных систем, доступ к информации для изучения, освоения и использования ресурсов Мирового океана, обмен данными с информационными системами других ведомств и стран.

В рамках проекта ЕСИМО в ААНИИ разработаны средства комплексного информационного обеспечения экономической деятельности и морских операций в Арктике на основе технологий подготовки гидрометеорологической и ледовой информации по полярным районам Мирового океана.

Географически регионом разработки являются эстуарии сибирских рек, арктические моря России, прилегающая акватория Арктики и Южный океан.

Разработана совокупность технологий, методов и программных средств по подготовке, составлению и представлению ледовой, метеорологической, гидрологической режимной и прогностической информации о состоянии природной среды в высоких широтах.

Тематические технологии разрабатываются по четырем основным направлениям:

– технологии диагноза и прогноза ледовых, метеорологических и гидрологических условий различной заблаговременности и детализации;

– технологии подготовки баз данных, обзорных и справочных пособий о состоянии режима ледовых, метеорологических и гидрологических условий;

– технологии оперативной оценки и эволюции нефтяного загрязнения для региональных и локальных акваторий;

– технологии геопространственного представления данных и продукции.

В 2013 г. научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по проекту ЕСИМО были закончены, и с 2014 г. система будет введена в постоянную эксплуатацию. В ААНИИ на завершающем этапе 2013 г. развернут региональный информационно-технологический узел ЕСИМО по акваториям морей и прибрежным территориям СевероЗападного региона, Арктики и Антарктики, включая подсоединенные узлы категории «Поставщик данных» Мурманского, Северного, СевероЗападного, Якутского УГМС и Калининградского ЦГМС-Р. В связи с этим особенно актуальным становится вопрос о дальнейшем использовании системы для решения основных задач различных организаций и учреждений, включая ААНИИ. На наш взгляд наиболее перспективными направлениями является использование преимуществ разработанных в ЕСИМО общесистемных и тематических технологий агломерации, географического и аналитического представления данных и продукции, включая SQL-базу интегрированных данных (БИД) более чем 30 морских НИУ и УГМС (Росгидромет, Минтранс, РАН и др.), для информационного обеспечения научно-исследовательских и оперативно-производственных работ, выполняемых в ААНИИ, равно как и для информационного обеспечения государственных и коммерческих организаций, осуществляющих свою деятельность в Арктике и Антарктике.

Использование возможностей ЕСИМО позволит повысить конкурентоспособность, эффективность и качество выполняемых работ.

З.М. Гудкович, В.П. Карклин, В.М.Смоляницкий, И.Е.Фролов, В.В.Иванов, Е.У. Миронов, А.В. Юлин.

ПРИЗНАКИ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ТЕНДЕНЦИЙ

В ПОЛЯРНЫХ РЕГИОНАХ В НАЧАЛЕ XXI ВЕКА

По данным исследований последних лет, в начале XXI века рост глобальной температуры воздуха (как в целом для суши и океана, так и в особенности для суши) прекратился, а по некоторым данным температура начала понижаться. В отличие от глобальных изменений климата, потепление в Арктике еще продолжается. Оно проявляется как в изменениях аномалий температуры воздуха, так и в изменениях площади ледяного покрова. Эти изменения связаны с крупномасштабной перестройкой атмосферной циркуляции, в процессе которой происходило постепенное усиление антициклонической циркуляции в восточном районе Арктики, особенно заметное после 2007 г. Увеличилась повторяемость Арктического антициклона. Его усиление и смещение на запад обусловило блокирование североатлантических циклонов, которые распространялись на акватории западных арктических морей и в центральные районы Арктического бассейна, что сопровождалось интенсивным выносом тепла.

Кардинальная перестройка в направленности процессов атмосферной циркуляции естественным образом обусловила различия в климатической изменчивости западного и восточного регионов Арктики.

В то время как в западном регионе Арктики (от Гренландского моря до западной части моря Лаптевых) в период 2007–2013 гг. наблюдалась устойчивая тенденция к повышению температуры воздуха, в восточном регионе (восток моря Лаптевых – Чукотское море) температурный фон понижался (в отдельные месяцы до отрицательных аномалий).

Климатические различия арктических регионов отразились на особенностях распространения льда в Арктическом бассейне и в изменчивости режимных характеристиках ледяного покрова арктических морей сибирского шельфа.

Увеличение повторяемости антициклональной циркуляции сформировало устойчивый антициклонический дрейф льдов в Арктическом бассейне, при этом центр циркуляции также как и центр Арктического антициклона в период 2007–2013 гг. смещался в западном направлении.

Под влиянием антициклонической циркуляции в 2013 г. произошли заметные изменения в распространении льдов в Арктическом бассейне. Кромка льдов в восточном секторе бассейна в сентябре опустилась значительно южнее, чем в предыдущие – 2012 и 2007 гг., при этом в западном секторе положение кромки практически не изменилось по сравнению с 2012 г. (см. рисунок).

Положение кромок остаточных льдов в сентябре 2007, 2012 и 2013 гг.

Как известно, в 2012 г. наблюдалась минимальная за весь период потепления площадь льда в Северном Ледовитом океане (СЛО). По данным наблюдений SSMR-SSM/I – SSMIS в сентябре 2013 г. площадь распространения льда в СЛО составила 5,213 млн км2, что на 1,632 млн км больше, чем в тоже время в 2012 г.

