Коллектив авторов - Океанография и морской лед

Hara Y., Atkins R.G., Shin R.T. et.al. Application of Neural Networks to Radar Image Classification // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. – 1994. – Vol. 32, № 1. P. 100–109.

Haverkamp D., Son L.K. Tsatsoulis C. A Comprehensive, Automated Approach to determining Sea Ice Thickness from SAR data // IEEE Trans. Geosci. Rem. Sensing. 1995. Vol.33, № 1, P. 46–57/

Haverkamp D., Son L.K., Tsatsoulis C. The combination of Algorithms and Heuristic Methods for the Classification of Sea Ice Imagery // Remote Sensing Reviews, 1994. Vol. 9, P. 135–159, 183–194.

Ji Y., Zhang, J. Meng, Y. ABMR ice thickness model and its application to Bohai Sea in China // Progress in Electromagnetic Research 2007. Vol. 76. P. 183–194.

Johannnessen O.M., Volkov A.M., Grischenko V.D. Bobylev L.P. e.a. ICEWACH, Real-time sea ice monitoring of the Nothern sea route using satellite radar technology A cooperative project between Russian Space Agency (RKA) and European Space Agency (ESA), Progress report, Technical report No. 113. Nansen environmental and remote center, 1996. 126 p.

Johannessen O.M., Alexandrov V.Yu., Frolov I.Ye., Sandven S., Bobylev L.P., Pettersson L.H., Kloster K., Smirnov V.G., Mironov Ye.U., Babich, N.G. Remote sensing of sea ice in the Northern Sea Route: studies and applications. Chichester, UK: Springer-Praxis, 2006.

Kloster, K., Fleshe H., Johannessen O.M. Ice motion from airborne SAR and satellite imagery // Advanced Space Res. 1992. № 12(7). P. 149–153.

Kuhn P.M., Sterns L.P., Ramseier R.O. Airborne infrared imagery of arctic sea ice thickness. NOAA Technical Report ERL. 331–APCL 34. 1975. Boulder: U.S. Department of Commerce, NOAA, Environmental Research Laboratories.

Sandven S., Kloster K., Johannessen O.M. SAR Ice Algorithms for Ice Edge, Ice Concentration, and Ice kinematics // NERSC Technical Rep. 1991. № 38.

Spreen G., Kaleschke L., Heygster G. Sea ice remote sensing using AMSR 89-GHz // J. Geophys. Res., 2008. Vol.113.

Sun Y. A new correlation technique for ice motion analysis // EARSeL Advances in Remote Sensing. 1994. Vol.3, № 2, P. 57–63.

V.G. Smirnov[35], А.V. Bushuev[36], I.А. Bychkova[37], А.V. Grigoriev[38], N.Yu. Zakhvatkina[39],[40], V.S. Loschilov[41], V.V. Stepanov[42], I.E. Frolov,[43] L.P. Bobylev[44],[45], V.Yu. Alexandrov[46],[47]. Capabilities of remote sensing as the source of the operative objective information about the polar sea ice cover state

Abstract

Remote sensing methods used for determination of sea ice concentration, stages of development, thickness and drift are considered. Examples of sea ice stages of development charting in the Arctic with the use of Envisat data, neural network and Bayesian classification methods are presented. Features of satellite technology for Dangerous Ice Formations (DIFs) are stated. Proposals for further development of sea ice remote sensing taking into account the IPY experience are formulated.

Аннотация

В работе рассматриваются различные аспекты ледоисследовательских работ применительно к природным условиям баренцевоморского шельфа. Традиционные методы полевых работ дополняются новыми экспериментальными методами, направленными на повышение качества информации о морском ледяном покрове, айсбергах и ледниках. Все методы прошли апробацию в ходе инженерных изысканий для освоения морских углеводородных месторождений и научно-исследовательских экспедиций по программе Международного Полярного года 2007/2008 гг.

1. Исследования ледяного покрова, айсбергов и ледников Баренцева моря, выполнявшиеся ААНИИ в 1990–2000-х гг.

Для осуществления всех видов прикладных и научных исследований по обеспечению гидрометеорологической и ледовой информацией освоения месторождений углеводородов в шельфовой зоне арктических морей в ААНИИ в 1991 г. была создана лаборатория «Арктик-Шельф». Первым крупным проектом, в котором лаборатория заняла место головного подразделения института, был пятилетний цикл инженерных гидрометеорологических изысканий в районе Приразломного нефтяного месторождения в Печорском море для проектирования морской ледостойкой платформы (Данилов и др., 2003, Зубакин и Данилов, 2000). Основным способом получения необходимой информации являлись морские экспедиции, проводимые в период максимального развития ледяного покрова (для Печорского моря это апрель), в ходе которых выполнялся основной комплекс ледоисследовательских и гидрометеорологических работ, состав которого будет рассмотрен ниже. В процессе работ по Приразломному месторождению сложились два варианта логистической организации экспедиций:

1) на судах ледового класса (в 1996 г. это было обеспечивающее судно «Нефтегаз-57»; в 1997, 2001, 2003 гг. работы проводились на научно-экспедиционном судне «Михаил Сомов» с вертолетом Ми-8Т на борту);

2) вертолетные экспедиции с использованием вертолетов Ми-8МТВ и Ми-8Т (1998, 1999 гг.), экспедиционный состав и вертолеты базировались на берегу в поселке Варандей.

