О 03 06 09 12 15 18 21 24 03 06 09
Время, часы
Рис. 9 - Фрагмент записи упругих волн и наклонов в дрейфующем ледяном покрове с периодичностью 12 часов, станция Бета, 22 -- 23.04.2019. Z, N, E -- амплитудная огибающая исходных сигналов от трехкомпонентного сейсмометра; N1, E2 -- запись от двухкомпонентного наклономера
Fig. 9 - A fragment of recording elastic waves and tilts in a drifting ice cover with a frequency of 12 hours. Beta Station. 22 -- 23.04.2019. Z, N, E are the amplitude envelope of the initial signals from a three-component seismometer (scale 0.5 V); N1, E2 are recording from a two-component tiltmeter
На основании полученных данных можно считать, что сжатия с периодичностью около 12 часов сопровождаются изгибно-гравитационными волнами в диапазоне 0,1 -- 0,03 Гц, включая океаническую зыбь. Выделение зыби осуществлялось построением спектров для всех трех сейсмических станций с частотным максимумом около 0,05 Гц. Весь процесс наклонов сопровождался низкочастотными шумами волн в диапазоне частот 0,25 -- 0,07 Гц и вертикальными изгибно-гравитационными колебаниями с частотой 0,07 -- 0,10 Гц.
ВЫВОДЫ
В экспедиции «Трансарктика-2019» на морском дрейфующем ледяном покрове проведены наблюдения с помощью пространственной расстановки трех станций с сейсмометрами и наклономерами по схеме треугольника со сторонами до 2 км.
Описаны методы полевых дистанционных наблюдений и обработки исходных данных с применением спектрального анализа вейвлет-преобразованием колебательных процессов в ледяном покрове.
Выявлен широкий спектр волновых процессов в ледяном покрове, обусловленных явлениями в системе лед -- вода. Созданы методики выделения прогностических признаков в виде характеристик упругих волн при сжатии, трещинообразовании и разрушения ледяного поля.
Разработанный метод инструментальных наблюдений позволяет раскрыть механику образования полусуточных приливных сжатий в режиме реального времени. Приливные явления сопровождаются периодическим деформированием ледяного покрова и возбуждением волновых процессов в диапазоне плоских упругих и изгибно-гравитационных волн. Можно назвать это явление эффектом приливного сжатия.
Выполнены подходы к выявлению особенностей распространения океанской зыби в ледяном покрове СЛО и связи колебательных процессов во льду с периодами до 30 с и более с атмосферными процессами.
В проведенных ранее на дрейфующих станциях «Северный полюс» исследованиях инструментальный мониторинг состояния льда сопровождался визуальным осмотром ледяного поля лагеря станции, обнаружением, по возможности, первых сквозных трещин, подвижек и пр. Особое внимание уделялось сигналам, возникающим перед сжатием и торошением льдов. Естественно, что ранние признаки экстремальных характеристик динамики льда помогают принимать меры безопасности в ледовом лагере.
Важно отметить, что до настоящего времени не существует инструментального метода регистрации физических характеристик крупномасштабных процессов сжатия в режиме реального времени. Процессы сжатия и торошения льдов уверенно регистрируются сейсмометрами, акселерометрами и наклономерами в сочетании с разработанной в лаборатории физики льда ААНИИ дистанционной измерительной системой.
Представленное описание методов исследования и основных результатов в экспедиции «Трансарктика-2019» дает возможность изучать ледовые явления в системе атмосфера -- лед -- океан с привлечением результатов других научных материалов. Комплексные результаты мониторинга состояния морского дрейфующего ледяного покрова будут способствовать совершенствованию физико-механических моделей и численных моделей прогнозирования природных явлений в СЛО.
Дальнейшая обработка натурных данных и анализ результатов по каждому из описанных явлений будут проводиться с привлечение данных по метеорологии, океанологии и спутниковых изображений льда.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Легеньков А.П. Подвижки и приливные деформации дрейфующего льда. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 104 с.
