USD 77.7325

0

EUR 85.7389

0

BRENT 34.83

-0.12

AИ-92 42.41

-0.01

AИ-95 46.35

-0.01

AИ-98 51.08

-0.02

ДТ 47.59

-0.01

24 мин
146
0

Ледовые нагрузки: отследить и предупредить

Статья содержит обзор применения радиомаяков для изучения дрейфа ледяного покрова и айсбергов в морях Российского Арктического шельфа и основных полученных результатов, а также ряд требований к оборудованию, сформулированных на основе накопленного опыта его использования.

Введение

С развитием космической спутниковой техники в 1970-е годы в практику изучения динамики ледяного покрова стали постепенно внедряться дрейфующие радиобуи (радиомаяки). С помощью этих устройств потребителю через спутниковые системы связи передается информация о географическом положении ледяного образования, а также ряде сопутствующих параметров. В настоящее время подобные устройства широко используются в научных целях (International Arctic Buoy Programme, http://iabp.apl.washington.edu/overview_history.html, SEDNA: Sea ice Experiment - Dynamic Nature of the Arctic, https://nsidc.org/data/g02200; Lei et al., 2016; Hutchings et al., 2010), кроме того, применение радиомаяков рекомендовано для сбора информации для проектирования гидротехнических сооружений и использования в составе оборудования для обеспечения Управления Ледовой Обстановкой (Draft ISO/DIS 35106, Draft ISO/DIS 35104). Краткие обзоры применения радиомаяков в приполюсном районе, Американском и Канадском секторах Арктики, а также некоторые характеристики подобных устройств приведены в работах (Tiffin et al., 2012; Мотыжев и др. 2016; Motyzhev et al., 2017).

Опыт использования радиомаяков и основные результаты

1970-1990-е, Баренцево море

Начало использования спутниковых радиомаяков для исследования дрейфа ледяных образований в рассматриваемом регионе можно отнести к периоду реализации экспериментальной программы "Ice drift experiment in the Svalbard-Greenland area", выполнявшейся Норвежским Полярным институтом в сотрудничестве с NASA в 1975-78 гг. в Гренландском море и норвежском секторе Баренцева моря. Программа подразумевала использование в тестовом режиме радиобуев, передающих сигналы на американский спутник NIMBUS-6 (Vinje, Steinbakke, 1977). Радиобуи производились в Норвегии (изготовитель - Chr. Michelsens Institutt), большинство из них оснащались только радиопередатчиком, а некоторые имели датчики температуры (измерялись температуры внутри корпуса прибора и окружающего воздуха) и величины заряда батареи (рисунок 1а). Вес этих устройств составлял порядка 55 кг. Спутник принимал радиосигналы при каждом пролете над районом установки радиобуев, дискретность передачи сигнала составляла 62 секунды, для относительно точного определения местоположения буя был необходим прием 4-5 сигналов за один пролет спутника. Согласно вышеуказанному источнику, точность определения местоположения радиопередатчика буя была от 3 до 5 км. Буи устанавливались на ледяной покров в весенне-летний период. Анализ работ (Vinje, Steinbakke, 1977; Vinje, 1978) показывает, что на акватории западной части Баренцева моря дрейфовало 4 радиобуя. Принимая во внимание точность определения местоположения радиобуев, дрейф ледяного покрова может быть определен с большой погрешностью. Траектории ледяных полей, построенные по полученным данным, дают представление о характере перемещения ледяного покрова в районе арх. Шпицберген и показывают его преобладающий вынос из северных районов моря в летний период (рисунок 1б). Совместный анализ данных, полученных с помощью радиомаяков и спутниковых снимков, показал, что в районе к юго-востоку от Шпицбергена скорость дрейфа ледяного покрова, как правило, не превышает 0.2 м/с (Vinje, 1985).


Рисунок 1. Внешний вид и «начинка» радиобуя, использовавшегося для определения дрейфа в 1975, 1977 и 1978 гг. (а); траектории дрейфа радиомаяков восточнее арх. Шпицберген в апреле-июле 1977 гг. (б) (Vinje, Steinbakke, 1977; Vinje, 1978)

В целом, по мнению норвежских исследователей, опробованная методика показала свою надежность и успешность, а применение данного типа оборудования открывало большие перспективы для получения информации о дрейфе ледяного покрова и температуре окружающего воздуха в малодоступных районах Арктики.