Для анализа климатической изменчивости ледяного покрова арктических морей используется ледовитость в августе, которая хорошо коррелирует с ледовитостью в июле и сентябре. В период 2000–2013 гг.

суммарная ледовитость морей восточного региона уменьшалась до минимума 2007 г., затем наблюдался устойчивый положительный тренд ледовитости, и в 2013 г. она превысила значение ледовитость 2007 г.

на 40 %. В этот же период ледовитость морей западного региона монотонно уменьшалась.

Период потепления в арктических морях характеризуется более поздними сроками устойчивого ледообразования. В связи с понижением температуры воздуха положительные аномалии сроков устойчивого ледообразования в среднем по данным полярных станций постепенно уменьшались от 21 суток в 2007 г. до 8 суток в 2013 г.

Вследствие преобладания антициклональных погодных условий в ледяном покрове восточных арктических морях от первой ко второй половине периода 2007–2013 гг. увеличилось количество наиболее мощных однолетних толстых льдов (более 120 см) среди дрейфующих льдов.

Также увеличилась площадь припая и толщина припайных льдов.

Смена циклонической циркуляции на антициклоническую в Арктике характерна при переходе от «теплого» климатического периода к «холодному». Признаки этого перехода можно заметить в наметившихся тенденциях развития ледовых условий в восточном секторе российской Арктики.

М.Ю. Кулаков, А.П. Макштас

РОЛЬ ДРЕЙФА ЛЬДА В ФОРМИРОВАНИИ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА

СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА В НАЧАЛЕ XXI ВЕКА.

Одним из наиболее распространенных объяснений наблюдаемого в последнее время уменьшения ледяного покрова в Северном Ледовитом океане (СЛО) является повышение температуры приземной атмосферы, наиболее заметное в высоких широтах. Теснота связи между минимальной ледовитостью и среднегодовой температурой воздуха подтверждается достаточно высоким коэффициентом корреляции –0,62.

Однако, после исключения из рядов минимальной ледовитости и температуры воздуха линейных трендов, коэффициент корреляции между температурой и ледовитостью уменьшается до величины 0,03. Такое низкое значение коэффициента корреляции свидетельствует о том, что высокочастотная составляющая межгодовой изменчивости ледовитости СЛО мало зависит от температуры воздуха.

В 2013 г. на основе разработанной в ААНИИ численной модели совместной циркуляции льдов и вод СЛО и данных реанализа NCEP/NCAR выполнен анализ изменений, произошедших в арктическом морском ледяном покрове за период 2001–2012 гг. и предложено описание одного из возможных механизмов влияния динамических факторов на изменчивость массы и площади ледяного покрова СЛО в начале XXI века, а также показано, что дрейф льда определяет не только форму и горизонтальные размеры ледяного массива, но и в значительной степени перераспределение толщин ледяного покрова на акватории СЛО.

Л.А. Тимохов, И.М. Ашик, А.Л. Гарманов, В.Ю. Карпий, С.А. Кириллов, Н.В. Лебедев, М.С. Махотин, В.Т. Соколов

ФОРМИРОВАНИЕ ТЕРМОХАЛИННЫХ УСЛОВИЙ СЕВЕРНОГО

ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА В 2013 ГОДУ: ПРИЧИНЫ И СЛЕДСТВИЯ

Гидрологический режим СЛО в 2013 г. продолжает демонстрировать наличие аномального состояния по отношению к климатическому среднему. Основные признаки аномального состояния заключаются в существовании дипольной структуры поверхностной солености, выраженной в высоких отрицательных аномалиях солености в Амеразийском суббассейне и незначительных положительных аномалиях в Евразийском.

Другой аномальной характеристикой является сохранение положительной аномалии температуры ядра атлантических вод (АВ), которая варьируется от +0,35 °С в восточном секторе Арктики до +0,5 °С в западной части СЛО. Верхняя граница АВ смещена к поверхности на 50 м в Евразийском суббассейне, тогда как в Амеразийском суббассейне такое смещение наблюдается не во всех районах. Летние тихоокеанские воды также продолжают демонстрировать аномально высокую температуру, превышающую климатическую норму на величину более 1,0 °С.

Анализ термического состояния АВМ в Баренцевом море в 2013 г.

показал уменьшение значений температуры воды по сравнению с 2012 г.

на величины от 0,3 °С до 1,1 °С в зависимости от района наблюдений.

Однако однозначно утверждать является ли выявленное понижение температуры АВМ следствием межгодовой изменчивости атлантических вод или отмеченные изменения объясняются нестационарностью сезонного хода температуры в слое АВМ по эпизодическим наблюдениям не представляется возможным.

Океанографические работы в Карском море в августе–сентябре 2013 г. выявили центральный тип распространения речных вод, при котором распресненные речным стоком воды распространялись в северном направлении вплоть до параллели 77° с.ш., занимая центральную часть моря, в отличие от 2012 г., когда наблюдался сильный восточный перенос распресненных вод.

