Рельефообразующая деятельность морских льдов в условиях изменения климата АрктикиНИР

Sea ice effect on the dynamics of coastal and bottom topography under the condition of Arctic climate change

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 декабря 2014 г.-31 декабря 2014 г. Рельефообразующая деятельность морских льдов в условиях изменения климата Арктики
Результаты этапа: Морские льды как зональный фактор являются важным пассивным и активным рельефообразующим агентом в прибрежно-шельфовой зоне арктических и других замерзающих морей. Пассивное воздействие морских льдов на динамику берегов и дна замерзающих морей выражается в защитной роли припая и дрейфующих льдов от воздействия волн и приливов. Блокируя береговую зону в течение большей части года, морской лед регулирует действие активных гидродинамических факторов, сокращая время их проявления и определяя тем самым интенсивность абразии берегов и дна. Прямое или активное воздействие морских льдов проявляется в процессе ледовой экзарации (выпахивании) берегов и дна, транспорте наносов морскими льдами, формировании мерзлых пород в контактной зоне «лед-дно», явлениях локального размыва дна вокруг стамух и под приливными трещинами. Абразия берегов и экзарация дна относятся к категории наиболее опасных процессов применительно к объектам нефтегазотранспортной инфраструктуры и, в частности, подводным трубопроводам. Вопрос определения величины заглубления трубопровода в грунт является весьма актуальным. Недооценка величин абразии берегов и экзарации дна может привести к повреждению инженерных сооружений, в тоже время излишнее заглубление объектов сильно удорожает их строительство. Найти оптимальный вариант и, тем самым, снизить риски возникновения чрезвычайных ситуаций в настоящее время наиболее актуальная задача науки и практики. Причем задача эта усложняется тем фактом, что активное нефтегазовое освоение прибрежно-шельфовой зоны замерзающих морей в настоящее время ведется в условиях глобальных климатических изменений. В результате потепления осенью 2012 года в Северном полушарии достигнут исторический минимум площади ледяного покрова с начала спутниковых наблюдений с 1978 года. Рост температуры воздуха и воды, увеличение длины разгона волн, увеличение вероятности возникновения экстремальных штормовых нагонов на фоне увеличения продолжительности динамически активного безледного периода создают благоприятные условия для ускоренного разрушения берегов, в особенности, сложенных многолетнемерзлыми породами. Существенно меняются характер и интенсивность экзарационного воздействия ледяных образований на дно и берега. В результате снижения продолжительности ледового сезона и толщины ледяного покрова активизируется динамика льда, увеличивается его торосистость. Вместе с тем имеет место перераспределение зоны наиболее интенсивных воздействий на более мелководные участки. На фоне сокращения ширины и устойчивости припая усиливается воздействие морских льдов на берега. Параллельно активизируется динамика ледников, в результате увеличивается сброс айсбергов, повышается вероятность выпахивания ими дна на глубоководных участках, встречи с судами и танкерами. В 2014 году в рамках решения задачи, на которую направлен проект, заложена база для последующего успешного определения на 2 и 3 этапах исследования (2015-2016 гг.) качественных и количественных характеристик изменчивости абразионного (термоабразионного) и ледово-экзарационного процессов на рубеже XX и XXI веков под воздействием глобального потепления. Собраны, обработаны, обобщены, проанализированы и рассчитаны исходные гидрометеорологические характеристики, являющиеся основной движущей силой абразионного (термоабразионного) и ледово-экзарационного процессов. В тоже время, они представляют и самостоятельную научную ценность, характеризуя тенденции изменения окружающей среды, климата и ледовых условий в Печорско-Краском регионе Российской Арктики. Выполнены оценки изменчивости гидрометеорологических (термических, ветро-волновых, ледовых) характеристик в XX и начале ХХI веков; оценки влияния изменений термического режима на ледовитость морей и ветро-волно-энергетические характеристики береговой зоны; проведен анализ тенденций изменений климата и ледовитости в