С возникновением во второй половине 1980-х гг. планов разведки и добычи УВ сырья на акватории, расположенной южнее среднемноголетнего положения кромки льда в норвежском секторе Баренцева моря, проблема потенциального воздействия ледяного покрова и айсбергов на буровые платформы стала всерьез восприниматься крупным бизнесом. С 1987 г. по 1994 г. по заказу консорциума норвежских и международных компаний были проведены две исследовательские программы – ICEBASE (Sea Ice Investigations in the Barents Sea) и IDAP (Ice Data Acquisition Program). В рамках этих программ (преимущественно IDAP) были собраны значительные экспедиционные и архивные материалы о ледяном покрове и айсбергах в западной и центральной частях Баренцева моря (Spring, Sangolt, 1993; Loset, Carstens, 1996; IDAP Summary Report, 1994; Бузин, 2008). Для работ по программе IDAP использовалось норвежское научно-экспедиционное судно «Лансе» (MV Lance). Хотя исследования проводились в основном западнее 35ºв.д., в 1992 г. по согласованию с российской стороной была выполнена экспедиция в район ЗФИ. В результате проведенных в 1988-94 гг. работ на айсберги было установлено 53 буя, оснащенных радиопередатчиками спутниковой системы ARGOS (15 буев были установлены в районе ЗФИ) и отслежен их дрейф (Spring, Sangolt, 1993; IDAP Summary Report, 1994). Известно, что почти одновременно с этими работами, в районе ЗФИ участниками международной экспедиции на МЛСС «Фобос» на айсберги было установлено 3 радиомаяка системы ARGOS, однако, эти исследования проводились в интересах обустройства Штокмановского ГКМ (Iceberg Expedition.., 1992).

Отметим, что доступные источники по результатам работ тех лет содержат крайне мало сведений о технических характеристиках используемого оборудования. Известно, что координаты радиомаяка определялись по доплеровскому сдвигу частоты радиосигнала за время пролета спутника системы ARGOS над районом установки маяков. Данный метод позволяет определять местоположение подвижных объектов с точностью 0-250 м, 250-500 м и 500-1500 м (т.е. присутствует три класса точности) в зависимости от условий приема радиосигналов при пролете спутника. В связи с этим для дальнейшего анализа дрейфа требовалась разработка специальных алгоритмов приведения исходных данных к единому виду. Устройства заглублялись в лед и были оснащены датчиками температуры воздуха и льда. В источниках есть указания на возможность приборов работать в течение года и более. Упомянутая в одном из документов модель радиомаяка (ICEX II) позволила уточнить некоторые технические характеристики у производителя этого оборудования (JOTRON AS, Норвегия, см. таблицу 1).

Таблица 1. Основные характеристики радиомаяков, 

использованных для изучения дрейфа ледяных образований в Евразийской Арктике.

Программа,

период

Спутник / система связи

Модель

радиомаяка

Продолжит.

работы маяка

Дискретность измерений

Точность, м

Ice drift experiment in the Svalbard-Green -land area, 1975-78 гг.

NIMBUS-6

Chr. Michelsens Institutt*

4-5 мес.

62 сек

3000

-5000*

IDAP

1988-94 гг.

ARGOS

ICEX II

(одна из применяв -шихся моделей )

До 1 года и более

90 сек (**)

250 -500 -

-1500**

Штокмановский

проект, 2001-09 гг.

Inmarsat C

/ ARGOS

Разработка ФГБУ «ААНИИ»

До 2-х мес.

 / до 4-х мес.

1 час

/ 15 мин

±50

/ ±10***

Исследования в

Обской губе,

2010-17 гг.

ARGOS

2010 г. -то же /

IceST/20, IceST/20F, IceST-B/20*

2010 г. до 4-х мес. /

до 3-х мес.

2010 г. -15 мин /

1 час

±10****

Экспедиции ПАО «НК «РОСНЕФТЬ», 2013-15 гг.

ARGOS

IceST/20, IceST/20F, IceST-B/20*

До 3-х мес.

1 час

±10****

UNIS / SAMCoT,

2008-16 гг.

Iridium

Ice Drift Standard Model 703

До 1 года

10-20 мин

<8

(90%)*****

(*) - по данным (Vinje, Steinbakke, 1977); (**) – по данным Ф.И. Таллаксена (JOTRON AS), а также (IDAP Summary Report, 1994), (***) – по данным ФГБУ «ААНИИ», (****) - по данным ООО «Марлин-Юг»; (*****) - по данным Oceanetic Measurement (2011) Ltd.

 Анализ перемещения айсбергов с радиомаяками системы ARGOS показал, что айсберги из района ЗФИ дрейфуют преимущественно в ЮЗ направлении, а в районе о-ва Белый (Kvitøya) могут дрейфовать как на юг, так и на север – в зависимости от преобладающих ветровых потоков. Средние индивидуальные скорости айсбергов лежат в диапазоне 0.02-0.29 м/с, средняя скорость дрейфа по всей выборке составила 0.19±0.1м/с. Максимальные индивидуальные скорости достигали 1-1.1 м/с (рассматривались восемь различных айсбергов). Анализ траекторий показал, что основными факторами, регулирующими дрейф айсбергов в районе Шпицбергенской банки, являются приливные течения; в районе ЗФИ - квазипостоянные течения, а в районе между о-вами Надежды (Hopen) и Земля Короля Карла (Kong Karls Land) дрейф айсбергов зависит от совместного действия приливов и квазипостоянных течений. Были обнаружены два района, где айсберги садятся на грунт и разрушаются – у северной оконечности о. Надежды и на Шпицбергенской банке (Spring, Sangolt, 1993; IDAP Summary Report, 1994).

