CC BY
62
УДК 551.467
Изучение особенностей дрейфа льда в Баренцевом море
НА Марченко
Университетский центр на Шпицбергене (ЮНИС), Норвегия, Лонгйир, п/я 156 N-9171 E-mail: [email protected]
Ключевые слова: Тезисы. Знания о движении морского льда в Арктике важны как с чисто научной, так и с практиче-дрейф льда, ской точки зрения. В статье рассмотрен дрейф льда в Баренцевом море, где лед может создавать про-
Баренцево море, блемы для судоходства и промышленной деятельности. Использован массив данных Французского Ifremer. научно-исследовательского института по эксплуатации морских ресурсов (Ifremer), воссоздающе-
го параметры природной среды по спутниковой информации. На основе векторов дрейфа с помощью геоинформационных технологий получены траектории движения льда весной 2003-2016 гг. и сделаны выводы о возможном происхождении и характеристиках морского льда в южной части Баренцева моря, подкрепленные натурными наблюдениями. Полученные траектории могут быть использованы для верификации математических моделей.
Баренцево море издавна является регионом активной хозяйственной деятельности и тщательно исследовалось на протяжении веков [1]. Ледовый режим Баренцева моря детально изучался с середины прошлого века, и его основные особенности достаточно подробно описаны [2-5]. Значительный объем исследований посвящен дрейфу айсбергов [6-10]. Однако специфика движения морского льда (текущая и средняя скорости, траектории в разных частях акватории, изменения в условиях глобального потепления) до сих пор не ясна, особенно для северной и центральной частей моря, из-за недостатка полевых наблюдений.
Информация о дрейфе льда, в частности о том, какой лед следует ожидать вблизи морских сооружений и судов, каково происхождение и каковы свойства этого льда, имеет существенное практическое значение. Однолетний лед, образующийся в довольно теплых условиях центральной части Баренцева моря, редко представляет опасность для судов и сооружений. Но лед, дрейфующий с севера, обладает совершенно другими свойствами. Он может иметь включения айсбергов, образующихся на севере Шпицбергена или Земли Франца-Иосифа, включать фрагменты многолетнего льда из Северного Ледовитого океана или поля всторошенного льда, аналогичного исследованному вблизи о. Эдж в 2016 г. [11]. Толщина ровного двухлетнего льда, наблюдавшегося к югу от 75° с.ш. в 2003 г., составляла 2,20 м [12]. Такой лед может быть очень опасным, что следует учитывать при оценке рисков деятельности в Баренцевом море. Особенно это актуально для Штокманского месторождения и районов новых разработок в восточной части Баренцева моря (Ледовый и Лудловский лицензионные участки), где морской лед может повлиять как на разведочные работы, так и на возможное строительство объектов обустройства. И хотя освоение гигантского Штокмановского газоконденсатного месторождения, как известно, было отложено и ожидается не ранее 2025 г., что, в свою очередь, будет зависеть от конъюнктуры мирового нефтегазового рынка (при сложившейся экономической ситуации и существующих ценах на газ его разработка нерентабельна [13]), изучение ледового режима на соответствующей акватории остается важной и актуальной задачей.
Со своей стороны, Норвегия также проявляет значительный интерес к разведке и освоению потенциальных ресурсов углеводородов в западной части Баренцева моря, что выражается, в частности, в финансировании промышленностью специализированных научно-исследовательских проектов, направленных на изучение особенностей ледового режима (см., например, [14]).
Отметим, что при освоении Штокма-новского месторождения и других перспективных структур в Баренцевом море применение технологических судов (ТС, англ. floating production units - FPU) рассматривается в качестве одной из наиболее эффективных концепций их обустройства. При этом обеспечение надежного позиционирования ТС в условиях дрейфующих льдов является нетривиальной задачей (см., например, [15, 16]) и требует детальной информации об особенностях ледяного покрова на планируемой точке установки ТС. С учетом ограниченности соответствующих натурных данных в статье рассматривается задача о реконструкции траекторий дрейфа льда из северных и северо-восточных районов Баренцева моря.
Существуют два наиболее распространенных и надежных подхода к построению эмпирических моделей движения льда: использование данных дрейфующих буев и анализ архивов данных космической информации (англ. sea ice products). Дрейфующие буи с определенной частотой посылают сигналы, содержащие координаты и время. Сопоставляя эти данные, несложно визуализировать маршрут буя и рассчитать скорость его перемещения.
К сожалению, для северной и центральной частей Баренцева моря, где информация о ледовом дрейфе наиболее востребована, имеются сведения только о нескольких буях. На рис. 1 обобщены данные различных исследовательских программ по установке буев, при этом очевиден недостаток наблюдений в северной части, что обусловлено трудностями установки буев на льду в отдаленных районах.
Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (КОЛА) осуществляет масштабную программу установки буев, которые посылают сигнал каждые 6 ч. К сожалению, в массиве передаваемых данных нет информации о том, плавает ли этот буй на чистой воде или дрейфует в составе ледяного поля. Единственный способ отличить буи по этому признаку - сравнить местоположение с ледовыми картами. В обработанном массиве данных для Баренцева моря к западу от меридиана 50° в.д. за период 1991-2016 гг. оказались в основном плавающие буи (см. темно-зеленые линии на рис. 1), и только несколько буев к северу от Шпицбергена (см. светло-зеленые линии на рис. 1) дрейфовали со льдом. Поэтому буи КОЛА [18] не могут быть использованы для исследования дрейфа льда в Баренцевом
Дрейфующие буи:
— N0AA, в составе ледяного поля, 1991-2016 гг.
— N0AA, в чистой воде, 1991-2016 гг. = АТ ЮНИС, на льдинах, 2008—2016 гг.
— ICEXAIR, на льдинах, 1986 г. ARGOS (ФГБУ «ААНИИ»), 2009 г.
— ARGOS (ФГБУ «ААНИИ»), 2013-2015 гг.