Основной причиной формирования термохалинной структуры поверхностного слоя, отличной от термохалинной структуры летом 2013 г., стали, прежде всего, атмосферные процессы, которые отличались от 2012 г. Прошлым летом по евразийской стороне Арктики образовалась зона атмосферного давления ниже среднего, а над Гренландией – выше среднего. Сформировавшийся диполь способствовал образованию ветровых потоков от южных широт вдоль евразийской стороны Арктики, что привело к значительному уменьшению площади льдов в Арктике и образованию большой площади открытой воды. Лето 2013 г. характеризовалось необычно низким давлением на большей части Северного Ледовитого океана, что привело к ограничению теплового потока с юга, образованию обширного облачного покрова и понижению температуры воздуха. В результате морские льды летом 2013 г. покрывали более обширную акваторию Северного Ледовитого океана. Перечисленные факторы явились причиной формирования летом 2013 г. термохалинной стриктуры поверхностного слоя, отличной от таковой в 2012 г.

Л.А. Тимохов, В.Ю. Карпий, Н.В. Лебедев, Е.А. Чернявская

СТРУКТУРА ДИНАМИЧЕСКОЙ ТОПОГРАФИИ

И ПОВЕРХНОСТНОЙ ГЕОСТРОФИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ

АРКТИЧЕСКОГО БАССЕЙНА СЛО И ПРИЧИНЫ

ИХ МЕЖГОДОВОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ

Динамическая топография океана (ДТО), представляющая собой отклонение поверхности океана от уровня геоида, является важным показателем состояния океана, поскольку горизонтальный градиент ДТО определяет поверхностную геострофическую циркуляцию. До недавнего времени оставался открытым вопрос о точности, с которой аномалии динамических высот (АДВ) описывают ДТО. Р. Kвок и Дж. Морисон использовали данные пяти серий зимних наблюдений спутника ICESat для определения высоты поверхности океана в открытых разводьях и полыньях в Арктическом бассейне и сравнили с рассчитанными АДВ по океанографическим наблюдениям. Коэффициент корреляции между полями АДВ и ДОТ оказался довольно высоким, равным 0,92, а среднеквадратическое отклонение между полями составило 7,4 см при амплитуде изменений 80 см. Полученный результат дал нам основание использовать аномалии динамических высот для оценки крупномасштабных особенностей динамической топографии глубоководной части Арктического бассейна (АБ).

Для анализа межгодовой изменчивости полей аномалий динамических высот использовался метод разложения по эмпирическим ортогональным функциям (ЭОФ) с одновременным расчетом временных серий главных компонент (ГК). Анализируются первые три ЭОФ, описывающие 64,3 % общей дисперсии изменчивости (D). Первая мода разложения ЭОФ1 описывает оппозицию аномалий в Амеразийском и Евразийском суббассейнах. Вторая мода ЭОФ2 воспроизводит общее неравномерное по бассейну увеличение (положительные значения ГК2) или уменьшение (отрицательные значения ГК2) D. Третья мода ЭОФ3 моделирует оппозицию аномалий в центральной части Арктического бассейна и в районе Чукотского поднятия с остальной частью Арктического бассейна.

В межгодовой изменчивости коэффициента первой моды ГК1 можно предположить наличие крупномасштабного колебания, возможно с периодом более 50 лет. Во временных сериях ГК2 и ГК3 по полиномиальным линиям осреднения можно предположить наличие 50-ти и 25-летних циклов.

Для оценки роли отдельных факторов в межгодовых изменениях полей средней солености поверхностного слоя был выполнен корреляционный анализ связи главных компонент ГК1, ГК2 и ГК3 с индексами атмосферной циркуляции, расходом тихоокеанских вод через Берингов пролив, потоком соли атлантических вод через Фареро-Шетландский пролив, речным стоком и площадью открытой воды арктических морей в сентябре.

Изменчивость ГК1 на 42 % зависит от гидрологических факторов и на 58 % от форм атмосферной циркуляции, причем, основная доля (31 %) приходится на форму циркуляции, моделируемой индексом NAO.

Влияние гидрологических факторов на изменчивость ГК2 значительно меньше – 27 %, в то время как на метеорологические факторы приходится 73 %. При этом доля влияния форм атмосферной циркуляции составляет 55 %, а влияние температуры воздуха – 18 %. Наибольшее влияние гидрологические факторы оказывают на изменчивость ГК2 – 54 %, в то время как доля влияния форм атмосферной циркуляции составляет 22 %.

А.И. Коротков, С.В. Кашин

УХУДШЕНИЕ ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЙ В ЮЖНОМ ОКЕАНЕ

По результатам независимой обработки в МЦД-Б по морскому льду спутниковых микроволновых измерений зарубежных ИСЗ за период с 1979 г. в южной полярной области (http://wdc.aari.ru/datasets/ssmi/data/ south/extent/) в отличие от Арктики обнаруживается некоторое увеличение площади морского льда. В среднем его площадь к 2013 г. выросла примерно на 300 тыс. км2 в период максимального распространения в сентябре и на 160 тыс. км2 в конце лета в феврале. В 2012–2013 гг. ледяной покров Южного океана предположительно в результате повышенного распространения достиг рекордных размеров около 19,5 против 18,6 млн км2 по норме. Количество остаточного льда превысило среднемноголетнее значение 3,1 млн км2 примерно на 800 тыс. км2.