В целом, выполненные по программе IDAP массовые инструментальные наблюдения были первыми в своем роде и позволили получить новые ценные сведения о ледяном покрове и айсбергах, серьезно пополнить имевшиеся архивные данные, а также явились основой для концептуального проектирования объектов освоения УВ потенциала норвежского сектора Баренцева моря. Основным фактором, влияющим на выбор типа добывающей платформы и концепцию эксплуатации шельфовых месторождений севернее 74°с.ш. были признаны айсберги (IDAP Summary Report, 1994; Бузин и др., 2017).

Во второй половине 1990-х в Печорском море (район в юго-восточной части Баренцева моря) российскими исследователями в рамках экспедиционных изысканий по программе Northern Gateway Terminal Study на ледяной покров были установлены восемь радиомаяков системы ARGOS. Четыре из них были установлены в середине марта 1995 г., а четыре – в апреле 1998 г. (Bonnemaire, 2006). Район дрейфа этих радиомаяков представлен на рисунке 2 (отметим, что ледяные поля с маяками, установленными у западного побережья о. Вайгач были вынесены впоследствии в Карское море).

Неравномерность рядов по точности определения координат и имевшиеся пропуски потребовали разработки специального метода, основанного на процедуре скользящей полиномиальной регрессии по методу наименьших квадратов (МНК) и применении нерекурсивного многополосного фильтра (Voinov et al., 1999). Гармонический анализ двух независимых серий наблюдений позволил получить новую информацию о приливном дрейфе льда в локальных районах Печорского моря. Приливной дрейф льда имеет полусуточную природу и среднюю скорость сизигийного течения порядка 0.20-0.23 м/с. Полусуточные гармоники M2 и S2 отвечают за реверсивный тип движения, тогда как суточная гармоника К1 выражается в промежуточном типе между круговым и реверсивным движением с вращением вектора по часовой стрелке (Voinov et al., 1999).


Рисунок 2. Районы дрейфа радиомаяков, установленных в Печорском море в 1995 и 1998 гг. (Bonnemaire, 2006).

 

Собранные с помощью радиомаяков данные о дрейфе ледяного покрова использовались для создания проектной документации для строительства МЛСП «Приразломная», подготовленной ФГБУ «ААНИИ» (в частности – Временных Локальных Технических Условий в части ледового режима, 2003-07гг.). На основе этих данных были рассчитаны радиусы кривизны дрейфа льда и некоторые другие параметры, необходимые для управления ледовой обстановкой в западной и восточной частях Печорского моря (Bonnemaire, 2006).

2000-2010-е годы. Отечественные исследования в Российской Арктике

Штокмановский проект. 

Обширные исследования ледяного покрова в Баренцевом море были выполнены в период экспедиционных работ, проводившихся ФГБУ «ААНИИ» в интересах ряда крупных нефте-газодобывающих компаний в целях обустройства Штокмановского ГКМ. В рамках этих работ в 2001-2009 гг. в северо-восточной части Баренцева моря было проведено восемь зимних экспедиций на НЭС «Михаил Сомов», л/к «Капитан Николаев» и а/л «Ямал». Для долгосрочного инструментального определения дрейфа ледяных полей и айсбергов использовались спутниковые маяки, собранные в ФГБУ «ААНИИ» на основе судовых трансмиттеров систем INMARSAT-C (15 штук) и ARGOS (40 штук). Основные технические характеристики этих радиомаяков приведены в таблице 1. Обработка и анализ данных были выполнены научным сотрудником лаб. «Арктик-Шельф» ФГБУ «ААНИИ» А.В. Нестеровым.

В 2005 году на дрейфующие ледяные поля было установлено 4 маяка INMARSAT-C. На айсберги маяки INMARSAT-C устанавливались в 2004-2007 годах, было получено 11 траекторий дрейфа. Дрейф ледяных образований происходил в апреле и мае, дискретность наблюдений составляла 1-2 часа. Непрерывная продолжительность работы 1 маяка не превысила 48 суток на ледяном поле и 25 суток на айсберге. Это было связанно как с характеристиками объектов, на которые устанавливались буи так и с тем, что в большинстве случаев район постановки маяков являлся критическим с точки зрения работы системы Inmarsat (Информационные и технические отчеты…, 2001-2009).