Печорско-Карском регионе, как факторов динамики берегов, сложенных дисперсными многолетнемерзлыми породами. В итоге получены следующие частные научные результаты: графики изменения температурного режима на ГМС Варандей (Печорское море) и ГМС Марре-Сале (Карское море) с 1981 по 2013 гг.; графики изменения суммы положительных температур на ГМС Варандей и ГМС Марре-Сале с 1981 по 2013 гг.; графики изменения уровня моря и параметров волн на ГМС Варандей и ГМС Марре-Сале; графики изменения положительности динамически активного (безледного) периода на ГМС Варандей и ГМС Марре-Сале с 1978 по 2013 гг.; таблица сроков формирования припая на ГМС Варандей и ГМС Марре-Сале с 1978 по 2013 гг.; графики изменения площади ледяного покрова в Печорско-Карском регионе (по результатам анализа спутниковых изображений сплоченности ледяного покрова) с 1978 по 2013 гг.; рассчитаны волновые энергетические характеристик (по методу Попова-Совершаева для внешней границы береговой зоны в районе о.Варандей (Печорское море) и м.Харасавэй (Карское море) с 1978 по 2013 гг. На ключевом участке нефтегазового освоения – Уральском берегу Байдарацкой губы Карского моря, выполнен мониторинг динамики берегов, проведены очередные повторные измерения и получены новые данные по динамике берега. Результаты исследований по проекту представлены на 4-ой Европейской конференции по мерзлотоведению - The 4th European Conference on Permafrost (EUCOP4), 18-21 June 2014, Evora, Portugal, http://www.eucop4.org/.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Рельефообразующая деятельность морских льдов в условиях изменения климата Арктики
Результаты этапа: Для реализации поставленных на 2015 г. целей в рамках проекта были выполнены следующие действия, и на их основе получены соответствующие результаты. Проведены сбор, обработка, обобщение и анализ результатов мониторинга динамики берегов на стационарах Печорского (Варандей – с 1981 г.) и Карского (Харасавэй – с 1981 г., Байдарацкая губа – с 1988 г.) морей. Получены гистограммы межгодовой изменчивости абразии берегов на вышеуказанных ключевых участках. Выполнены расчеты межгодовой изменчивости волновых энергетических характеристик береговой зоны для ключевых участков Печорского (Варандейский промышленный участок) и Карского морей (Харасавэйский промышленный участок, Уральский и Ямальский берега Байдарацкой губы). Получены гистограммы межгодовой изменчивости ветроволновой энергии на внешней границе береговой зоны указанных участков. Выполнен корреляционный анализ результатов оценки абразионного потенциала и натурных данных мониторинга динамики берегов в Печорском и Карском морях. Мониторинг динамики берегов на стационаре в Карском море (полевые работы). Для ключевых участков нефтегазового освоения будут получены корреляционные зависимости, иллюстрирующие влияние гидрометеорологического фактора на динамику берегов (при прочих равных литолого-геоморфологических и геокриологических условиях). Выполнен сбор натурных данных о термодинамических и радиационных характеристиках припая и взаимодействующих с ним сред для побережья моря Лаптевых, необходимых для верификации разрабатываемых моделей. По итогам верификации с натурными данными уточненны термодинамические модели ледообразования. Для получения количественных оценок эволюции припайных льдов выполнены численные расчеты; проведен анализ полученных результатов. Получены оценки изменчивости процессов льдообразования в контактирующих слоях морской воды и донного грунта в условиях современных климатических изменений в прибрежно-шельфовой зоне моря Лаптевых. Проведены натурные наблюдения за динамикой берегов (Карское море) и натурные эксперименты за характером роста, развития и трансформации припая (Море Лаптевых), необходимые для повышения качества корреляционных зависимостей и верификации разрабатываемых моделей. Пополнены существующие базы данных по динамике берегов и эволюции припая. Результаты исследований по проекту доложены на геоморфологической конференции - VII Щукинских чтениях, Май 2015, на Международной конференции по мерзлотоведению, Тюмень, ИКЗ СО РАН, Июль 2015; Москва, МГУ; на Международном Географическом Конгрессе, Москва, МГУ; Август 2015; на Международной конференции по Вечной мерзлоте, Пущино, Сентябрь 2015; на Международной научно-практической конференции по гидрометеорологии, Астрахань, Октябрь 2015; на Школе по морской геологии, Москва, ИО РАН, ноябрь 2015. Везде опубликованы тезисы и статьи в сборниках докладов на конференциях со ссылкой на проект. Со ссылками на проект РФФИ также опубликована 2 статья в журнале Вестник МГУ. Серия 5. География, 2015, № 2 и Океанология, 2015, № 2 (на русском и английском языках). Еще 2 статьи сданы в журнал Доклады Академии наук и Journal of Coastal Research.