Рис. 1. Траектории дрейфующих буев в Баренцевом море и близлежащих районах, по данным Т. Винье и А.С. Квамбека [5], И.В. Бузина и А.В. Нестерова [17], NOAA [18] и АТ ЮНИС
море. Красные и розовые линии на рис. 1 показывают линии дрейфа буев, установленных на льдинах в 2008-2016 гг. Департаментом арктических технологий Университетского центра на Шпицбергене (AT ЮНИС). Эти данные представляют собой подробную информацию о движении льда, так как частота сигнала составляет 10...20 мин. Буи были установлены только в западной части Баренцева моря, к юго-востоку от Шпицбергена, где они показывают юго-западное и западное направления дрейфа с множеством приливных петлей и отклонений под действием ветра. Синие линии (см. рис. 1) показывают дрейф трех буев исследовательской программы ICEXAIR, па-рашютированных на льдины в декабре 1986 г. в точках, расположенных вдоль меридиана 40° в.д. на широте 76,8°; 78,5° и 80° соответственно [5]. Пунктирные линии соответствуют периодам времени, когда буи были на плаву. С точки зрения рассматриваемой задачи наиболее интересен второй буй. Имея общий юго-западный дрейф, буй несколько раз менял направление движения: северо-восток, северо-запад, запад, восток и опять северо-запад. Коричневые линии - это буи ARGOS, установленные Арктическим и антарктическим научно-
исследовательским институтом (ААНИИ) в 2009 г. (светло-коричневый цвет) и 20132015 гг. (темно-коричневый цвет) [17]. Эти буи характеризуют самый отдаленный район между Землей Франца-Иосифа и Новой Землей и показывают движение льда на юго-запад из Северного Ледовитого океана в Баренцево море через пролив Макарова, которое часто меняет направление и иногда на противоположное.
Поскольку информации дрейфующих буев недостаточно для северной и центральной частей Баренцева моря, были рассмотрены спутниковые данные. В мире существует несколько организаций, которые предоставляют массивы данных, включающие средние векторы движения льда, рассчитываемые по результатам анализа спутниковой информации (последняя регистрируется датчиками, работающими в микроволновом, видимом, инфракрасном и др. диапазонах). В базах данных векторы для определенной даты и промежутка времени движения представлены в виде растровых карт (рис. 2) и файлов ASCII с векторными координатами. Эти данные отражают движение ледяных полей и получаются на основе автоматического анализа смещений характерных участков поверхности льда (пикселов) на спутниковых
Рис. 2. Снимок с изображением векторов дрейфа из массива данных Французского научно-исследовательского института по эксплуатации морских ресурсов (фр. Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer, Ifremer) [19]: стрелки показывают смещение льда за 6-дневный период (в данном примере 20-26 марта 2003 г); видны направление движения
и пройденное расстояние
изображениях, полученных в разные моменты времени. Таким образом, как векторы смещений, так и буи отражают реальную картину движения льда и могут быть использованы для исследования его дрейфа.
Для реконструкции ледового дрейфа в основном используются изображения двух типов: пассивные микроволновые (ПМ) и активные (получаемые с помощью радаров с синтезированной апертурой, SAR). Кроме того, приняты два основных подхода к координатной привязке к пространству: лагранжев и эйлеров. Массивы SAR-данных дрейфа с лагранжевой аппроксимацией (например, [20, 21]) имеют более высокое разрешение (10 км) и позволяют следить за каждым участком льда на протяжении всего его жизненного цикла и оценивать характеристики его движения. Но эти данные не имеют большого охвата территории и длинных рядов. В то же время ПМ-данные с разрешением 50... 60 км и эйлеровой привязкой позволяют определить дрейф льда для крупных регионов и демонстрируют общую картину ледяного покрова во всем море. Такие данные с низким разрешением были протестированы с использованием траекторий дрейфующих буев [22, 23].
Сравнения различных массивов данных (OSI SAF, NSIDC, CERSAT/Ifremer, KIMURA, IABP/D) на ежемесячной основе для всей Арктики [24] показали, что различия в векторах дрейфа невелики в областях с высокой сплоченностью и значительной толщиной льда и увеличиваются, когда сплоченность и толщина льда малы, что создает неопределенность в краевых зонах. Сокращение площади льда с течением времени также может привести к дополнительной неопределенности. Применимость данных для каждого конкретного региона может быть определена путем сравнения с данными буев. Но для северной части Баренцева моря данные о буях крайне скудны (см. рис. 1).
Использованные данные и алгоритм
В марте 2010 г. четыре буя были установлены АТ ЮНИС близко друг к другу на льдине толщиной 60.70 см в Баренцевом море к востоку от Земли Короля Карла в ходе вертолетной экспедиции [25]. Предыдущие исследования [26] выявили применимость данных Ifremer для Баренцева моря и позволили выбрать алгоритм «intermediate/ssmi-v», который
обеспечивает наилучшую корреляцию с движением буев АТ ЮНИС [27] и имеет самый длинный временной ряд. Для анализа был использован имеющийся в открытом доступе архив данных Игешег1, в частности векторы дрейфа льда с 6-дневным интервалом. Каждый 1х1/Л8СП файл архива представляет собой векторы сдвига приблизительно 1880 пунктов в Арктике в виде координат начальной и конечной точек этих пунктов. В архиве имеются файлы на каждый день с 1 октября по начало мая за период 1991-2018 гг.
Процесс построения траекторий иллюстрирует рис. 3. В геоинформационном программном пакете АркГИС из каждого файла со сдвигом в 6 дней были сделаны два картографических слоя: один показывает начальную позицию векторов, а второй - точки позиций через 6 дней (см. рис. 3). Путем последовательного перемещения из начальной точки вектора в конечную и включения затем следующей пары слоев, показывающей смещение за следующий 6-дневный период, идентифицированы и нанесены на карту места расположения полей льда за весь сезон существования льда в Баренцевом море. Посредством соединения этих точек построена траектория дрейфа буя (темно-коричневая линия на рис. 3).