В 2009 году по заказу компании Shtokman Development AG (основного к тому моменту заказчика работ по проекту Штокмановского ГКМ) был проведен масштабный эксперимент по исследованию дрейфа льда и айсбергов методом расстановки дрейфующих радиомаяков системы ARGOS. На ледяные поля было установлено 25, а на айсберги – 15 радиомаяков. Период работы маяков на ледяных полях – с конца мая по начало июля, а на айсбергах - конца мая по октябрь. Дискретность наблюдений составляла 15 минут. В результате проведенных работ был собран обширный материал по дрейфу льда и айсбергов и вынуждающим силам для оценки различных параметров и их сочетаний (Информационные и технические отчеты…, 2001-2009). Пример траекторий дрейфа ледяных образований, полученных в результате работ 2009 г., приведен на рисунке 3.


Рисунок 3 – Траектории дрейфа ледяных полей (а) и айсбергов (б)
по наблюдениям 2009 года (Информационные и технические отчеты…, 2001-2009)

Данные проведенных исследований дрейфа ледяного покрова и айсбергов легли в основу Временных Локальных Технических Условий (ВЛТУ) в части ледового режима, подготовленного специалистами ФГБУ «ААНИИ» для компаний-партнеров освоения Штокмановского ГКМ (Информационные и технические отчеты…, 2001-2009). Эти ВЛТУ описывали порядка 100 параметров ледового режима района ШГКМ и северо-восточной части Баренцева моря, из них порядка 10 параметров характеризовали дрейф ледяного покрова и айсбергов. Частично результаты этих исследований были представлены в ряде публикаций (см. Dmitriev et al., 2005; Бузин и др., 2008).

Исследования в Обской Губе.

В настоящее время в районе Обской Губы (п-ова Ямал и Гыданский) идет активное освоение углеводородных месторождений. Введен в эксплуатацию нефтеналивной терминал «Ворота Арктики» (Новопортовское НГКМ); достраиваются производственные мощности завода СПГ и инфраструктура порта Сабетта, начата отгрузка СПГ (Южнотамбейское ГКМ); планируется к освоению расположенное на гыданском берегу Салмановское (Утреннее) ГКМ. Вывоз продукции с этих месторождений осуществляется (планируется осуществляться) морским транспортом в круглогодичном режиме.

Главными особенностями дрейфа льда в северной части Обской губы является его периодичность приливного характера, а также сезонные проявления (осенний период до становления припая и весенний – от взлома припая до очищения акватории). В период взлома припая размеры льдин доходят до десятков квадратных километров с толщиной от 1.5м до 2.5м (Zubakin et al., 2013). Бесперебойное функционирование арктических портов и навигация крупнотоннажных судов в стесненных условиях (при проходе морского канала и в районе порта) требует надежной информации о размерах и скорости дрейфа ледяных полей в период ледохода.

Для сбора информации о дрейфе льда в северной части Обской губы в течение ледоисследовательских экспедиций (апрель-май 2010-17 гг.) на припайный лед производилась расстановка радиомаяков системы ARGOS (производитель – ООО «Марлин-Юг»). Всего в период 2010-17 на припай в северной части Обской губы было установлено порядка 50 радиомаяков различных модификаций (рисунок 4а, основные характеристики устройств приведены в таблице 1). Поскольку с помощью этого оборудования можно с большой точностью (до 1 часа) определить взлом припая и начало ледохода на обширной акватории, в районе Сабетты радиомаяки устанавливались не только в зоне, прилегающей к планируемому порту, но и южнее ее (т.е. выше по течению). Наблюдения за дрейфом льда с помощью радиомаяков в весенне-летний период, выполненные в районе строительства порта Сабетта, позволили сделать важные выводы (Zubakin et al., 2013):

  • Продолжительность дрейфа льда в северной части Обской губы может достигать 3-х-4-х недель, дрейф представляет значительную опасность для проектируемых сооружений порта. Максимальные инструментально зафиксированные скорости дрейфа ледяных полей достигают 0.75 м/с.

  • Большой вклад в суммарный дрейф вносят приливные движения реверсивного характера, которые предполагают воздействие льда на акваторию п. Сабетта с северной и южной составляющими (рисунок 4б). С учетом большой повторяемости ветров северного направления (40-60%) в период вскрытия ледяного покрова (июнь-июль) реверсивный дрейф вызывает дополнительную сложность в очищении акватории ото льда и выноса его в Карское море.
Полученные важные сведения по дрейфу льда позволили аналитически обосновать необходимость проектирования и строительства северной ледозащитной дамбы порта Сабетта (рисунок 4в), возведение которой происходит в настоящее время (http://www.rosmorport.ru/arf_port_development.html).

а) 

б) 

в) 

Рисунок 4. Радиомаяк системы ARGOS, установленный в припайном льду, Обская губа (а) (фото из архива Бузина И.В.); траектории дрейфа ледяных полей с радиомаяками ARGOS в северной части Обской Губы в период ледохода, 2012 г. (Voinov, Nesterov, 2013) (б); схема п. Сабетта и его ледозащитных сооружений (в) (www.advis.ru; www.rosmorport.ru).