Тенденция повышения ледовитости в масштабах всего Южного океана наметилась после 1986 г. В этом году летом практически исчез Балленский массив в море Сомова, состоялись грандиозные отколы суперязыков шельфовых ледников Ларсена и Фильхнера в море Уэдделла и ледника Туэйтса в море Амундсена, а площадь льда в сентябре была минимальной – 17,7 млн км2. Окончательно данная тенденция оформилась в новом тысячелетии, в начале которого также произошли отколы гигантских айсбергов – на этот раз от шельфового ледника Росса.

Зимнее увеличение ледовитости, составляющее менее 2 % от нормы, обязано на тихоокеанскому сектору (220 тыс. км2). Очевидно, что это тривиальный молодой лед, который образуется в прикромочной зоне и скоротечно вытаивает уже весной, поскольку летом в данном секторе наблюдается прямо противоположная тенденция сокращения ледяного покрова (–100 тыс. км2) и прогрессирующего очищения. Заслуживающим внимания является рост на 5 % остаточной ледовитости Южного океана в феврале. Решающая роль в этом принадлежит Атлантическому ледяному массиву (200 тыс. км2), который традиционно оппозиционен Тихоокеанскому массиву (коэффициент корреляции – 0,18). Определенный вклад (60 тыс.

км2) вносят моря индоокеанского сектора.

Увеличение остаточной ледовитости в Антарктике возможно только за счет незаурядного льда, наросшего зимой до 1,5 м и более, чтобы пережить последующий период весенне-летнего таяния. Это либо старый дрейфующий лед «ядер» ледяных массивов, либо припай, в том числе однолетний, если он будет взломан поздно осенью. По данным самого продолжительного ряда наблюдений за антарктическим припаем в обс.

Мирный за последние полвека его толщина немного уменьшилась, но при этом сроки взлома несколько отдалились. В начале нового тысячелетия сокращение толщины льда по сравнению с самыми холодными 1960-ми гг. составило в среднем около 10 % (с 166 до 154 см), а запаздывание взлома достигло одного месяца – 5 марта вместо 9 февраля по многолетним данным. Отдаление сроков разрушения вплоть до сохранения припая не взломанным служит главной причиной наблюдаемого в Южном океане увеличения количества старого льда. С сопутствующим усложнением условий проведения морских операций РАЭ столкнулась с первых лет нового тысячелетия. В обширном перечне негативных ледовых событий выделяются два случая сохранения припая:

– в 2002 г. в обс. Мирный впервые за всю ее полувековую историю, что не позволило слить на станцию топливо. Вследствие этого в следующем 2003 г. была вынужденно законсервирована на зиму станция Восток;

– на протяжении двух лет в 2011 и 2012 гг. в штатном месте выгрузки станции Новолазаревская в бух. Белая впервые с начала ее использования в 1986 г. выгрузка вынужденно производилась в вершине зал.

Ленинградский, в районе индусской береговой базы. В середине апреля 2012 г. здесь произошло обрушение барьера, что привело к потере значительной части экспедиционного груза.

Исключением из преобладающей в Южном океане тенденции повышения остаточной ледовитости до последнего времени являлся тихоокеанский сектор, где летом, напротив, количество льда в основном сокращалось. С 1989 г., в феврале–марте очень часто стало почти полностью очищаться ранее недоступное море Беллинсгаузена. С 2007 г. это происходит ежегодно. В середине марта 1992 г. полностью очистилось также ранее труднодоступное море Амундсена. Апофеозом деградации Тихоокеанского массива явилось практически полное исчезновение пояса дрейфующего льда в районе Русской в 2011 г., что наблюдалось впервые за полувековой период.

Кардинальные изменения претерпели также ледовые условия у тихоокеанского побережья Антарктического п-ова. По данным станции Беллинсгаузен продолжительность ледового периода в районе Южных Шетландских о-вов сократилась в среднем с 6 до 3 месяцев. Толщина образующегося в бух. Ардли припайного льда уменьшилась втрое – с 90 до 30 см. В период особенно «теплых» зим 1996–2006 гг. зачастую не происходило окончательного замерзания бух. Ардли, а в 2004 г. припай вообще не образовался.

Однако с 2007 г. здесь началась реставрация прежнего режима.

Средняя продолжительность ледового периода приблизилась к полугоду, а бух. Ардли в большинстве лет вновь была скована припаем на протяжении до 3 месяцев, что являлось нормой для 1970-х гг. Возможно, это знаменует начало восстановления в ближайшее десятилетие и Тихоокеанского ледяного массива. Ожидается, что такое развитие событий обеспечит сохранение примерно до 2025 г. современной тенденции увеличения количества старого льда в Антарктике с переходом лидерства в формировании положительной аномалии ледовитости Южного океана от Атлантического к Тихоокеанскому сектору.