Сравнение данных Игешег с сигналами буев, установленных АТ ЮНИС, показало хорошую корреляцию между этими источниками данных [27]. Видно, что траектория Игешег следует за движением дрейфующего буя.
Результаты
На рис. 4 в качестве примера показаны траектории дрейфа льда для 2003 г. Всего по векторам массива данных Игешег для весенних сезонов (февраль - начало мая, когда в Баренцевом море появляется лед) 2003, 2008, 2010 и 2015 гг. построены 57 траекторий.
В последние годы отмечается значительное уменьшение площади распространения ледяного покрова как во всей Арктике [28], так и в Баренцевом море [29]. Выбранные для анализа годы довольно примечательны с точки зрения характеристики этого процесса. Так, 2003 г. стал последним холодным годом с площадью льда, близкой к среднему показателю 1981-2010 гг.; 2008 г. - третьим годом
См.: ftp://ftp.Ifremer.fr/Ifremer/cersat/products/gridded/ psi-drift/data/arctic/intermediate/ssmi-v/
Траектория дрейфа буя (точки - положение буя в начале каждого 6-дневного периода), по данным: АТ ЮНИС, сигнал буя ■ 1Ггетег, траекториядвиженияучастка поля льда, спутниковая информация
Векторы сдвига поля льда для первого 6-дневного периода после установки буя (16-22 марта 2010 г.), по данным 1Ггетег:
• 1596 начальнаякоордината
• 1596 конечнаякоордината
Рис. 3. Сравнение траектории буя и линии дрейфа, построенной на основе массива данных Нтешег [19]
Рис. 4. Траектории дрейфа с 1 февраля по 5 мая 2003 г. на фоне векторных точек 1-7 февраля
в течение минимума 2006-2008 гг. с относительно небольшим количеством льда (64 % от суммарного показателя 2003 г.). В 2009 г. объем ледяного покрова увеличился, а в 2010 г. он был довольно большим (77 % по сравнению с 2003 г.). Лед держался дольше в 2010 г., и его количество в апреле было больше, чем в другие годы. В течение 2015-2016 гг. наблюдалось минимальное распространение льда: примерно половина площади, отмеченной в 2003 г.
Для 2003 г. построены 15 линий дрейфа: четыре - на севере, пять - в центральной части, шесть - на юге распространения льда с равномерным их распределением в направлении запад-восток (см. рис. 4). Они отражают скорости и направление дрейфа в последний год с максимальным распространением льда. Это наиболее экстремальная картина, которую мы можем ожидать в случае изменений в тенденции глобального потепления.
Самый быстрый дрейф в западно-юго-западном направлении наблюдался в западной части Баренцева моря. Расстояния вдоль прямой линии от начальной точки дрейфа до конечной составляли 373, 424 и 504 км для трех западных линий. В течение 94-дневного рассматриваемого периода это дает скорости 3,97; 4,51 и 5,36 км/сут соответственно. Три северные траектории идут сначала на юго-восток и прямо на юг после 9 марта (скорость ~ 4 км/сут). Самая восточная из северных траекторий отражает движение льда между Землей Франца-Иосифа и Новой Землей, которое оказалось самым медленным, содержало множество петель и составило всего 107 км. Обычно дрейф в восточной части моря медленнее - в среднем 1,3 км/сут вблизи Новой Земли. В центральной части моря около меридиана 50° в.д. в начале февраля лед переместился на север, далее на юг и юго-восток. Общее расстояние для этих траекторий составило в среднем 240 км, что дает скорость 2,55 км/сут.
Следует подчеркнуть, что вышеупомянутые цифры относятся к скорости, осреднен-ной за 3 месяца, и перемещению ледяного поля по прямой от начальной точки до конечной. Суммарно вдоль линий дрейфа имели место намного большие расстояния. В некоторые периоды ледяное поле перемещалось более чем на 60 км за 6-дневный период, что указывает на скорость 10 км/сут и более.
В 2008 г. лед занимал намного меньшую площадь, чем в 2003 г. Лед не продвигался
на юг ниже параллели 76° и не распространялся на восток, поэтому построение траекторий дрейфа на юге и востоке Баренцева моря оказалось невозможным. Траектории в центральной части и на севере были намного короче (190 км). Ледяное поле к востоку от Земли Франца-Иосифа вообще не выходило в Баренцево море и делало хаотичные движения в разных направлениях в проливе Макарова. Часть ледяного поля, близкая к Новой Земле, переместилась на 180 км на юг, но в основном это произошло в период с 19 марта по 12 апреля.
В начале сезона 2010 г. (1 февраля) наблюдалось еще меньше льда, чем в 2008 г., и начать вести траектории дрейфа можно было только с самых северных положений. Все траектории имели юго-западное направление в районе 78° с.ш. и чисто западное в северной части моря. Лед к западу от Земли Франца-Иосифа двигался на запад и не попал в Баренцево море, дрейфуя к северу от Шпицбергена. Общее смещение в западной части Баренцева моря составило приблизительно 330 км за 92 дня, что соответствует осредненной скорости 3,59 км/сут. В конце апреля дрейф меняет направление на противоположное: восточное к северу от Шпицбергена и юго-восточное в западной части Баренцева моря. Ледяное поле к северу от Земли Короля Карла сместилось только на 109 км, что указывает на скорость в 3 раза меньшую, чем в других районах западной части Баренцева моря. Поля льда между Землей Франца-Иосифа и Новой Землей смещались на север в феврале и изменили направление на юго-юго-западное только во второй половине марта. Таким образом, они сместились лишь на 109 и 130 км в западной и центральной частях соответственно. В 2010 г. льда рядом с Новой Землей не зафиксировано.
