Обзор методов и основных результатов измерения толщины морского льда в Арктике

Автор: Т.А. Алексеева , С.В. Фролов , С.С. Сероветников

Журнал: Российская Арктика @russian-arctic

Статья в выпуске: 12, 2021 года.

Бесплатный доступ

В статье приводится обзор основных методов измерения толщины ледяного покрова и результаты опубликованных в научной отечественной и зарубежной литературе исследований климатической и межгодовой изменчивости этого параметра ледяного покрова в морях Северного ледовитого океана и Арктическом бассейне. В настоящее время разработаны и активно применяются в полевых условиях несколько методов: бурение льда, акустический метод (эхолокация), электромагнитный метод, визуальные и телевизионные судовые наблюдения. Наибольшее площадное покрытие данными о толщине морского льда в СЛО в настоящее время может производится путем акустического подледного зондирования с подводных лодок, а также с помощью визуальных специальных судовых наблюдений и, одновременно, с помощью судового телевизионного комплекса с борта судов ледового класса и ледоколов. Измерения толщины льда, результаты которых представлены в настоящем обзоре, выполнены в различных районах Арктики, в различные сезоны года, различными методами и с различными временными периодами обобщений, а, следовательно, не позволяют дать однозначной оценки климатической и межгодовой изменчивости толщины льда. Сделан вывод, что, несмотря на неоднозначные оценки, на изменения средних значений толщины льда в Арктическом бассейне в основном влияют динамические процессы, обусловленные изменениями атмосферной циркуляции. Кроме того, разработанный в ААНИИ судовой телевизионный комплекс является перспективным направлением для автоматизации процесса наблюдений за толщиной льда с борта судов.

Еще

Бурение льда, климатические изменения, судовые ледовые наблюдения, толщина припая, толщина морского льда, электромагнитный толщиномер

Короткий адрес: https://sciup.org/170174542

IDR: 170174542 | DOI: 10.24411/2658-4255-2021-1-33-49

Список литературы Обзор методов и основных результатов измерения толщины морского льда в Арктике