Н.Н. Антипов, А.В. Клепиков

ПРОЦЕССЫ В ОКЕАНЕ НА АНТАРКТИЧЕСКОМ ШЕЛЬФЕ

И СКЛОНЕ: ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ РАЗЛИЧИЯ,

ИХ ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ

Выполненные в последние десятилетия исследования показали, что структура и характеристики вод на шельфе Антарктиды имеют существенные пространственные различия. Наиболее принципиальным, делящим антарктический шельф на два региона, является наличие (или отсутствие) в районе антарктической шельфовой воды (АШВ), занимающей обычно нижний слой водной колонки и имеющей температуру, близкую к температуре замерзания. На шельфах всей Восточной Антарктиды, включая часть западной (от моря Уэдделла до моря Росса включительно) в различных объемах и с региональными различиями в солености эта водная масса обнаружена. В то же время, на шельфах большей части Западной Антарктиды (моря Амундсена и Беллинсгаузена и западный шельф Антарктического п-ва) даже признаков формирования АШВ на сегодняшний день не установлено. Следствием указанных особенностей является и принципиально разная роль двух указанных регионов в процессах, имеющих в том числе важное климатическое значение. Речь идет о формировании антарктической донной воды и воздействия океана на устойчивость антарктического ледникового щита.

Процессы опускания плотных вод, сформированных на шельфе, по материковому склону до больших глубин характерны для океанов и морей в высоких широтах. Эти процессы приводят к образованию донных и трансформации глубинных вод. Глубокая присклоновая конвекция в полярных водах до сих пор плохо изучена, так как происходит в сравнительно узких областях материковых склонов Антарктики и Гренландии, где океанографические съемки с высоким пространственным разрешением крайне редки.

Процесс опускания вод, зафиксированный на нескольких участках антарктического склона, часто происходит в виде «плюмов», т.е. порций более плотных вод, опускающихся в окружающей их воде меньшей плотности. Плюмы стекают вниз благодаря уплотнению при смешении на границе шельфа и склона холодных шельфовых вод и более теплых и соленых циркумполярных глубинных вод (ЦГВ).

Анализ результатов полевых работ МПГ 2007/08 и архивных данных позволил установить, что необходимым условием для процесса склоновой конвенции является наличие на шельфе антарктической шельфовой воды, обладающей высокой плотностью и температурой вблизи точки замерзания.

Ее образование связано с зимней конвекцией, возникающей вследствие процессов ледообразования. Для формирования донных вод требуются дополнительные условия: достаточно широкий шельф, наличие стационарных полыней, наличие впадин на шельфе. Все это ведет к образованию и накоплению больших объемов шельфовой воды, обладающей достаточной соленостью, чтобы создать в районе края шельфа плотные смеси, способные опускаться по материковому склону. Такие условия имеют место в морях Уэдделла, Росса, заливе Прюдс, где зафиксировано образование донных вод.

Одним из условий формирования шельфовой воды является отсутствие на шельфе прослойки соленой циркумполярной глубинной воды, которая ограничивает глубину конвекции, вызванной ледообразованием.

Такие условия обнаружены нами в морях Амундсена и Беллинсгаузена и у западного берега Антарктического полуострова где ниже слоя поверхностных вод распространяется достаточно теплая и соленая ЦГВ.

Следствием этого является таяние шельфовых ледников, ведущее к распреснению верхнего слоя и уменьшению его плотности, что создает дополнительные препятствия для образования АШВ.

Отметим важность этого процесса не только для циркуляции океана, но и для устойчивости антарктического ледникового щита. Таяние основы шельфовых ледников является одним из основных процессов уменьшения массы континентального льда Антарктиды. Мониторинг процессов на шельфе и склоне Антарктики является одним из ключевых элементов создаваемой международной Системы наблюдений Южного океана.

М.С. Молчанов, А.В. Клепиков

МОДЕЛЬ СЕЗОННОЙ И МЕЖГОДОВОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ

ЦИРКУЛЯЦИИ ЮЖНОГО ОКЕАНА

Для моделирования циркуляции Южного океана используется трехмерная модель, разработанная И.А. Нееловым. Модель основана на трехмерных уравнениях гидротермодинамики в гидростатическом приближении. Для параметризации вертикального турбулентного обмена решается уравнение баланса турбулентной энергии с привлечением гипотезы Колмогорова-Обухова, причем масштаб турбулентности выбирается в зависимости от стратификации по Гальперину. Для моделирования ледяного покрова используется термогидродинамическая модель Хиблера, а потоки тепла на поверхности льда или воды рассчитывались согласно методике Паркинсона. В качестве начальных условий использовались данные из архива Левитуса. Задача решается с шагом 1 градус по широте и 2 градуса по долготе с временным шагом 3 часа.

Используется батиметрия ЕТОРО-2, осредненная на модельную сетку.

Расчеты проводились с 1978 г. по 2012 г. с использованием данных реанализа NCEP. Северная граница расчетной области проходит по 65 с.ш., т.е. решается задача для всего океана, исключая Северный Ледовитый океан. В модели имитируется изменчивость полей скорости течений, температуры, солености и ледяной покров океана.

По результатам расчета построены карты распределения толщины ледяного покрова, графики межгодовой изменчивости площади ледяного покрова. Рассчитан расход Антарктического циркумполярного течения через пролив Дрейка. Результаты расчета согласуются с оценками, полученными по данным измерений. На рисунке приведены графики сезонной изменчивость площади распространения морского льда за период 1978–2012 гг. Для оценки сплоченности и площади морских льдов использовались данные EUMETSAT. Отмечается тренд увеличения леСезонная изменчивость площади распространения морского льда за период 1978–2012 гг. Пунктир – результат модельных расчетов, сплошная линия – спутниковые данные. Прямая линия – линейный тренд по модельным расчетам.