В 2015 г. оказалось сложным построить линии дрейфа из-за непродолжительного и нестабильного присутствия льда. Только к востоку от Земли Короля Карла и к востоку от Земли Франца-Иосифа были построены траектории, начинающиеся 8 февраля и заканчивающиеся 15 апреля. За эти 66 дней первое ледяное поле покрыло 154 км, а второе - 144 км, что соответствует скорости смещения 2,33 км/сут на юго-запад и 2,18 км/сут на запад. Длина траекторий дрейфа около Земли Франца-Иосифа составила 358 км, а скорость смещения вдоль этой линии -
5,41 км/сут. В течение нескольких 6-дневных интервалов не наблюдалось никакого движения. Но с 26 февраля по 4 марта перемещение составило 59 км, т.е. скорость равнялась почти 10 км/сут. Этот пример иллюстрирует большую изменчивость скорости дрейфа. Осреднение за длительные периоды времени сглаживает результаты. Для воссоздания подробной картины дрейфа необходимы данные буев.
Для 2016 г. построить линии дрейфа оказалось невозможно, так как лед в Баренцевом море появлялся спорадически, и данные по векторам смещения есть только для трех коротких периодов в течение сезона.
«Обратные линии»
Важным практическим вопросом являются свойства морского льда на южных границах его распространения, например, вблизи планируемого для освоения месторождения углеводородов в районе о. Медвежий. Чтобы выяснить происхождение такого льда, построены «обратные линии», показывающие, откуда мог прийти лед. При этом описанный в предыдущем разделе алгоритм используется в обратном временном порядке.
Одна серия линий начинается 27 марта 2003 г. - в первый день максимального продвижения льда на юг - и отражает его движение
в этом направлении из самых северных позиций 4 октября 2002 г. Линии показывают, что лед прибыл на о. Медвежий из области в 250 км к югу от Земли Франца-Иосифа. За рассмотренные 174 дня ледяные поля в западной части моря переместились на 700 км. Лед в центральной части Баренцева моря имеет местное происхождение, так как «обратные линии» можно было проследить только до 76° с.ш. и только до начала ноября 2002 г. Траектория дрейфа вдоль Новой Земли демонстрирует, что лед на южных пределах в восточной части Баренцева моря поступает из Арктического бассейна через пролив Макарова. Начиная с 4 октября 2002 г. из точки с координатами 79,5° с.ш. и 69,1° в.д. (160 км к востоку от Земли Франца-Иосифа) ледяное поле сместилось к началу февраля 2003 г. к точке с координатами 75,9° с.ш.
Вторая серия линий (рис. 5) характеризует более длительное время дрейфа (с 6 мая 2003 г.) и показывает, что лед прибыл в район о. Медвежий из региона, расположенного к западу от Земли Франца-Иосифа, и мог происходить из Центрально-Арктического бассейна (см. розовую линию на рис. 5). Также были построены линии из того места, где экспедиция ААНИИ в мае 2003 г. обнаружила двухлетний лед толщиной 2,0...2,70 м [12]. Эти две
Рис. 5. «Обратные линии» начиная с 06 мая 2003 г. с указанием местоположения и дат для каждого 6-дневного периода
линии (см. зеленые линии на рис. 5) и были прослежены до 80° с.ш., к северо-востоку от Земли Франца-Иосифа.
Таким образом, лед на южных пределах распространения в западной и восточной частях Баренцева моря происходил из Арктического бассейна. Если лед дошел до о. Медвежий из района к западу от Земли Франца-Иосифа, он мог включать многолетние льды и айсберги. К востоку от меридиана 37° в.д. лед пришел из пролива Макарова между Землей Франца-Иосифа и Новой Землей. В центральной части моря в начале сезона и до апреля лед, скорее всего, имеет местное происхождение. Но в конце апреля и начале мая лед из пролива Макарова может достигать 75° с.ш. и в центральной части моря.
Обсуждение
Полученные траектории и оценки скорости характеризуют движение ледяных полей в Баренцевом море в результате морских течений и преобладающих синоптических ситуаций, характерных для конкретных сезонов. Отдельные айсберги движутся в основном течениями на разных глубинах и могут наблюдаться намного южнее ледовой границы, проводимой обычно по условной линии, отвечающей сплоченности льда 15 %.
Для характеристики крупномасштабного движения льда (с точки зрения времени и расстояния) представляется более целесообразным оценивать скорость дрейфа в километрах в сутки, а не в метрах в секунду. Скорость буев обычно представлена в метрах в секунду, чтобы описать движение в течение более коротких периодов времени. Т. Винье и А. Квамбек сделали для Баренцева моря заключение, что средняя скорость движения льда во внешнем пределе распространения составляет около 0,2 м/с [5]. Это соответствует ранее полученным оценкам расчетной средней скорости буев в западной части Баренцева моря 0,2.0,4 м/с [11]. Однако известно много примеров, когда скорость дрейфа достигала 1 м/с, например к югу от о. Эдж во время выполненных АТ ЮНИС натурных наблюдений в 2010 г. В ходе этих же наблюдений отмечено, что длительный период (17 дней) медленного продвижения со множеством приливных петель сменился быстрым движением, когда в течение двух дней буй преодолел 40 км.
По данным 1955-2007 гг., граница старого льда имеет два языка: один простирается до о. Медвежий, а другой - по 40-й
меридиан в.д. [12]. Автором изучено происхождение этого старого льда на южных пределах распространения. Восточный язык, по-видимому, происходит из района к востоку от Земли Франца-Иосифа. Построенные траектории показывают, что старый лед из пролива Макарова может достигать 75° с.ш. в восточной части Баренцева моря. Таково, скорее всего, происхождение двухлетнего льда толщиной 180.240 см, который включал в себя льдины до 100.500 м в поперечнике и небольшие льдины (20.100 м), исследованные экспедицией ААНИИ в районе Штокмановского месторождения в 2003 г. [30].