Исследования по программе ПАО «НК «РОСНЕФТЬ»

На сегодняшний день наиболее значительными в Евразийской Арктике по объему выполненных работ, полученных инструментальных данных и их пространственному охвату являются экспедиционные исследования, выполненные в интересах ПАО «НК «РОСНЕФТЬ» в 2013-2017 гг. В период максимального развития ледяного покрова 2013-2015 гг. силами ФГБУ «ААНИИ» в интересах этой компании были организованы и проведены три масштабных ледоисследовательских экспедиции на шельфе морей Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского. В 2013 г. экспедиционные исследования охватывали юго-западную часть Карского моря, в 2014-15 гг. они выполнялись также на акватории морей Карское и Лаптевых, во всех трех случаях использовался а/л «Ямал». При этом зимняя экспедиция 2015 г. стала самой масштабной по объему и составу работ арктической экспедицией в мире за предыдущие 20 лет (https://www.rosneft.ru/press/news/item/174202/). Собранный массив данных о дрейфе ледяного покрова и айсбергов является во многих отношениях уникальным и позволил получить необходимые оценки для планирования деятельности на шельфе и проектирования гидротехнических сооружений. Всего по результатам трех зимних экспедиций были получены сведения о траектории 75 ледяных полей и 66 айсбергов на обширной акватории (рисунки 5а,б). Примеры полученных оценок представлены в (Атлас, 2015), некоторые результаты изучения дрейфа содержаться в работе (Бузин и др., 2016).

Расчеты и анализ, выполненные научными сотрудниками лаб. «Арктик-Шельф» ФГБУ «ААНИИ» Н.А. Сухих и И.В. Бузиным по всему массиву данных показывают, что средние значения скорости дрейфа ледяных полей лежат в диапазоне 0.14-0.17 м/с, а айсбергов – достигают 0.18 м/с. По мере таяния ледяного покрова и уменьшения его сплоченности отмечается увеличение средней скорости дрейфа ледяных полей. Для частично закрытой акватории юго-западной части Карского моря подтверждается преобладание дрейфа вдоль оси ЮЗ-СВ и вынос льда из Карского моря в Арктический бассейн в зимне-весенний период, что вызвано особенностями атмосферной циркуляции, влиянием берегов и наличия припая. Анализ траекторий дрейфа ледяных полей к северу от Новосибирских островов в 2014 и 2015 гг. показал, что вследствие высокой сплоченности ледяного покрова движение всего массива происходит одновременно и синхронно. Средняя скорость дрейфа составила 0.14 м/с в ССЗ направлении (в Арктический бассейн), максимальные значения скорости достигали 0.65 м/с. Движение ледяных полей в районе совпадает с общей схемой движения льдов, полученной на основе спутниковых и натурных данных в разные годы, и называется Трансполярным дрейфом (Бузин и др., 2016).


Рисунок 5 Траектории дрейфа айсбергов (а) и ледяных полей (б) по данным радиомаяков ARGOS, установленных в зимних экспедиция ПАО «НК «РОСНЕФТЬ» в 2013-2015 гг.; траектории дрейфа айсбергов в районе пролива Вилькицкого (арх. Северная Земля), май-август 2015 г. (в) (Бузин и др., 2016).

На подходах к проливу Вилькицкого со стороны Карского моря и в самом проливе айсберги представляют собой частое явление (Abramov, 1996; www.nsra.ru). Радиомаяки, установленные на айсберги у восточного побережья Северной Земли весной 2015 г. позволили выполнить, вероятно, первые инструментальные наблюдения с высокой дискретностью за выносом айсбергов из моря Лаптевых в Карское море через пролив Вилькицкого (рисунок 5в). Инструментально подтвержденная информация о выносе айсбергов, их размерах, скорости дрейфа и распространении представляется весьма важной при планировании разведочных работ и освоения северо-восточной части Карского моря (Бузин и др., 2016). Анализ данных 2015 г. показал, что средняя скорость дрейфа айсбергов в этом районе составила 0.21 м/с (отметим, что эта величина несколько превышает аналогичные показатели для Баренцева моря (0.18-1.9 м/с) – см. IDAP Summary Report, 1994; Dmitriev et al., 2005; Бузин и др., 2008).