довитости Южного океана. За 35 лет площадь распространения морского льда по модели выросла на 1,1 млн км2, в то время как по наблюдениям она выросла на 0,6 млн км2.

В.В. Алексеев, В.И. Дымов

ОПЫТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ МОДЕЛИ ВЕТРОВОГО ВОЛНЕНИЯ

WAVEWATCH-III (МУЛЬТИГРИД ВЕРСИЯ 3.14) В ААНИИ Модель ветрового волнения третьего поколения WAVEWATCH III, основанная на численном решении уравнения баланса волновой энергии, проходит опытную эксплуатацию в лаборатории волновых процессов отдела океанологии. Модель запущена на многопроцессорном кластере в режиме параллельных вычислений MPI. Кластер состоит из трех компьютеров под управлением операционной системы Linux.

Модель адаптирована для глобального расчета ветровых волн Мирового океана в сетке 0,50,5°, а также в мультисеточном варианте (мультигрид) для западных морей СЛО: Баренцева, Карского, Печорского и Белого морей с пространственным шагом до 5. В качестве начальных данных используются поля ветра GFS с разрешением 0,5° по пространству, временным шагом 3 часа и заблаговременностью до 7 суток. В качестве информации о положении ледовой кромки используются ежедневные спутниковые данные по сплоченности SSM/I в разрешении 0,5°.

По результатам опытной эксплуатации проведено сопоставление с доступными данными инструментальных наблюдений и моделью ААНИИ.

Получено хорошее качество прогнозов ветрового волнения и соответствие между моделями на одинаковых входных данных по ветру, льду и батиметрии. Решено использовать модель WAVEWATCH III в качестве дополнительной к эксплуатирующейся модели ААНИИ и адаптировать для других морей СЛО в расчетных сетках высокого разрешения.

С.В. Клячкин, Р.Б. Гузенко

ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СЖАТИЙ

ЛОКАЛЬНОГО МАСШТАБА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ

ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Используя численные модели динамики ледяного покрова с различным пространственно-временным разрешением, получены значения сжатий льда в Байдарацкой губе Карского моря в ячейках сетки с шагом 25, 12,5 и 5 км и временной дискретностью 12, 6, 3 и 1 ч. Предполагая, что значение сжатия в крупной ячейке – это среднее, а значения сжатия в географически соответствующих мелких ячейках – это выборка, был выполнен статистический анализ характеристик изменчивости сжатий. В качестве меры изменчивости сжатий использовалось стандартное отклонение.

Анализ показал:

– стандартное отклонение сжатия статистически связано со средним значением сжатия (коэффициент корреляции составляет 0,5–0,6), а именно: чем больше среднее значение сжатия, тем больше стандартное отклонение;

– стандартное отклонение статистически связано с соотношением пространственных масштабов (размеров ячейки), а именно: чем больше разница между размерами ячеек сеток, тем больше стандартное отклонение;

– стандартное отклонение статистически связано с соотношением временных масштабов, а именно: максимальное стандартное отклонение соответствует временному шагу, равному 6 ч, тогда как расчеты с более детальной временной дискретностью – 3 ч и 1 ч – дают более сглаженную картину сжатий.

По результатам этого анализа предложен алгоритм оценки стандартного отклонения сжатия льдов в пределах «большой» ячейки, а также алгоритм оценки экстремального сжатия заданной обеспеченности и заданного пространственно-временного масштаба с помощью распределения Гумбеля.

Показано, что экстремальное сжатие в масштабе порядка 100 м обеспеченностью 10 % может в 1,5–2 раза превышать среднее значение, полученное для масштаба 25 км, а экстремальное сжатие обеспеченностью 0,01 % (при том же соотношении пространственных масштабов) может превышать среднее значение в 4–9 раз, и достигать 1 МПа и более.

К числу «слабых» мест предложенного алгоритма можно отнести следующие:

– статистически алгоритм основан только на трех вариантах соотношения масштабов – 1/4, 1/6,25 и 1/25, что представляется недостаточным;

– полученные статистические связи не слишком тесные, коэффициенты корреляции и показатели R2 в основном имеют значения порядка 0,5–0,7;

– эмпирические формулы, связывающие среднее значение сжатия и стандартное отклонение сжатия, при очень слабых сжатиях работают недостаточно надежно.

Тем не менее, в целом предложенный подход представляется интересным и перспективным.

Н.Ю. Захваткина (Фонд «Нансен-центр», ААНИИ), И.А. Бычкова (ААНИИ)

СПУТНИКОВЫЕ МЕТОДЫ КЛАССИФИКАЦИИ

ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ

Возрастные стадии однолетних льдов не могут быть однозначно классифицированы по интенсивности обратного рассеяния. Исследования возможностей радиолокационной спутниковой съемки морских льдов показали, что даже в холодный период года нет прямой связи количественных значений удельной эффективной поверхности рассеяния (УЭПР) с толщиной (возрастом) льда. Например, рассеивающие свойства серого льда, толщина которого не превышает 15 см, при определенных условиях его формирования, могут соответствовать многолетним льдам. В таких или подобных случаях проблема может быть решена на основе экспертного анализа относительной яркости ледяных полей и поверхности льда в разводьях с учетом конфигурации и «иерархической» последовательности структуры разломов, разводий полыней.