Фазовый состав и теплофизические характеристики морского льда. / Назинцев Ю. Л., Панов В. В.: СПб, Гидрометеоиздат, 2000. ‒ 83 с.
Ледовые наблюдения на морях. / Дерюгин К. К., Карелин Д. Б.: Гидрометеоиздат, 1954. ‒ 168 с.
Strass V. H. Measuring sea ice draft and coverage with moored upward looking sonars // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. ‒ 1998. ‒ V. 45, No.4. ‒ pp. 795-818. DOI:10.1016/ S0967-0637(97)00065-4
Wensnahan M., Rothrock D. A. Sea-ice draft from submarine-based sonar: Establishing a consistent record from analog and digitally recorded data // Geophysical Research Letters. ‒ 2005. ‒ V. 32 (11). https://doi.org/10.1029/2005GL022507
Морской лед. Сбор и анализ данных наблюдений, физические свойства и прогнозирование ледовых условий (справочное пособие). Под ред. Фролова И. Е., Гаврило В. П. ‒ Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1997. ‒ 402 с.
Rothrock D. A., Percival D. B., Wensnahan M. The decline in arctic sea-ice thickness: Separating the spatial, annual, and interannual variability in a quarter century of submarine data // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 2008. ‒ V. 113 (C5). https://doi.org/10.1029/2007JC004252
McLaren A. S. The under-ice thickness distribution of the Arctic Basin as recorded in 1958 and 1970 // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 1989. ‒ V. 94 (C4) ‒ pp. 4971-4983. https://doi.org/10.1029/ JC094iC04p04971
Kovacs A., Valleau N. C., Holladay J. S. Airborne electromagnetic sounding of sea ice thickness and sub-ice bathymetry // Cold Regions Science and Technology. ‒ 1987. ‒ V. 14 (3) ‒ pp. 289-311. https://doi.org/10.1016/0165-232X(87)90021-8
Haas C., Lobach J., Hendricks S., Rabenstein L., Pfaffling A. Helicopter-borne measurements of sea ice thickness, using a small and lightweight, digital EM system // Journal of Applied Geophysics. ‒ 2009. ‒ V. 67 (3) ‒ pp. 234-241. DOI 10.1016/j. jappgeo.2008.05.005
Peterson I. K., Prinsenberg S. J., Holladay J. S. Seaice thickness measurement: recent experiments using helicopter-borne EM-induction sensors // Resent Res. Devel. Geophysics. ‒ 2003. ‒ V. 5. ‒ pp. 1-20.
Eicken H., Bluhm B. A., Collins R. E., R.R. G., Haas C., Ingham M., Mahoney A., Nicolaus M., Perovich D. “Field techniques in seaice research” in cold regions science and marine technology // Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices of the UNESCO / Shen H. ‒ Paris, France: Eolss Publishers, 2014.
Haas C., Hendricks S., Eicken H., Herber A. Synoptic airborne thickness surveys reveal state of Arctic sea ice cover // Geophysical Research Letters. ‒ 2010. ‒ V. 37 (9). https://doi. org/10.1029/2010GL042652
Haas C. Evaluation of ship-based electromagneticinductive thickness measurements of summer sea-ice in the Bellingshausen and Amundsen Seas, Antarctica // Cold Regions Science and Technology. ‒ 1998. ‒ V. 27 (1). ‒ pp. 1-16. hdl:10013/ epic.11731.d001
Pfaffling A., Haas C., Reid J. E. Direct helicopter EM — Sea-ice thickness inversion assessed with synthetic and field data // Geophysics. ‒ 2007. ‒ V. 72 (4). ‒ pp. F127-F137. hdl:10013/epic.26722.d001
Наблюдения за ледовой обстановкой: учебное пособие. ‒ СПб: ААНИИ, 2009. ‒ 360 с.
Руководство по производству судовых специальных ледовых наблюдений. ‒ СПб: ААНИИ, 2011. ‒ 2011 с.
Фролов С. В., Клейн А. Э., Третьяков В. Ю. Результаты использования цифрового телевизионного комплекса для измерения толщины льда в Арктическом бассейне в 2004-2005 гг. // Проблемы Арктики и Антарктики. ‒ 2007. ‒ T. 75. ‒ C. 123-127.