2000-2010-е годы. Норвежские исследования в районе Шпицбергена

Исследования по программе SAMCoT

В настоящее время в Норвегии осуществляется программа прикладных полевых и аналитических исследований ледяного покрова - SAMCoT (Sustainable Arctic Marine and Coastal Technology, http://www.ntnu.edu/web/samcot/home). Финансирование программы проводится за счет средств научных учреждений и компаний, занятых в разработке углеводородных месторождений, проектировании и строительстве судов и гидротехнических сооружений, оказании консультационных услуг в сфере добычи углеводородов и.т.п. Полевые исследования выполняются, в основном в районе архипелага Шпицберген, в Гренландском и Баренцевом морях силами сотрудников UNIS (University Courses on Svalbard). При осуществлении мультидисциплинарных исследований в период 2008-2015 гг. на ледяные поля и айсберги в северо-западной части Баренцева моря были установлены порядка 25 радиомаяков спутниковой системы Iridium (производитель - Oceanetic Measurement (2011) Ltd) (Marchenko, Marchenko, 2015; http://www.ntnu.edu/web/samcot/research-activities). Радиомаяки весом 9.5 кг устанавливались на ледяные образования в период март-май, при этом в ряде случаев они передавали сигнал еще в сентябре. Дискретность измерений этих радиомаяков может изменяться в широких пределах, при вышеуказанных исследованиях фактическая дискретность измерений составляла 10-20 минут. Внешний вид этих радиомаяков приведен на рисунке 7а, а основные характеристики – в таблице 1. 


Рисунок 7. Внешний вид радиомаяка Ice Drift Standard Model 703 (а) (по данным http://www.oceanetic.com) и траектории дрейфа ледяных образований в районе арх. Шпицберген по данным 2008-2014 гг. (б) (Marchenko, Marchenko, 2015).

Несмотря на относительно небольшой пространственный охват наблюдений за дрейфом (см. рисунок 7б), полученные данные представляют значительный интерес и существенно дополняют сведения о динамике ледяного покрова в районе архипелага Шпицберген. Дрейф ледяного покрова происходит преимущественно в ЮЮЗ направлении, наибольшая повторяемость скорости ледяных полей характерна для диапазона 0.2-0.4 м/с. Наибольшие скорости дрейфа отмечаются в районах с мощно выраженной приливной составляющей (в траекториях дрейфа наблюдаются характерные «приливные петли»), а также в районе усиления течения у юго-восточной оконечности архипелага. В частности, здесь был инструментально зафиксирован дрейф ледяного поля со скоростями более 1.2 м/с (с максимумом скорости 1.41 м/с) (Marchenko, Marchenko, 2015).

Заключение: 

Изучение опыта применения радиомаяков в морях Российского Арктического шельфа позволяет считать это оборудование эффективным автономным средством долговременного оперативного мониторинга динамики ледяных образований и надежным источником сведений об их дрейфе в масштабах моря, поскольку погрешность измерения координат мала по сравнению с параметрами дрейфа айсбергов и ледяных полей. Получаемые с помощью этих устройств уникальные данные необходимы как для изучения ледового режима труднодоступных арктических акваторий, так и для проектирования гидротехнических сооружений и планирования деятельности на Российском Арктическом шельфе. В настоящее время основными потребителями этой информации являются компании, разрабатывающие шельфовые месторождения, в чьих интересах проводятся специализированные ледовые исследования и рассчитываются параметры дрейфа ледяных образований.

Накопленный опыт использования радиомаяков в экспедиционных работах в Российской Арктике в 2005-2017 гг. позволяет сформулировать ряд требований к «идеальному» устройству подобного типа (Бузин и др., 2017):

1.      Компактность и небольшой вес. Установка прибора должна выполняться одним человеком в режиме подсадки вертолета на ледяное образование (например - небольшой айсберг).

2.      Наличие индикатора работы. Для исключения ситуаций установки неисправного прибора, устройство должно быть оснащено световым индикатором работы (например – LED-индикатор).

3.      Переменная дискретность работы. Для радиомаяков, устанавливаемых на припайный лед или сидящие на грунте айсбеги, должна быть реализована возможность изменять дискретность передачи информации для периодов «неподвижности» (1 раз в сутки) и «дрейфа» (1 раз в 10-20 минут). В идеальном варианте эта функция должна быть доступна дистанционно (через систему Интернет).

4.      Дискретность передачи информации - 10-20 минут (для выявления экстремальных значений скорости дрейфа ледяного образования).

5.      Повышенная емкость батареи. Ледяные объекты (айсберги, припай) могут долгое время (1.5-2.5 месяца и более) находиться в неподвижном состоянии перед тем, как начать свободный дрейф. Для сбора надежной информации необходимо, чтобы радиомаяки имели возможность работать не менее шести месяцев.

6.      Наличие в программном обеспечении оборудования функций интерполяции данных («заполнения пропусков» при некорректной работе оборудования, приводящей к пропускам в ряду данных).

Отметим, что частично перечисленные требования могут являться взаимоисключающими (например – пп. 4 и 5). Представляется, что в случае невозможности создать «универсальный» радиомаяк для целей изучения дрейфа ледяных образований, эта проблема может быть решена путем создания серий маяков с различными характеристиками, предназначенных для различных задач (измерение дрейфа айсбергов и измерение дрейфа ледяных полей).

Авторы благодарят г-на А.Л. Сальмана (ООО «ЭС-ПАС», Россия), а также г-д К.Й. Эйка (STATOIL ASA, Норвегия) и Ф.И. Таллаксена (JOTRON AS, Норвегия) за обсуждение технических аспектов функционирования ранних радиобуев, состоявшееся в процессе работы над этой статьей и сведения об их технических характеристиках.