При первом варианте организации экспедиции судно, находясь в районе работ, выполняет судовые ледовые и гидрологические станции, в которых задействуется наиболее громоздкое и тяжелое оборудование. Одновременно мобильная десантная группа, используя судовой вертолет, выполняет «облегченный» комплекс работ на удаленных от судна вертолетных станциях (рис. 1). В то время, как десантная группа работает на льду, вертолет производит комплекс дистанционных наблюдений и попутную ледовую разведку с поиском льдин для последующих ледовых станций и проходов к ним в условиях сплоченного льда. Основным преимуществом такого варианта организации экспедиций является возможность значительно увеличить объемы наблюдений за счет одновременного выполнения судовых и вертолетных станций, что очень важно для получения статистически значимых оценок характеристик природной среды. Кроме того, в судовых экспедициях практически отсутствуют ограничения на размеры и вес оборудования, что позволяет расширять, при необходимости, состав работ и, как следствие, повышать качество исследований.

Рис. 1. Организация работ при полевых гидрометеорологических и ледовых исследованиях в Баренцевом море. 1 – исследование морфометрии и внутренней структуры тороса; 2 – площадка для определения физико-механических свойств льда; 3 – подледные гидрологические наблюдения (зондирующие приборы); 4 – гидролокационная съемка нижней поверхности ледяного покрова

Достоинством второго варианта организации экспедиции является более низкая стоимость полевых работ за счет отказа от аренды судна, уменьшения объемов работ, используемого оборудования и количества личного состава. Как показала практика, в морских исследованиях вертолетные экспедиции могут эффективно использоваться при небольшом удалении района работ от береговых пунктов базирования вертолетов.

Параллельно с работами на Приразломном месторождении были выполнены гидрометеорологические изыскания для Варандейского нефтяного терминала (1999–2004 гг.). В этих работах, помимо морских экспедиций с основным комплексом ледовых и гидрометеорологических наблюдений, в рамках гидрометеорологических исследований применялись инновационные для отечественной практики того времени постановки автономных буйковых станций (АБС) с комплексом приборов для определения осадки подводной части торосов, характеристик дрейфа льда и подледных течений. АБС устанавливались на период от нескольких месяцев до двух лет. Постановка первых АБС осуществлялась с представителями канадской компании ASL – разработчика подводного комплекса.

В 2001–2007 гг. был выполнен полный цикл морских инженерных ледовых и гидрометеорологических изысканий на Штокмановском ГКМ (ШГКМ) (Данилов и др., 2008). Экспедиции выполнялись на НЭС «Михаил Сомов» в апреле-мае. Морские льды непосредственно на Штокмановском месторождении появляются не каждый год (Наумов и др., 2003), поэтому ледовую составляющую исследований в большинстве случаев приходилось переносить значительно севернее – в районы, откуда ледяные поля дрейфуют на ШГКМ. Очень важным в процессе работ оказался 2003 г., когда к месторождению из северных районов моря очень близко подошли двухлетние льды, а на самой его акватории была встречена целая «флотилия» айсбергов: ледовые наблюдатели получили тогда более 100 фиксаций координат айсбергов. Наиболее крупные из них были детально обследованы. Это аномальное для данного района скопление айсбергов не имело аналогов за всю более чем 100-летнюю историю наблюдений за айсбергами в Баренцевом море, как по количеству, так и по их размерам. До 2003 г. эксперты оценивали вероятность сближения айсберга и платформы на Штокмановском месторождении на расстояние 100–200 м как редкое событие, возможное 1 раз в 100–1000 лет, причем считалось, что это могут быть лишь небольшие айсберги либо их обломки. Новые оценки составили для тех же значений сближения 1 раз в 16–104 лет. При этом масса самого крупного в обнаруженном скоплении столообразного айсберга, пересекшего в мае 2003 г. акваторию месторождения, составила 3,7 млн т (рис. 2).

Рис. 2 Столообразный айсберг с горизонтальными размерами 424×190 м и массой более 3 млн т в районе Штокмановского ГКМ в Баренцевом море, 2003 г.

Результаты экспедиции 2003 г. заставили пересмотреть всю концепцию освоения Штокмановского месторождения. При этом заказчики потребовали от изыскателей всесторонней оценки айсберговой угрозы для исследуемого района и предложений для разработки комплекса мер по ее снижению. В итоге, в 2004–2007 гг. основной комплекс ледовых и гидрометеорологических наблюдений был дополнен гляциологическими исследованиями основных айсбергопродуцирующих ледников Земли Франца-Иосифа и Новой Земли и мониторингом айсбергов на всей акватории северо-восточной части Баренцева моря. В 2004 и 2005 гг. в ходе ледоисследовательских экспедиций на «Михаиле Сомове» были выполнены первые в России экспериментальные буксировки айсбергов с целью отвода их от предполагаемого гидротехнического сооружения (Данилов и др., 2008, Лоскутова, 2004). Важным результатом исследований явилась концепция ледового менеджмента для защиты добывающих объектов ото льдов и айсбергов (Гудошников и др., 2008).