Фролов С. В., Третьяков В. Ю., Клейн А. Э., Алексеева Т. А. Новые данные о толщине льда и ее изменчивости в Арктическом бассейне в 20062009 годах // Лед и снег. ‒ 2011. ‒ T. 3, № 115. ‒ C. 99-104.
Сероветников С. С., Фролов С. В., Клейн А. Э. Судовой телевизионный комплекс – реализация автоматизированной системы натурных измерений толщины морского льда // Российская Арктика. ‒ 2018. ‒ T. 2. ‒ C. 41-55. DOI: 10.24411/2658-4255-2018-00017
Toyota T., Kawamura T., Ohshima K. I., Shimoda H., Wakatsuchi M. Thickness distribution, texture and stratigraphy, and a simple probabilistic model for dynamical thickening of sea ice in the southern Sea of Okhotsk // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 2004. ‒ V. 109 (C6).
Toyota T. Application of remote sensing to the estimation of sea ice thickness distribution // Advances in geoscience and remote sensing / Jedlovec G. ‒ London UK, 2009.
Vinje T., Nordlund N., Kvambekk Å. Monitoring ice thickness in Fram Strait // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 1998. ‒ V. 103 (C5). ‒ pp. 1043710449. https://doi.org/10.1029/97JC03360
Melling H., Riedel D. A., Gedalof Z. e. Trends in the draft and extent of seasonal pack ice, Canadian Beaufort Sea // Geophysical Research Letters. ‒ 2005. ‒ V. 32 (24). https://doi. org/10.1029/2005GL024483
Krishfield R. A., Proshutinsky A., Tateyama K., Williams W. J., Carmack E. C., McLaughlin F. A., Timmermans M. L. Deterioration of perennial sea ice in the Beaufort Gyre from 2003 to 2012 and its impact on the oceanic freshwater cycle // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 2014. ‒ V. 119 (2). ‒ pp. 1271-1305. https://doi. org/10.1002/2013JC008999
Hansen E., Gerland S., Granskog M. A., Pavlova O., Renner A. H. H., Haapala J., Løyning T. B., Tschudi M. Thinning of Arctic sea ice observed in Fram Strait: 1990–2011 // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 2013. ‒ V. 118 (10). ‒ pp. 52025221. https://doi.org/10.1002/jgrc.20393
Rösel A., Itkin P., King J., Divine D., Wang C., Granskog M. A., Krumpen T., Gerland S. Thin Sea Ice, Thick Snow, and Widespread Negative Freeboard Observed During N-ICE2015 North of Svalbard // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 2018. ‒ V. 123 (2). ‒ pp. 1156-1176. https:// doi.org/10.1002/2017JC012865
Renner A. H. H., Hendricks S., Gerland S., Beckers J., Haas C., Krumpen T. Large-scale ice thickness distribution of first-year sea ice in spring and summer north of Svalbard // Annals of Glaciology. ‒ 2013. ‒ V. 54 (62). ‒ pp. 13-18. https://doi. org/10.3189/2013AoG62A146
Haapala J., Lensu M., Dumont M., Renner A. H. H., Granskog M. A., Gerland S. Small-scale horizontal variability of snow, sea-ice thickness and freeboard in the first-year ice region north of Svalbard // Annals of Glaciology. ‒ 2013. ‒ V. 54 (62). ‒ pp. 261266. https://doi.org/10.3189/2013AoG62A157
Haas C., Beckers J., King J., Silis A., Stroeve J., Wilkinson J., Notenboom B., Schweiger A., Hendricks S. Ice and Snow Thickness Variability and Change in the High Arctic Ocean Observed by In Situ Measurements // Geophysical Research Letters. ‒ 2017. ‒ V. 44 (20). ‒ pp. 10,462-10,469. https://doi.org/10.1002/2017GL075434
Richter-Menge J. A., Farrell S. L. Arctic sea ice conditions in spring 2009–2013 prior to melt // Geophysical Research Letters. ‒ 2013. ‒ V. 40 (22). ‒ pp. 5888-5893. https://doi. org/10.1002/2013GL058011
Haas C., Howell S. E. L. Ice thickness in the Northwest Passage // Geophysical Research Letters. ‒ 2015. ‒ V. 42 (18). ‒ pp. 7673-7680. https:// doi.org/10.1002/2015GL065704
Brown R., Cote P. Interannual Variability of Landfast Ice Thickness in the Canadian High Arctic, 1950-89 // Arctic. ‒ 1992. ‒ V. 45. ‒ pp. 273284. https://www.jstor.org/stable/40511459