Западный язык в холодные годы происходит из области к западу от Земли Франца-Иосифа. Таково было происхождение льда вблизи о. Медвежий с запада Земли Франца-Иосифа, согласно реконструкции по данным Игешег в 2003 г. - в год с последним максимальным распространением льда и сильными северными ветрами, что способствовало значительному дрейфу льда на юг. Возможность наблюдения старого льда вблизи о. Медвежий в конце периода таяния описана Т. Винье, который оценивает его частоту в 1 % от общего числа наблюдений в 1970-1981 гг. [31]. Данные российских ледовых авиационных разведок и архивов ледовых карт показывают, что вынос старого льда вдоль Шпицбергена в более южные районы (о. Медвежий) имеет место чаще [12]. Раз в нескольких лет старый лед может вторгаться в западные районы Баренцева моря к югу от 75° с.ш. Таким образом, старый лед из Центрально-Арктического бассейна может достигать о. Медвежий в годы с обширным распространением льда.
А.В. Марченко рассматривает другую возможность, более актуальную для нынешней ситуации минимального распространения льда [32]. Показано, что образование языков торосистого льда, простирающихся от о. Надежды до о. Медвежий под влиянием полярных циклонов, не может считаться редким явлением. В то же время скорость дрейфа ледяных полей способна достигать 1,7 м/с, что в основном обусловлено наличием зоны сильных порывов ветра, присущей развитым полярным мезоциклонам. Этот феномен влияет на появление льда из восточных районов Шпицбергена, который может включать фрагменты айсбергов и торосов.
В мае 2016 г. экспедиция АТ ЮНИС исследовала поле торосов около о. Эдж, имевшее ровную вертикальную краевую стенку с надводной частью высотой до 3 м, среднее возвышение над уровнем воды 2 м и осадку до 18 м. Оно простиралось на 8 км от береговой линии и более чем на 20 км в меридиональном направлении вдоль побережья (рис. 6). Удивительно гладкая, как ножом срезанная вертикальная стенка (см. рис. 6б) имеет природное, но пока
не объясненное происхождение. Ровная и протяженная граница поля торосов видна на спутниковых снимках и производит впечатление гигантских трещин, сколов. В исследованном поле присутствовали айсберги средним размером 20*40 м, их пространственная плотность составляла 20 ед./км2. Как показал анализ космических снимков, это торосистое поле образуется практически ежегодно в начале апреля и существует до начала июля. Оценки, осно-
Рис. 6. Общий вид (а) и внешний край (б) поля всторошенного льда, обнаруженного 2 мая 2016 г. вблизи о. Эдж в точке с координатами 77° 56' 6.65" с.ш. и 24° 27' 23.0" в.д.
Рис. 7. Съемка с судна «Поларсиссел» ледовой обстановки в районе 75°35' с.ш. 27 апреля 2018 г. с указанием размеров и скорости дрейфа льдин
ванные на данных Игешег и спутниковых снимках, показывают, что такие образования льда потенциально могут достигать о. Медвежий за два с половиной месяца при среднем дрейфе и в течение одного месяца с полярными циклонами и сильными порывами ветра [11].
Ледяной язык, простирающийся до о. Медвежий, часто виден на ледовых картах даже в теплые годы, такие как 2016-2018 гг.
Натурные наблюдения во время экспедиций на судне «Поларсиссел» в конце апреля 2017 г. и в 2018 г. к северу от о. Медвежий показали, что лед состоял из блинчатого льда и неоднократно включал льдины диаметром до 30 м с торосами толщиной до 4 м. Типичные льдины были исследованы путем бурения и лазерного сканирования, также выполнен ряд механических тестов. Измерения показали, что льдины включали - наряду с однолетним льдом - также многолетний лед или, возможно, куски ледникового льда. Пример ледовой обстановки в южной части языка (75°35' с.ш.) показан на рис. 7. Размеры льдин определены с помощью лазерного сканирования. На льдинах видны торосистые образования.
***
В статье представлен метод построения траекторий дрейфа льда и определения происхождения льда в различных районах Баренцева моря, основанный на использовании архива данных Игешег. По координатам векторов дрейфа с 6-дневным интервалом построены 57 траекторий, которые показали, что лед обычно дрейфует с севера на юго-юго-запад в западной части Баренцева моря и на юг в восточной части моря. Известно, что скорость дрейфа льда на периферии Баренцева моря больше, чем в центре. В результате анализа траекторий удалось определить количественные показатели и средние скорости движения ледяных полей для разных частей моря и оценить время, необходимое для достижения определенных южных местоположений льдом из различных северных регионов. За последние 15 лет неуклонного сокращения площади льда в Арктике средняя скорость дрейфа уменьшилась с 3.4 до 2.3 км/сут и приняла более западное на-
правление. Однако движение льда каждый год сильно зависит от синоптической ситуации.
Вывод об общем снижении скорости дрейфа льда в последние годы, на первый взгляд, противоречит гипотезе об увеличении скорости дрейфа с уменьшением сплоченности льда. Однако меньшая сплоченность льда приводит к более высоким средним скоростям отдельных льдин, что подтверждается динамикой движения буев. Это верно для небольших временных интервалов, например нескольких дней, недели. Но при рассмотрении смещения обширных ледяных полей выявляются меньшие скорости, получаемые осреднением за большие интервалы, из-за того, что дрейф льда становится более хаотичным и часто включает реверсивные движения. Это видно при сравнении расстояния, пройденного ледяными полями в течение трех месяцев в рассматриваемые годы (2003, 2008, 2010 и 2015 гг.).
Полученные траектории и описанный алгоритм могут быть полезны для проверки моделей, имитирующих дрейф льда. Кроме того, они помогают оценивать область применимости архивов данных о морском льде, сравнивая их с данными буев.
Следует подчеркнуть, что архив Игешег в настоящее время является одним из немногих доступных источников данных с регулярными длинными рядами, показывающими дрейф льда в северной части Баренцева моря. Массив данных Игешег можно критиковать за низкое разрешение, недостаточную проверку и неопределенность для краевых частей морей. Однако более конструктивным представляется подход, в рамках которого определяются границы применимости соответствующих данных для конкретных регионов с учетом характера решаемых задач.