2. Гудкович З.М., Доронин Ю.П. Дрейф морских льдов. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 110 с.
3. Тимохов Л.А, Хейсин Д.Е. Динамика морских льдов (математические модели). Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 272 с.
4. Смирнов В.Н., Чмель А.Е. Самоподобие и самоорганизация в дрейфующем ледяном покрове Арктического бассейна // Доклады Академии наук. 2006. Т 5. С. 684 -- 687.
5. Weiss J., Dansereau V. Linking scales in sea ice mechanics // Philos. Trans. R. Soc. A. 2017. V. 375. Paper 20150352. https://doi.org/10.1098/rsta.2015.0352
6. Смирнов В.Н., Ковалев С.М., Нюбом А.А. Автоколебания в дрейфующем ледяном покрове Северного Ледовитого океана // Океанологические исследования. 2019. Т 47. № 3. С. 122 -- 138.
7. СмирновВ.Н., Ковалёв С.М., Бородкин В.А., НюбомА.А., Шушлебин А.И. Инструментальный мониторинг и краткосрочный прогноз явлений сжатия и торошения. СПб.: ААНИИ, 2017. 174 с.
8. Sutherland G., Rabault J. Observations of wave dispersion and attenuation in landfast ice // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2016. V. 121. P 1984 -- 1997.
9. СмирновВ.Н. Динамические процессы в морских льдах. СПб.: Гидрометеоиздат, 1996. 162 с.
10. Wadhams P. Ice in the ocean. Amsterdam: Gordon and Breach Science Publishers, 2000. 351 p.
11. Опасные ледовые явления для судоходства в Арктике / Под ред. Е.У Миронова. СПб.: ААНИИ, 2010. 328 с.
12. Legen'kovA.P. Podvizhki iprilivnye deformacii drejfujushhego l'da. Shifts and tidal deformations of drifting ice. Leningrad: Gydrometeoizdat, 1988: 104 p. [In Russian].
13. Gudkovich Z.M., Doronin Ju.P. Drejf morskih l'dov. Sea ice drift. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 2001: 110 p. [In Russian].
14. TimohovL.A, Hejsin D.E. Dinamika morskih l'dov (matematicheskie modeli). Dynamics of sea ice (mathematical models). Leningrad: Gydrometeoizdat, 1987: 272 p. [In Russian].
15. Smirnov VN., Chmel' A.E. Self-similarity and self-organization in the drifting ice cover of the Arctic basin. DokladyAkademiinauk. Proc. of the Russian Academy of Sciences. 2006, 5: 684-687. [In Russian].
16. Weiss J., Dansereau V. Linking scales in sea ice mechanics. Philos. Trans. R. Soc. A. 2017, 375. Paper 20150352. https://doi.org/10.1098/rsta.2015.0352.
17. Smirnov V.N., Kovalev S.M., Njubom A.A. Self-oscillations in the drifting ice cover of the Arctic Ocean. Okeanologicheskie issledovanija. Oceanological studies. 2019, 47 (3): 122 -- 138. [In Russian].
18. Smirnov V.N., Kovaljov S.M., Borodkin V.A., Njubom A.A., Shushlebin A.I. Instrumental'nyj monitoring i kratkosrochnyj prognozjavlenij szhatija i toroshenija. Instrumental monitoring and shortterm forecast of compression and ridging phenomena. St. Petersburg: AARI, 2017: 174 p. [In Russian].
19. Sutherland G., Rabault J. Observations of wave dispersion and attenuation in landfast ice. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2016, 121: 1984-1997.
20. Smirnov VN. Dinamicheskieprocessy v morskih l'dah. Dynamic processes in sea ice. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1996: 162 p. [In Russian].
21. Wadhams P. Ice in the ocean. Amsterdam: Gordon and Breach Science Publishers, 2000: 351 p.
22. Opasnye ledovye javlenija dlja sudohodstva v Arktike. Hazardous ice phenomena for shipping in the Arctic. E.U. Mironov (ed.). St. Petersburg: AARI, 2010: 328 p. [In Russian].