Классификация льдов по возрасту Разработана классификация льдов по возрасту: многолетний, однолетний и однолетний деформированный льды с учетом региональных особенностей этих видов льдов для разных секторов Арктики с использованием метода Байеса. Данный метод классификации требует знания достоверных значений априорных вероятностей для каждого вида льда в конкретном районе, а также апостериорных вероятностей. Необходимо однозначное и точное выделение примеров всех видов морского льда на стадии визуальной экспертной оценки, из которых в дальнейшем делаются выборки значений УЭПР.

Одним из решающих условий успеха байесовской классификации объектов природной среды по материалам дистанционного зондирования является определение наиболее достоверных значений априорной вероятности существования объекта данного класса в конкретное время в конкретном регионе. Использование результатов среднемноголетних наблюдений классическими средствами в Арктике для оценок априорной вероятности существования ледяных объектов определенного типа может привести к существенным ошибкам при байесовской классификации. Ошибки классификации могут возникать из-за неучета реальных тенденций в изменении ледовитости арктических морей, складывающихся в последние годы. Чтобы избежать подобных ошибок, для оценки априорной вероятности было предложено использовать архивные спутниковые данные последних лет, получаемые в ААНИИ на регулярной основе. Собственно оценка априорных вероятностей была получена путем анализа карт ледовой обстановки в арктических морях, построенных ледовым центром ААНИИ в предыдущие годы с использованием спутниковых данных. При этом были построены сезонные и ежемесячные карты априорных вероятностей основных видов льдов (многолетнего, нескольких стадий развития однолетнего и молодого) для нескольких частей Арктики (на примере Карского моря и Арктического бассейна), полученные в результате осреднения сплоченности льдов за период с по 2012 гг. Значения априорных вероятностей существования основных видов льда для конкретного месяца года в отдельных арктических морей ранжированы с учетом типа сезона («мягкая зима», «суровая зима» и пр.).

Условные плотности распределения значений УЭПР (апостериорные вероятности) определялись по участкам рассматриваемых видов льдов, выделенных визуально на калиброванных изображениях, получаемых с радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) спутника RADARSAT-2, и были взяты как «характерные» для заданной части Арктики.

Разделение лед/водная поверхность Анализ спутниковых изображений показал, что открытая водная поверхность при сильном ветровом волнении может иметь такие же рассеивающие свойства как серый, серо-белый или многолетний лед.

Спокойная (гладкая) водная поверхность на радиолокационных изображениях имеет темный тон, что может соответствовать низкому отраженному сигналу от однолетнего тонкого льда. Для разграничения на спутниковых снимках пространств, занятых льдом и свободных ото льда, был разработан классификатор, основанный на различии в поляризационных свойствах воды и льда. Установлено, что, в условиях сильного ветра и развитого волнения, распознавание пространств открытой воды на фоне льдов значительно облегчается при использовании РСАизображений с двумя поляризациями (ГГ и ГВ), благодаря возникающей значительной разнице в сигнале от воды и льда.

Для автоматизированного разделения объектов лед / вода на спутниковых снимках была разработана классификация РСА-изображений, получаемых со спутника RADARSAT-2, методом опорных векторов (Support Vector Machine, SVM). Работа была выполнена совместно с Фондом «Нансен-центр», в рамках нескольких международных проектов.

Классификация методом опорных векторов относится к классу методов «обучения с учителем», а известные данные называются обучающей выборкой. В задаче распознавания формируются векторы образцов каждого класса (льда и воды) – объекты, про которые заранее известно к какому классу они принадлежат. Метод опорных векторов заключается в построении оптимальной разделяющей гиперплоскости. Точность классификации определяется некоторой геометрической линией (в общем случае – оптимальной разделяющей гиперплоскостью), расстояние от которой до каждого класса максимально, т.е. разделяет классы наилучшим образом. Вектора, лежащие ближе всех к разделяющей гиперплоскости, называются опорными векторами.

В работе обучающие вектора классификатора были сформированы по данным, полученным с помощью текстурного анализа.

Для реализации классификатора выполнен анализ текстурных характеристик РСА-изображений, основанный на расчете матриц совместной встречаемости, комбинирующих яркостные, градиентные и ориентационные свойства изображений и обеспечивающих детальное представление их структуры и строения. Предложенный метод автоматизированного разделения объектов лед / вода на спутниковых радиолокационных снимках был успешно апробирован на материалах RADARSAT-2, полученных по Арктическому бассейну.