В заключение стоит отметить, что чем больший объем полевых данных для сравнения и проверки имеется в наличии, тем понятнее применимость и ценность данных, создаваемых различными моделями. Чем больше гипотез и различных данных наблюдений морского льда будут тестироваться на практике, тем лучше удастся изучить его с точки зрения особенностей и возможности использования, что
в свою очередь повысит достоверность представлений о динамике морского льда.
Список литературы
1. Адров Н.М. Исследования Баренцева моря за 1000 лет. Ч. 1: От начала тысячелетия
до первой половины ХХ века / Н.М. Адров. -Мурманск: МГТУ, 2002. - 64 с.
2. Зубакин Г.К. Ледяные образования морей Западной Арктики / Г.К. Зубакин. -СПб.: ААНИИ, 2006. - 272 с.
3. Миронов Е.У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз / Е.У. Миронов. - СПб.: ААНИИ, 2004. - 320 с.
4. Frolov I.E. Climate change in Eurasian Arctic shelf seas: centennial ice cover observations / I.E. Frolov, Z.M. Gudkovich, V.P. Karklin et al. -UK, Chichester: Praxis Publishing Ltd, 2009. -164 с.
5. Vinje T. Barents Sea drift ice characteristics /
T. Vinje and A.S. Kvambekk // Polar Research. -1991. - Т. 10 (1). - С. 59-68.
6. Dmitriev N.Y. Iceberg drift in the Barents Sea according to the observation data and simulation results / N.Y Dmitriev and A.V. Nesterov // Proc. 17th International Offshore and Polar Engineering Conference (IS0PE-2007). - Lisbon, July 1-6, 2007. - С. 633-638.
7. Keghouche I. Parameterization of an iceberg drift model in the Barents Sea / I. Keghouche, L. Bertino, and K.A. Lis®ter // Journal
of Atmospheric and Oceanic Technology. -2009. - Т. 26 (10). - С. 2216-2227.
8. Marchenko A. Icebergs drift in the Barents Sea: data analysis of ice tracking buoy and numerical simulations / A. Marchenko, A. Kulyakhtin, and K. Eik // Proc. of the 20th IAHR Symposium on Ice. - Lahti, Finland, 2010. - CD paper 035. -18 с.
9. Zubakin G.K. Results of investigations of icebergs, glaciers and their frontal zones in the northeastern part of the Barents Sea / G.K. Zubakin,
Y.P. Gudoshnikov, A.K. Naumov et al. // Proc. of the International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. - Dalian: Dalian Univ. Technol. Press, 2007. - С. 548-564.
10. Бузин И.В. Айсберги и ледники Баренцева моря: исследования последних лет. Ч. 1: Основные продуцирующие ледники, распространение и морфометрические особенности айсбергов / И.В. Бузин, А.Ф. Глазовский, Ю.П. Гудошников и др. // Проблемы Арктики и Антарктики. - 2008. -№ 78. - С. 66-80.
11. Marchenko N. Investigation of large ice rubble field in the Barents Sea / N. Marchenko
and A. Marchenko // Proc. of the 24th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. - Busan, Korea, 2017. - С. 36.
12. Бузин И.В. К вопросу о распространении многолетних льдов в Баренцевом море
во второй половине ХХ - начале XXI вв. // Проблемы Арктики и Антарктики. - 2009. -№ 3 (83). - С. 114-126.
13. Донской не считает целесообразным разработку Штокмана при текущей экономической ситуации // TACC [электрон. ресурс]. - 16 февраля 2018. - http://tass.ru/ forumsochi2018/articles/4964776
14. Schweitzer J. The Barents Sea ice challenge: Loads to learn / J. Schweitzer. - 2016. - https:// www.dnvgl.com/news/the-barents-sea-ice-challenge-loads-to-learn-55734
15. Онищенко Д.А. Моделирование разворота
на месте плавучего сооружения судового типа с внутренней турелью в условиях сплоченного ледяного покрова / Д.А. Онищенко, А. В. Марченко // Вести газовой науки: Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа. -М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2015. - № 2 (22). -С. 124-132.
16. Карулина М.М. Численное исследование динамики турельного судна в условиях воздействия битого льда / М. М. Карулина, Е.Б. Карулин // Вести газовой науки: Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа. -
М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2017. - № 4 (32). -С. 114-120.
17. Бузин И.В. Основные результаты исследований дрейфа ледяных образований с помощью радиомаяков в морях российского арктического шельфа / И.В. Бузин, А.В. Нестеров // Деловой журнал Neftegaz.RU. - 2018. - № 1. - С. 16-23.
18. NOAA. AOML's historical and near-real time databases. - 2018. - http://www.aoml.noaa.gov/ phod/trinanes/xbt.html
19. IFREMER. Sea Ice Products. - France: Ifremer, 2018.
20. Earth observation envelope programme // GLOBiCE Data products, E.O.E. Programme. -London: University College London, 2012.
21. DTU space, Seaice.dk, T.U.o.D.D.o.M.a.R. Sensing, Editor. - Copenhagen, 2017.
22. Hwang P.B. Validation and comparison of OSI SAF low and medium resolution and Ifremer/ Cersat sea ice drift products: Associated & Visiting Scientist Activity Report / P.B. Hwang and T. Lavergne. - Ocean & Sea Ice SAF,
2010. - 23 c. - http://saf.met.no/docs/OSISAF_ IntercomparisonIceDriftProducts_V1p2.pdf.
23. Lavergne T. Validation and monitoring of the OSI SAF low resolution sea ice drift product: Associated & Visiting Scientist Activity Report / T. Lavergne. - Ocean & Sea Ice SAF, 2016. - 35 c.
24. Sumata H. An intercomparison of Arctic ice drift products to deduce uncertainty estimates / H. Sumata // Journal of Geophysical Research-Oceans. - 2014. - T. 119(8). - C. 4887-4921.
25. Marchenko A.V. Characteristics of ice drift in the Western Barents Sea reconstructed
by the data of the trackers deployed on drifting ice in 2008 and 2010 / A.V. Marchenko // Proc. of the 19th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC 2011). - Montreal, Canada, 2011. - C. 16.
