Коллектив авторов - Океанография и морской лед

Получаемые с помощью БЛА данные о распределении льда имеют высокое пространственное разрешение, что может быть использовано для валидации спутниковой ледовой информации. Так, в период работы станции СП-37, данные БЛА были использованы для валидации снимков ИСЗ ENVISAT и Radarsat.

На рис. 2 приведена комплексная ледовая информация, полученная на основе аэрофотосъемки с БЛА.

Рис. 2. Ледовая обстановка в районе станции СП-37 по данным аэрофотосъёмки с БЛА на 22.03.10

Наряду с исследовательскими задачами, получаемая с помощью БЛА информация о состоянии ледового покрова в районе станции имеет важное практическое значение для обеспечения безопасности работы дрейфующих станций на морском льду. Эта информация позволяет своевременно принимать управленческие решения по возможной передислокации отдельных инфраструктурных элементов дрейфующей станции в рамках задач по обеспечению безопасности персонала, сохранности материальных ценностей и охраны окружающей среды. На рис. 3 приведен пример карты ледовой обстановки в районе дрейфующей станции СП-37 по данным аэрофотосъёмки с БЛА.

Рис. 3. Карта ледовой обстановки в районе «СП-37» на 06.04.10 г.

В ходе проведения работ с БЛА успешно и эффективно применялось программное обеспечение разработки фирмы ООО «Транзас» (программа TopoAxis), предназначенное для автоматической обработки данных аэрофотосъемки. Программа допускает получение единой карты ледовой обстановки в районе с общей площадью до 100 км 2путём «сшивки» полётных данных последовательных съемок при небольшом перекрытии обследуемых участков. На рис. 4 представлен пример ледовой карты, подготовленной по данным двух последовательных полётов БЛА.

Рис. 4. Карта ледовой обстановки в районе СП-37 27.04.10

Факторами, затрудняющими применение БЛА в зимнее время года в Арктике, являются низкие температуры воздуха и полярная ночь. Первый фактор ограничивает возможность полётов не только по энергозапасу, но и по надёжности функционирования механизмов, что оговаривается производителем БЛА. Фактор темноты повышает риск потери аппарата в случае его нештатной посадки. Тем не менее, полёты в ночное время на СП-37 предпринимались регулярно. Результаты, полученные при выполнении этих полетов, были признаны положительными в рамках всех исследуемых возможностей применения аппарата.

Представляются очень интересными материалы опытов, полученных на СП-38 по «сшивке» фрагментов видеофайла ИК-камеры. Результаты этой работы приведены на рис. 5. Такое представление отчетного материала более информативно и доступно для оперативной передачи по каналам связи «Иридиум» по сравнению с видеофайлом, получаемом в результате полета БЛА.

Рис. 5. «Сшивка» кадров видеофайла с ИК камеры БЛА

В настоящее время накопленный в ААНИИ опыт применения БЛА подтверждает широкие возможности по использованию подобных аппаратов для получения качественной информации в рамках профильных задач наблюдательного комплекса как на дрейфующих станциях «Северный полюс», так и в условиях других экспедиционных программ. Полученная информация может быть использована для решения научных, исследовательских и практических задач. Необходимо отметить, что возможность получения такого рода информации за счёт использования иных средств наблюдений на текущий момент представляется либо невозможной вообще, либо весьма затратной (например, использование авиационной ледовой разведки с пилотируемых аппаратов). Спутниковая информация, которая также имеет большие возможности и высокое разрешение, является в настоящее время достаточно дорогой и предоставляется только зарубежными компаниями. Следует отдельно отметить, что применение БЛА в последнее время активно развивается, как для мониторинга природной среды с использованием различных датчиков, так и для решения специализированных прикладных задач: для выполнения ледовой разведки в целях проводки судов, учет айсберговой и иной ледовой обстановки и т. д.

Начиная с дрейфующей станции СП-37, в программу работ всех последующих станций «Северный Полюс» включается установка и эксплуатация ледового масс-балансового буя (ЛМБ) производства компании Metocean Data Systems (Канада/США).

ЛМБ-буи были включены в оперативную практику метеорологических наблюдений в период Международного Полярного года 2007/2008 и предназначались для долговременного автономного измерения в точке параметров тепло– и массообмена снежно-ледяного покрова. Измеренные параметры оперативно передавались в национальные и международные системы сбора данных ВМО (с целью последующей ассимиляции в численных синоптических моделях) посредством спутниковой системы АРГОС (метеорологические ИСЗ серий «МЕТОР», «NОАА»). Первичный сбор и обработка информации выполняется в Лаборатории по инженерии и исследованиям холодных районов США ( http://imb.crrel.usace.army.mil/ ).

Одновременно с этим данные ЛМБ-буя дополняли другие измерения, выполняемые на дрейфующей станции СП, и обеспечивали уникальную возможность комплексного мониторинга тепло и массообмена в системе атмосфера-снежно-ледяной покров-океан в сезонном цикле. ЛМБ-буй может выполнять измерения с дискретностью 2 часа или 5 минут (устанавливается оператором в момент установки). Измеряются следующие метеорологические характеристики: профиль температуры снежно-ледяного покрова и прилегающих дециметровых слоев воды и воздуха (с помощью косы термисторных датчиков температуры длиной 4 м с интервалом расстановки 10 см); температура и давление воздуха на высоте 1 м; толщина снежного покрова и толщина льда с помощью ультразвукового датчика.

Установка ЛМБ-буя выполняется вблизи или непосредственно на ледовом полигоне дрейфующей станции СП, что обеспечивает, во-первых, возможность сравнительного анализа различных инструментальных данных, а во-вторых, возможность оперативного доступа к прибору при необходимости устранения поломок или экстренного снятия. Установка буя выполняется на ледяной покров с толщиной льда порядка 140–180 см, вдали от снежниц.

На рис. 6 представлены результаты измерений метеорологических параметров, профилей температуры и толщины снежного покрова с помощью ЛМБ-буя на дрейфующей станции СП-37 в период сентябрь – октябрь 2009 г.