Литература

  1. International Arctic Buoy Programme, http://iabp.apl.washington.edu/overview_history.html
  2. SEDNA, Sea ice Experiment - Dynamic Nature of the Arctic, https://nsidc.org/data/g02200
  3. Lei R., Heil P., Wang J., Zhang Z., Li Q., Li N. (2016). Characterization of sea-ice kinematic in the Arctic outflow region using buoy data, Polar Research, 35:1, 22658, DOI: 10.3402/polar.v35.22658
  4. Hutchings J.K. Geiger C., Roberts A. Richter-Menge J., Elder B. (2010). On the Spatial and Temporal Characterization of Motion Induced Sea Ice Internal Stress // Proc. Internat. Conf. and Exhibition on Performance of Ships and Structures in Ice, Sept. 20-23, 2010, Anchorage, Alaska, 2010, 8 p.
  5. Tiffin S., Turnbull I., Sylvestre T., Acevedo J. (2012). Advances in Beacon Technology to Track Drift of Sea Ice and Icebergs // Proc. 21 st IAHR International Symposium on Ice. Dalian, China, June 11-15, 2012, pp. 660-673
  6. Мотыжев С.В., Лунев Е.Г., Толстошеев А.П., Быков Е.М. (2016). Опыт применения термопрофилирующих дрифтеров для исследований арктического региона Мирового океана // Арктика: экология и экономика № 1 (21), 2016, стр. 38-45.
  7. Motyzhev S.V., Lunev E.G., Tolstosheev A.P. (2017). The Experience of Using Autonomous Drifters for Studying the Ice Fields and the Ocean Upper Layer in the Arctic //  PHYSICAL OCEANOGRAPHY NO. 2 (2017),  DOI: 10.22449/1573-160X-2017-2-51-64, pp. 51-64
  8. Draft International Standard ISO/DIS 35106 Petroleum and natural gas industries — Arctic operations — Metocean, ice, and seabed data, 142 p. ISO 2016
  9. Draft International Standard ISO/DIS 35104. Petroleum and natural gas industries — Arctic operations — Ice management, 133 p. ISO 2016
  10. Vinje T.E., Steinbakke P. (1977). Nimbus-6 located automatic stations in the Svalbard waters in 1975, pp. 109-117 / Norsk Polarinstitutt Arbok 1975. Oslo, 1977, 224 p.
  11. Vinje T.E. (1978). Sea ice conditions and drift of Nimbus-6 buoys in 1977, pp. 283-292 / Norsk Polarinstitutt Arbok 1977. Oslo, 1978, 957 p.
  12. Vinje T. (1985). Drift, composition, morphology and distribution of the sea ice fields in the Barents Sea. The physical environment, western Barents Sea / Nor. Polarinst. Skr. 179 C. Oslo: Norwegian Polar Institute. 1985, 26 p.
  13. Loset S., Carstens T. (1996). Sea ice and iceberg observations in the western Barents Sea in 1987 / Cold Regions Science and Technology 24(1996):323-340 
  14. Spring, W., A. Sangolt (1993). Result of the Ice Data Acquisition Program (IDAP) in the Barents Sea, 1988-1992 // Proc. of Int. Conf. on Port and Ocean Eng. under Arctic Conditions, vol. 1, pp.450-461, 1993
  15. IDAP Summary Report. W. Spring, Mobil Res. and Development Corp., Dallas E&P Engineering, Dallas, Texas, USA, 1994, 144 p.
  16. Бузин И.В. (2008). Оценка состояния ледяного покрова и условий формирования тяжелых ледовых сезонов в Баренцевом море / Диссерт. Канд. Геогр. Наук, ААНИИ, 2008 г., 202 стр.
  17. Iceberg Expedition to Novaya Zemlya and Franz Josef Land. Report by Technical Research Centre of Finland, Ship Laboratory, 01 Oct 1992, 64 p.
  18. Бузин И.В., Нестеров А.В., Гудошников Ю.П. (2017). Исследование дрейфа ледяных образований с помощью радиомаяков в Евразийской Арктике – опыт и перспективы // Тр. 13-й Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO/CIS Offshore 2017), 12-15 сентября 2017 г. Санкт-Петербург – СПб.: Химиздат, 2017, 448 стр., стр. 212-218.
  19. Bonnemaire B. (2006). Arctic Offshore Loading Downtime Due to Variability in Ice Drift Direction //The Journal of Navigation (2006), 59, 9–26.
  20. Voinov G.N., Dmitriyev N.Ye. and Zubakin G.K. (1999). A method of ARGOS buoy data processing and ice drift assessment in the Pechora Sea / Proc. 15th Int. Conf. on Port and Ocean Eng. Under Arctic Conditions (POAC-99), August 23-27, 1999, vol. 1, Helsinki, pp. 122-130.