Climate Change in Eurasian Arctic Shelf Seas Centennial Ice Cover Observations. / Frolov I. E., Gudkovich Z. M., Karklin V. P., Kovalev E. G., Smolyanitsky, M. V.: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. ‒ 166 p.
Научные исследования в Арктике. Том 2. Климатические изменения ледяного покрова морей Евразийского шельфа. / Фролов И. Е., Гудкович З. М., Карклин В. П., Ковалев Е. Г., Смоляницкий В. М. ‒ СПб: Наука, 2007. ‒ 136 с.
Припай и заприпайные полыньи Арктических морей Сибирского шельфа в конце XX начале XXI века. / Карелин И. Д., Карклин В. П. ‒ СПб: ААНИИ, 2012. ‒ 180 с.
Ледовые условия морей Европейской части России. / Думанская И. О. ‒ Москва, 2014. ‒ 605 с.
Ледовые условия морей Азиатской части России. / Думанская И. О. ‒ Москва, 2017. ‒ 637 с.
Gerland S., Renner A. H. H., Godtliebsen F., Divine D., Løyning T. B. Decrease of sea ice thickness at Hopen, Barents Sea, during 1966–2007 // Geophysical Research Letters. ‒ 2008. ‒ V. 35 (6). https://doi.org/10.1029/2007GL032716
Иванов Б. В., Павлов А. К., Андреев О. М., Журавский Д. М., Священников П. Н. Исследования снежно-ледяного покрова залива Гренфьорд (арх. Шпицберген): исторические данные, натурные исследования, моделирование. // Проблемы Арктики и Антарктики. ‒ 2012. ‒ T. 2. ‒ C. 43-54.
Howell S. E. L., Laliberté F., Kwok R., Derksen C., King J. Landfast ice thickness in the Canadian Arctic Archipelago from observations and models // The Cryosphere. ‒ 2016. ‒ V. 10 (4). ‒ pp. 14631475. https://doi.org/10.5194/tc-10-1463-2016
Vincent W. F., Gibson J. A. E., Jeffries M. O. Ice-shelf collapse, climate change, and habitat loss in the Canadian high Arctic // Polar Record. ‒ 2001. ‒ V. 37 (201). ‒ pp. 133-142. DOI: https://doi.org/10.1017/ S0032247400026954
Melling H. Sea ice of the northern Canadian Arctic Archipelago // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 2002. ‒ V. 107 (C11). ‒ pp. 2-1-2-21. https:// doi.org/10.1029/2001JC001102
Belchansky G. I., Douglas D. C., Platonov N. G. Fluctuating Arctic Sea Ice Thickness Changes Estimated by an In Situ Learned and Empirically Forced Neural Network Model // Journal of Climate. ‒ 2008. ‒ V. 21 (4). ‒ pp. 716-729. https:// doi.org/10.1175/2007JCLI1787.1
Laxon S., Peacock N., Smith D. High interannual variability of sea ice thickness in the Arctic region // Nature. ‒ 2003. ‒ V. 425 (6961) ‒ pp. 947-950. DOI: 10.1038/nature02050
McLaren A. S., Bourke R. H., Walsh J. E., Weaver R. L. Variability in Sea-Ice Thickness Over the North Pole from 1958 to 1992 // The Polar Oceans and Their Role in Shaping the Global Environment Geophysical Monograph Series, 1994. ‒ pp. 363371. https://doi.org/10.1029/GM085p0363
Rothrock D. A., Yu Y., Maykut G. A. Thinning of the Arctic sea-ice cover // Geophysical Research Letters. ‒ 1999. ‒ V. 26 (23). ‒ pp. 3469-3472. https:// doi.org/10.1029/1999GL010863
Shy T. L., Walsh J. E. North Pole ice thickness and association with ice motion history 1977–1992 // Geophysical Research Letters. ‒ 1996. ‒ V. 23 (21). ‒ pp. 2975-2978.
Tucker Iii W. B., Weatherly J. W., Eppler D. T., Farmer L. D., Bentley D. L. Evidence for rapid thinning of sea ice in the western Arctic Ocean at the end of the 1980s // Geophysical Research Letters. ‒ 2001. ‒ V. 28 (14). ‒ pp. 2851-2854. https:// doi.org/10.1029/2001GL012967
Winsor P. Arctic sea ice thickness remained constant during the 1990s // Geophysical Research Letters. ‒ 2001. ‒ V. 28 (6). ‒ pp. 1039-1041. https:// doi.org/10.1029/2000GL012308