26. Marchenko N.A. Comparison of sea ice products and data of drifting buyos / N.A. Marchenko // Proc. of the 23rd IARH International Symposium on Ice (IAHR-ICE 2016). - AnnArbor, Michigan, USA, 2016.
27. Marchenko N.A. Sea currents and ice drift in western part of Barents Sea. A comparison of data from floating and fixed on ice buoys / N.A. Marchenko and A.V. Marchenko // Proc. of the 23rd International Conference on Port
and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC 2015). - Trondheim, Norway, 2015.
28. NSIDC. Chartic Interactive Sea Ice Graph. -2018. - https://nsidc.org/arcticseaicenews/charctic-interactive-sea-ice-graph/
29. Sea ice extent in the Barents Sea and Fram Strait // Environmental monitoring of Svalbard and Jan Mayen (MOSJ). - Norwegian Polar Institute, 2018. - http://www.mosj.no/en/climate/ocean/sea-ice-extent-barents-sea-fram-strait.html
30. Zubakin G.K. Peculiarities of the structure and properties of ice ridges in the Eastern Barents Sea on the 2003 expedition data / G.K. Zubakin // International Journal of Offshore and Polar Engineering (ISOPE-2005). - 2005. - Т. 15(1). -С. 28-33.
31. Vinje T. Drift, composition, morphology and distribution of the sea ice fields in the Barents Sea / T. Vinje // Norsk Polarinstitutt, Skrifrer. -Oslo: NPI, 1985. - Т. 179C. - С. 26.
32. Марченко А.В. Исследование дрейфа льда
и эволюции консолидированного слоя торосов в северо-западном регионе Баренцева моря / А.В. Марченко, Н. А. Дианский, Д. А. Онищенко и др. //Труды Гидрометцентра России. - 2016. -№ 361. - С. 231-260.
Special study of ice drifting in Barents Sea
N.A. Marchenko
The University Centre in Svalbard (UNIS), P.O. Box 156 N-9171, Longyearbyen, Norway E-mail: [email protected]
Abstract. Knowledge of sea ice drifting in the Arctic is important both in terms of science and practice. The article examines drift of ice in Barents Sea where ice may challenge navigation and industrial activities. A data array of the French Research Institute for the Exploitation of the Sea (Ifremer), which reconstructs environmental parameters through satellite images, is applied. On the basis of vectors of ice drift, the paths of ice displacement in springs of 2003-2016 have been drawn, and conclusions about possible origin and characteristics of sea ice in the southern part of Barents Sea have been made and confirmed with field studies. The gotten paths may be applied for verification of mathematical models.
Keywords: drift of ice, Barents Sea, Ifremer data. References
1. ADROV, N.M. Studies of Barents Sea covering 1000 years. Pt. 1: From beginning of millennium till the first half of the XX century [Issledovaniya Barentseva morya za 1000 let. Chast 1: Ot nachala tysyacheletiya do pervoy poloviny XX veka]. Murmansk: Murmansk State Technical University, 2002. (Russ.).
2. ZUBAKIN, G.K. Ice bodies in the seas of Western Arctic [Ledyanyye obrazovaniya morey Zapadnoy Arktiki]. St. Petersburg: Arctic and Antarctic Research Institute, 2006. (Russ.).
3. MIRONOV, Ye.U. Ice conditions in Greenland and Barents seas, and their long-term forecast [Ledovyye usloviya v Grenlandskom i Barentsevom moryakh i ikh dolgosrochnyy prognoz]. St. Petersburg: СПб.: Arctic and Antarctic Research Institute, 2004. (Russ.).
4. FROLOV, I.E., Z.M. GUDKOVICH, V.P. KARKLIN et al. Climate change in Eurasian Arctic shelf seas: centennial ice cover observations. UK, Chichester: Praxis Publishing Ltd, 2009.
5. VINJE, T. and A.S. KVAMBEKK. Barents Sea drift ice characteristics. Polar Research. 1991, vol. 10(1), pp. 59-68. ISSN 0800-0395.
6. DMITRIEV, N.Y. and A.V. NESTEROV. Iceberg drift in the Barents Sea according to the observation data and simulation results. In: Proc. 17th International Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE-2007). Lisbon, July 1-6, 2007, pp. 633-638.
7. KEGHOUCHE, I., L. BERTINO, and K.A. LIS^TER. Parameterization of an iceberg drift model in the Barents Sea. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2009, vol. 26(10), pp. 2216-2227. ISSN 0739-0572.
8. MARCHENKO, A., A. KULYAKHTIN, and K. EIK. Icebergs drift in the Barents Sea: data analysis of ice tracking buoy and numerical simulations. In: Proc. of the 20th IAHR Symposium on Ice. Lahti, Finland, 2010, CD paper 035.
9. ZUBAKIN, G.K., Y.P. GUDOSHNIKOV, A.K. NAUMOV et al. Results of investigations of icebergs, glaciers and their frontal zones in the northeastern part of the Barents Sea. In: Proc. of the International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Dalian: Dalian Univ. Technol. Press, 2007, pp. 548-564.
10. BUZIN, I.V., A.F. GLAZOVSKIY, Yu.P. GUDOSHNIKOV et al. Icebergs and glaciers ofthe Barents Sea. Results of the most recent research. Pt. 1: Main producing glaciers. Their propagation and mprphometric properties [Aysbergi i ledniki Barentseva morya: issledovaniya poslednikh let. Chast 1: Osnovnyye produtsiruyushchiye ledniki, rasprostraneniye i morfometricheskiye osobennosti aysbergov]. Problemy Arktiki i Antarktiki. 2008, no. 78, pp. 66-80. ISSN 0555-2648. (Russ.).
11. MARCHENKO, N. and A. MARCHENKO. Investigation of large ice rubble field in the Barents Sea. In: Proc. of the 24th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Busan, Korea, 2017, p. 36.