О.М. Андреев, А.М. Безгрешнов, Ю.П. Гудошников, Н.В. Кубышкин, А.К. Наумов

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ ЛЕДОВОГО КАНАЛА

В ПРИПАЕ ОБСКОЙ ГУБЫ НА ПОДХОДЕ К П. САБЕТТА

Настоящее исследование является составной частью работ ААНИИ в Обской губе, направленных на решение проблемы организации круглогодичной навигации в строящемся порту Сабетта. Целью исследования являлось получение характеристик накопления и смерзания ледяной каши в канале, проложенном в припайном льду на подходах к порту. Полевые работы, проводимые весной 2013 г., включали в себя измерение морфометрических характеристик ледового канала между проходами судов, определение физико-механических характеристик льда, проведение технической видеосъемки подводной поверхности канала и его кромок, проведение метеорологических и энергобалансовых наблюдений на канале и на ненарушенном льду. Полученные в ходе работ данные о теплофизических характеристиках снежно-ледяного покрова хорошо согласуются с данными метеорологических и теплобалансовых наблюдений. Анализ морфометрических наблюдений продемонстрировал всю неоднозначность получаемых результатов, получаемых стандартным методом шнекового бурения. Важным отличительным моментом проведенных исследований является техническая видеосъемка нижней поверхности льда в канале и на его кромках, которая позволила приближенно оценить максимальные толщины ледяной каши, не поддающиеся оценке с помощью стандартного метода бурения.

В рамках исследования была разработана термодинамическая модель промерзания ледяной каши в канале, основанная на численном решении уравнения теплопроводности. Используя экспедиционные данные в качестве исходного материала, по модели были проведены расчеты эволюции толщины слоя промерзшей ледяной каши. Полученные результаты сравнивались как с данными натурных измерений, так и с результатами расчетов по ранее созданным простым моделям, взятым из литературных источников. Проведенный сравнительный анализ результатов наблюдений и моделирования показал, что одной из наиболее важных характеристик является коэффициент заполнения, определяющий объем ледяных включений в общем объеме каши.

Перспективы дальнейших исследований видятся в более масштабном проведении натурных морфометрических измерений на канале, с более широким использованием возможностей подводной технической видеосъемки. Также очевидно, что необходима визуальная или фотографическая фиксация заполнения канала ледяной кашей после каждого прохода судна.

Более широкое использование термокос при работах непосредственно на канале, позволит с высокой степенью точности определять (с помощью температурного метода) скорость промерзания ледяной каши в фиксированных точках и дополнять данные, полученные с помощью бурения.

Развитие математического моделирования процесса промерзания ледяной каши и перераспределения ее объема при проходе судна может кардинальным образом повысить эффективность познания механизмов взаимодействия в системе «атмосфера – ледяная каша – морская вода» и, в конечном итоге, позволит с достаточной степенью точности прогнозировать развитие эволюционных процессов, протекающих в ледовом канале.

Н.А. Сухих, А.В. Нестеров

ВЕРТИКАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЙ В ПЕЧОРСКОМ МОРЕ

ПО НАТУРНЫМ ДАННЫМ

В 2001–2003 гг. в Печорском море был проведены наблюдения за течениями и дрейфом льда. Измерения течений проводились синхронно в нескольких слоях (толщина 1 м) с помощью доплеровского акустического профилографа течений (ADCP WorkHorse Sentinel 300kHz) с дискретностью по времени 10 мин. Применение ADCP позволяет существенно расширить существующие представления о вертикальной структуре морских течений.

В докладе обсуждаются результаты статистического анализа измерений трехкомпонентного вектора скорости течений профилографом ADCP в Печорском море. Для анализа выбраны три реализации для одной из пяти ПАБС (69° 20' c.ш. 55° 01' в.д.), установленных в данном районе. Количество горизонтов равно 20. Глубина установки прибора – 27 м.

Выбранные реализации охватывают все основные сезоны года (зима, лето, осень) и характеризуют различные синоптические ситуации: наличие сильного ветра и штиль, наличие ледяного покрова и без него.

Предлагается обобщение векторно-алгебраического анализа векторов скорости морских течений на трехкомпонентный случай.

Показано, что в связи с синхронностью выполняемых наблюдений с помощью полученных таким образом данных возможно провести исследование вертикальной структуры скорости течений и описать эпюры скорости в терминах математической статистики.

Анализ выполнен на основе разложения вертикального профиля U ( z, t ) по системе естественных ортогональных функций (ЕОФ) и векторных естественных ортогональных функций (ВЕОФ). Вертикальный профиль представлен в виде:

где k ( z ), k ( z ) – ортогональный базис, {ak }(t ), ak (t ) – коэффициенты,,, – единичные орты.

Применение сразу двух методов позволило выявить преимущества и недостатки каждого.

Достоинством метода ВЕОФ является наглядность представления базиса разложения в виде векторов k ( z ) и простота анализа скалярных коэффициентов ak(t). Эти методы применены для типизации эпюр скорости течений в двумерном варианте (без учета вертикальной скорости).

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКАЯ СЕКЦИЯ

С.М. Ковалев, А.И. Шушлебин

НАТУРНЫЕ ДАННЫЕ ПО МАСШТАБНОЙ ПРОЧНОСТИ

МОРСКОГО ЛЬДА

В лаборатории физики льда совместно с ЗАО «АВА Гидросистемы»

при финансовой поддержке ОАО «НК Роснефть» был усовершенствован и изготовлен комплекс гидрооборудования для определения механических свойств льда в полевых условиях. Комплекс предназначен для определения прочности льда (ровного, наслоенного и торосистого) в скважинах и на образцах. Отличительными особенностями нового гидравлического комплекса «Скважинный зонд-индентор» от предыдущих являются:

– возможность непрерывной регистрации перемещения индентора при его внедрении в стенку скважины;

– возможность регулирования скорости внедрения индентора в лед от 1 до 4,5 мм/с.