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Рельефообразующая деятельность морских льдов в условиях изменения климата Арктики
Результаты этапа: В рамках проекта определены качественные и количественные характеристики изменчивости абразионного (термоабразионного) и ледово-экзарационного процессов на рубеже XX и XXI веков под воздействием глобального потепления. Морские льды являются важным пассивным и активным рельефообразующим агентом в прибрежно-шельфовой зоне арктических и других замерзающих морей. Пассивное воздействие морских льдов на динамику берегов и дна замерзающих морей выражается в защитной роли припая и дрейфующих льдов от воздействия волн и приливов. Блокируя береговую зону, морской лед регулирует действие активных гидродинамических факторов, сокращая время их проявления и определяя тем самым интенсивность абразии берегов и дна. Прямое или активное воздействие морских льдов проявляется в процессе ледовой экзарации (выпахивания) берегов и дна. Потепление климата в Арктике оказывает заметное влияние на развитие абразии берегов, строение ледяного покрова и интенсивность экзарации берегов и дна ледяными образованиями. Рост температуры воздуха и воды, увеличение длины разгона волн, увеличение вероятности возникновения экстремальных штормовых нагонов на фоне увеличения продолжительности динамически активного безледного периода создают благоприятные условия для роста волновой энергии и ускоренного разрушения берегов, в особенности, сложенных многолетнемерзлыми породами. Отмечаются тенденции сокращения не только площади ледяного покрова и ширины припая, но и толщины ровного льда, а также размеров ледяных торосистых образований. В результате существенно меняются характер и интенсивность экзарационного воздействия ледяных образований на дно и берега, активизируется динамика льда, увеличивается его торосистость. Имеет место перераспределение зоны наиболее интенсивных воздействий на более мелководные участки. На фоне сокращения ширины и устойчивости припая усиливается воздействие морских льдов на берега. В рамках проекта установлено, что чем выше льдистость мерзлых дисперсных пород, слагающих берега, тем большую роль в их динамике играет термический фактор и чем ниже льдистость пород, тем большее значение приобретает волно-энергетический фактор. Таким образом, динамика типичного термоабразионного берега определяется и термическим и волно-энергетическим режимом акватории, их сочетанием и взаимодействием. По результатам выполненных расчетов и проведенного анализа влияния различных гидрометеорологических факторов на динамику берегов в условиях изменения климата и ледовитости установлено, что на рубеже XX и XXI веков в западном секторе Российской Арктики катастрофического усиления абразии и термоабразии берегов не произошло в силу не полной реализации термоабразионного потенциала вследствие метахронности воздействия гидрометеорологических факторов. Моделирование образования, роста и эволюции припая на фоне климатических изменений показало, что в условиях потепления климата будет сокращаться как его ширина, так и толщина. На основе анализа результатов многолетнего мониторинга экзарации дна Байдарацкой губы Карского моря, литературных источников и моделирования установлено, что в условиях потепления климата и снижения ледовитости зона наиболее интенсивного ледово-экзарационного воздействия смещается в сторону суши, на более мелководные участки. Указанный результат помимо фундаментального имеет прямое прикладное значение: данную тенденцию изменения интенсивности экзарации необходимо учитывать при строительстве и заглублении гидротехнических сооружений в прибрежно-шельфовой зоне замерзающих морей.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".