12. BUZIN, I.V. On spreading of the multiyear ice in the Barents Sea in the second half of 20th - beginning of 21st centuries [K voprosu o rasprostranenii mnogoletnikh ldov v Barentsevom more vo vtoroy polovine XX - nachale XXI vv.]. Problemy Arktiki i Antarktiki. 2009, no. 3 (83), pp. 114-126. ISSN 0555-2648. (Russ.).
13. Donskoy doesn't consider development of Shtokman field reasonable in the light of current economic picture [Donskoy ne schitayet tselesoobraznym razrabotku Shtokmana pri tekushchey ekonomicheskoy situatsii]. TASS agency [online]. 16 February 2018. Available from: http://tass.ru/forumsochi2018/articles/4964776
14. SCHWEITZER, J. The Barents Sea ice challenge: Loads to learn [online]. 2016. Available from: https://www.dnvgl.com/news/the-barents-sea-ice-challenge-loads-to-learn-55734
15. ONISHCHENKO, D.A., A.V. MARCHENKO. Modelling of the turn at rest for a vessel-type floating structure with an inner gun ring in conditions of close ice [Modelirovaniye razvorota na meste plavuchego sooryzheniya morskogo tipa s vnutrenney turelyu v usloviyakh splochennogo ledyanogo pokrova]. Vesti Gazovoy Nauki. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2015, no. 2 (22): Modern approach and promising technologies within the projects for development of oil-and-gas fi elds at the Russian continental shelf, pp. 124-132. ISSN 2306-8949. (Russ.).
16. KARULINA, M.M. and Ye.B. KARULIN. Numerical study of dynamics of a turret-moored vessel being infl uenced by managed ice [Chislennoye issledovaniye dinamiki turelnogo sudna v usloviyakh vozdeystviya bitogo lda]. Vesti Gazovoy Nauki. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2017, no. 4(32): Modern approach and promising technologies within the projects for development of oil-and-gas fields at Russian continental shelf, pp. 114-120. ISSN 2306-8949. (Russ.).
17. BUZIN, I.V., A.V. NESTEROV. Main results in studying drift of ice bodies by means of radio beacons in the seas offshore Russian Arctic [Osnovnyye rezultaty issledovaniy dreyfa ledyanykh obrazovaniy s pomoshchyu radiomayakov v moryakh rossiyskogo arkticheskogo shelfa]. Neftegaz.RU. 2018, no. 1, pp. 16-23. ISSN ISSN 2410-3837. (Russ.).
18. NOAA. AOML's historical and near-real time databases [online]. 2018. Available from: http://www.aoml.noaa. gov/phod/trinanes/xbt.html
19. IFREMER. Sea Ice Products. France: Ifremer, 2018.
20. Earth observation envelope programme. In: GLOBiCE Data products, E.O.E. Programme. London: University College London, 2012.
21. DTUspace, Seaice.dk, T.U.o.D.D.oM.a.R. Sensing, Editor. Copenhagen, 2017.
22. HWANG, P.B. and T. LAVERGNE. Validation and Comparison of OSISAF Low And Medium Resolution and Ifremer/Cersat Sea ice drift products: Associated & Visiting Scientist Activity Report. Ocean & Sea Ice SAF, 2010. Available from: http://saf.met.no/docs/OSISAF_IntercomparisonIceDriftProducts_V1p2.pdf
23. LAVERGNE, T. Validation and monitoring ofthe OSI SAF Low Resolution Sea ice drift product: Associated & Visiting Scientist Activity Report. Ocean & Sea Ice SAF, 2016.
24. SUMATA, H. An intercomparison of Arctic ice drift products to deduce uncertainty estimates. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2014, vol. 119(8), pp. 4887-4921. ISSN 2169-9275.
25. MARCHENKO, A.V. Characteristics of ice drift in the Western Barents Sea reconstructed by the data of the trackers deployed on drifting ice in 2008 and 2010. In: Proc. of the 19th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC 2011). Montreal, Canada, 2011, p. 16.
26. MARCHENKO, N.A. Comparison of Sea Ice Products and data of drifting buyos. In: Proc. of the 23rd IARH International Symposium on Ice (IAHR-ICE 2016). AnnArbor, Michigan, USA, 2016.
27. MARCHENKO, N.A. and A.V. MARCHENKO. Sea currents and ice drift in western part of Barents Sea. A comparison of data from floating and fixed on ice buoys. In: Proc. of the 23rd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC 2015). Trondheim, Norway, 2015.
28. NSIDC. Chartic Interactive Sea Ice Graph [online]. 2018. Available from: https://nsidc.org/arcticseaicenews/ charctic-interactive-sea-ice-graph/
29. Sea ice extent in the Barents Sea and Fram Strait. In: Environmental monitoring of Svalbard and Jan Mayen (MOSJ) [online]. Norwegian Polar Institute, 2018. Available from: http://www.mosj.no/en/climate/ocean/sea-ice-extent-barents-sea-fram-strait.html
30. ZUBAKIN, G.K. Peculiarities of the Structure and Properties of Ice Ridges in the Eastern Barents Sea on the 2003 Expedition Data. International Journal of Offshore and Polar Engineering (ISOPE-2005). 2005, vol. 15(1), pp. 28-33. ISSN 1053-5381.
31. VINJE, T. Drift, composition, morphology and distribution of the sea ice fields in the Barents Sea. Norsk Polarinstitutt, Skrifrer. Oslo: NPI, 1985, vol. 179C, p. 26. ISSN 0369-5417.
32. MARCHENKO, A.V., N.A. DIANSKIY, D.A. ONISHCHENKO et al. Studying ice drift and evolution of a consolidated hummock layer in the north-western area of Barents Sea [Issledovaniye dreyfa lda i evolutsii konsolodirovannogo sloya torosov v severo-zapadnom regione Barentseva moray]. Trudy Gidrometeorologicheskogo Nauchno-issledovatelskogo Tsentra Rossiyskoy Federatsii. 2016, no. 361, pp. 231-260. ISSN 0371-7089. (Russ.).