Kwok R., Rothrock D. A. Decline in Arctic sea ice thickness from submarine and ICESat records: 1958–2008 // Geophysical Research Letters. ‒ 2009. ‒ V. 36 (15). https://doi.org/10.1029/2009GL039035
Kwok R., Cunningham G. F., Wensnahan M., Rigor I., Zwally H. J., Yi D. Thinning and volume loss of the Arctic Ocean sea ice cover: 2003–2008 // Journal of Geophysical Research: Oceans. ‒ 2009. ‒ V. 114 (C7). https://doi.org/10.1029/2009JC005312
Renner A. H. H., Gerland S., Haas C., Spreen G., Beckers J. F., Hansen E., Nicolaus M., Goodwin H. Evidence of Arctic sea ice thinning from direct observations // Geophysical Research Letters. ‒ 2014. ‒ V. 41 (14). ‒ pp. 5029-5036. https://doi. org/10.1002/2014GL060369
Lindsay R., Schweiger A. Arctic sea ice thickness loss determined using subsurface, aircraft, and satellite observations // The Cryosphere. ‒ 2015. ‒ V. 9 (1). ‒ pp. 269-283. https://doi.org/10.5194/tc-9269-2015
Иванов В. В., Алексеев В. А., Алексеева Т. А., Колдунов Н., Репина И. А., Смирнов А. В. Арктический ледяной покров становится сезонным? // Исследования Земли из космоса. ‒ 2013. № № 4. ‒ C. С. 50–65. http://dx.doi.org/10.7868/ S0205961413040076
Фролов С. В., Макаров Е. И., Третьяков В. Ю., Сероветников С. С., Алексеева Т. А., Гришин Е. А., Пряхин С. С., Саперштейн Е. Б., Ярославцева С. И., Сергеева И. А. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2019621801 "СТК-ЛЕД" // Book Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2019621801 "СТК-ЛЕД" / Editor, 2019.
Бузуев А. Я., Фролов С. В., Юлин А. В. Выдающиеся морские плавания в морях Сибирского шельфа и Арктическом бассейне во второй половине XX века. // ICETECH'2000 ‒ СПб, 2000. ‒ C. 79-83.
Результаты первой научной экспедиции в приполюсном районе на атомном ледоколе "Сибирь". Под ред. Чилингарова А. Н., Крутских Л. ‒ Л.: Гидрометеоиздат, 1990. ‒ 176 с.
Фролов С. В., Юлин А. В. Специализированное гидрометеорологическое обеспечение высокоширотных рейсов НЭС "Академик Федоров" в 2000, 2004-2005 гг. // Проблемы Арктики и Антарктики. ‒ 2006. ‒ T. 75. ‒ C. 128-139.
Frolov S. V. Main typical features in the distribution of ice cover characteristics and their influence on icebreaker motion in the Arctic Basin in summertime (from data of highlatitudinal cruises). // Proc. of POAC'95. ‒ T. 1 ‒ Murmansk, Russia, August 15-18, 1995. ‒ pp. 27-36.
Юлин А. В. Основные результаты ледовых наблюдений за толщиной ледяного покрова в высокоширотной арктической экспедиции ACEX-2004. // Проблемы Арктики и Антарктики. ‒ 2007. ‒ T. 77. ‒ C. 107-114.
Алексеева Т. А., Сероветников С. С., Фролов С. В., Соколов В. Т. Ледовые условия плавания в Арктическом бассейне в летний период 2018 года. // Российская Арктика. ‒ 2018. ‒ T. 2. ‒ C. 3140. DOI: 10.24411/2658-4255-2018-00016
Фролов С. В., Федяков В. Е., Третьяков В. Ю., Клейн А. Э., Алексеев Г. В. Новые данные об изменении толщины льда в Арктическом бассейне // Доклады Академии Наук. ‒ 2009. ‒ T. 425, № 1. ‒ C. 104-108.
Tunik A. L. Route-specif ic ice thickness distribution in the Arctic Ocean during a North Pole crossing in August 1990 // Cold Regions Science and Technology. ‒ 1994. ‒ V. 22 (2). ‒ pp. 205-217.
Гудкович З. М., Ковалев Е. Г. Колебания ледовитости российских арктических морей в ХХ в. и оценка ее возможных изменений в ХХI в // Научно-практическое совещание «Гидрометеорологическое обеспечение хозяйственной деятельности в Арктике и замерзающих морях ‒ Санкт-Петербург, 2002. ‒ C. 36-45.
Научные исследования в Арктике. Том 1. Научно-исследовательские дрейфующие станции «Северный полюс». / Фролов И. Е., Гудкович З. М., Радионов В. Ф., Тимохов Л. А., Широчков А. В. ‒ СПб: Наука, 2005. ‒ 267 с.

Еще

Статья научная