  21. Fred I Tallaksen, Support Manager, GMDSS & AIS. JOTRON AS, личное сообщение, ноябрь 2017.
  22. Информационные и технические отчеты ФГБУ «ААНИИ» о проведенных ледовых экспедиционных исследованиях по проекту обустройства Штокмановского ГКМ, 2001-2009 гг. Фонды ФГБУ «ААНИИ».
  23. Сайт ООО «Марлин-Юг» http://marlin-yug.com/ru/products/sputnikovyie_radiomayaki/
  24. Сайт Oceanetic Measurement (2011) Ltd. http://www.oceanetic.com, http://www.oceanetic.com/uploads/3/9/0/4/39044987/2014-oceanetic_icedriftstandardspec.pdf
  25. Dmitriyev N.Ye., Voinov G.N., Gudoshnikov Yu.P., Nesterov А.V., Skutin А.А. (2005) Study of the dynamics of icebergs of the Barents Sea// Proc. of the 18th Int. Conf. On Port and Ocean Eng. Under Arctic Conditions (POAC-2005), Vol. 2, pp. 521-530.
  26. Бузин И.В. , А.Ф. Глазовский, Ю.П. Гудошников, А.И. Данилов, Н.Е. Дмитриев, Г.К. Зубакин, Н.В. Кубышкин, А.К. Наумов, А.В. Нестеров, А.А. Скутин, Е.А. Скутина, С.И. Шибакин (2008). Айсберги и ледники Баренцева моря: исследования последних лет. Ч. 2. Дрейф айсбергов по натурным данным и результатам моделирования и вероятностные оценки рисков столкновения айсберга с гидротехническим сооружением //Пробл. Арктики и Антарктики, №78, стр. 81-89, 2008
  27. Zubakin G.K., Gudoshnikov Yu.P., Nesterov A.V., Kubyshkin N.V., Skutin A.A., Buzin I.V., Vinogradov R.A., Naumov A.K., Nalimov Yu.V., Klyachkin S.V., Fedyakov V.Ye., Andreev O.M. (2013). Evaluation of ice conditions of the Northern Ob Bay associated with construction of the port of Sabetta / Proc. of 22nd Int. Conf on Port and Ocean Eng. under Arctic Conditions. June 09-13, 2013, Espoo, Finland, 10 p.
  28. Voinov G.N., Nesterov A.V. (2013). The Tidal Effects in the Northern Ob Bay / Proc. 22nd Int. Conf. Port and Ocean Eng. under Arctic Conditions, June 09-13, Espoo, Finland, 2013, 6 p.
  29. «Введена в эксплуатацию корневая часть юго-восточного ледозащитного сооружения в порту Сабетта». http://www.advis.ru/php/view_news.php?id=8910E674-E163-7D42-AA35-C0EC55155F9D
  30. Сайт ФГУП «РОСМОРПОРТ». Текущие проекты развития объектов портовой инфраструктуры. http://www.rosmorport.ru/arf_port_development.html
  31. Сайт ПАО «НК РОСНЕФТЬ»: https://www.rosneft.ru/press/news/item/153165/; https://www.rosneft.ru/press/news/item/174202/
  32. Атлас гидрометеорологических и ледовых условий морей Российской Арктики: обобщение фондовых материалов и результатов экспедиционных исследований ООО «Арктический научный центр шельфовых разработок» в 2012-2014 гг. – Москва, ЗАО «Издательство «Нефтяное хозяйство», 2015. – 128 с.
  33. Бузин И.В., Миронов Е.У., Сухих Н.А., Павлов В.А., Корнишин К.А., Ефимов Я.О. (2016). Исследования дрейфа ледяных образований на шельфе Российской Арктики с помощью автоматических радиомаяков спутниковой системы ARGOS // Научно-технический вестник ОАО «НК «Роснефть», 4-2016, вып. 45., стр. 4-9.
  34. Abramov V. Atlas of Arctic Icebergs. – NJ, USA: Backbone Publishing Company, 1996. – 70 p.
  35. Сайт ФГКУ «Администрация Северного морского пути» / срочная информация для мореплавателей http://www.nsra.ru/ru/urgent_notices_to_mariners/
  36. SAMCoT (Sustainable Arctic Marine and Coastal Technology, http://www.ntnu.edu/web/samcot/home)
  37. Marchenko N.A., Marchenko A.V. (2015). Sea Currents and Ice Drift in Western Part of Barents Sea. A Comparison of Data From Floating and Fixed On Ice Buoys // Proc. of the 23rd Int. Conf. on Port and Ocean Eng. under Arctic Conditions, June 14-18, 2015, Trondheim, Norway.



Статья «Ледовые нагрузки: отследить и предупредить» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№1, 1 2018)

Полная версия доступна после покупки

Авторизироваться
Читайте также
Система Orphus