Коллектив авторов - Океанография и морской лед

Рис. 6. Профиль температуры в слое воздух/снег/лед/вода (а), толщина снега/льда (б) и температура и давление воздуха (в), переданные ЛМБ-буем дрейфующей станции СП-37

Электромагнитный ледовый толщиномер EM31Ice (ЭМЛТ) производства компании Geonics (Канада) введен в опытную эксплуатацию дрейфующих станций «Северный Полюс», начиная с СП-37, и предназначен для выполнения автоматизированных измерений толщин морского льда в одной точке или по отдельным профилям. Опция подключения GPS и автономность работы прибора, составляющая до 20 часов, обеспечивают возможность выполнения морфометрических съемок как непосредственно в районе станции, так и в целом по льдине, на которой располагается станция.

Принцип измерения толщины льда с помощью ЭМЛТ основан на существенном различии электропроводности льда (<<2,0 S/m) и морской воды (порядка 2–3 S/m для диапазона солености 20–35 ‰). Технические характеристики ЭМЛТ позволяют обеспечить временную дискретность измерений толщины льда, начиная от 1 сек, в диапазоне толщины 0–999 см с относительной точностью 1 см.

Тестовая работа с ЭМЛТ выполнялась в пределах ледового полигона СП-37 (80×100 метров) и включала:

– развертывание, первичную калибровку, тестовые площадные измерения и их верификацию в период высадки дрейфующей станции СП-37;

– методические работы по оценке зависимости результатов измерений от позиционирования прибора по отношению к объекту измерения и влияния задаваемого параметра электропроводности на результаты измерений;

– оценка предельно допустимого диапазона измеряемой толщины льда (минимальная и максимальная толщины, доступные измерению);

– оценка сопоставимости и согласованности результатов измерений общей толщины льда толщиномером и прямых традиционных прямых измерений (рейкой).

Внешний вид и рабочее положение ЭМЛТ приведено на рис. 7. Пример двумерного картирования измерений толщин льда с помощью прямых измерений (рейкой) и ЭМЛТ представлен на рис. 8. На рис. 9 приведены результаты синхронного измерения толщин льда с помощью прямых измерений (рейкой) и ЭМЛТ.

Рис. 7. Общий вид ЭМЛТ и его рабочее положение при тестовой съемке толщин льда 08.09.2009 г. 1 – блок регистрации ЭМЛТ; 2 – наладонный компьютер Allegro CX; 3, 4 – дипольные катушечные излучатель/приемник; 5 – секция ледового полигона

Рис. 8. Карта толщины льда (см) на ледовом полигоне СП-37 08.09.2009 г. на основе измерений контактными методами (слева) и с помощью ЭМЛТ (справа)

Рис. 9. Результаты синхронного измерения толщины льда на ледовом полигоне, выполненные 04.03.10, с помощью прямых измерений (рейкой) и ЭМЛТ

Опыт применения ЭМЛТ на дрейфующей станции СП-37 показал, что при оптимальных условиях эксплуатации (предварительная тарировка прибора прямыми измерениями, соблюдение горизонтального положения и постоянства высоты измерений, минимизация наклона) погрешность измерений ЭМЛТ относительно прямых контактных измерений приближается к естественной изменчивости толщин льда в ~2–3 см/м.

ЭМЛТ (в комплексе с наладонным компьютером Allegro CX и GPS) может расцениваться как достаточно эффективное и удобное средство выполнения экспресс-съёмок общей толщины льда на значительных площадях и ледовых полях, на которых расположены дрейфующие станции СП. Абсолютная калибровка результатов достигается сопровождением измерений ЭМЛТ прямыми измерениями (рейкой), однако возможно и автономное использование прибора.

Одной из совершенно новых методик и технологий, внедряемых в арктические морские исследования, являются телеметрические системы на базе необитаемых подводных аппаратов. Наиболее простые их модификации именуются телевизионными подводными аппаратами (ТПА). Их использование позволяет получать визуальную информацию о состоянии подводной части ледяного покрова для изучения особенностей рельефа нижней поверхности льда и подводной части торосов. Еще одним направлением работ является проведение подводных осмотровых работ с целью выявления деформаций дна ледяными образованиями. Так, использовавшийся в экспедиции «Байдара-2010» ТПА «ГНОМ-стандарт» (рис. 10), является аппаратом среднего уровня по габаритам и оснащению. Его размеры позволяют погружаться в лунку диаметром 250 мм, работать под килями ледяных образований при зазоре между ними и дном не более 50 см.

Рис. 10. Комплект оборудования ТПА

Технические данные ТПА:

– число движителей – 3, ресурс работы (данные производителя) – 500 час;

– скорость горизонтального движения – до 1 м/с, вертикального – до 0,5 м/с;

– рабочая глубина – 100 м, предельно допустимая – 120 м;

– длина кабеля – до 150 метров;

– тип кабеля – специальный подводный, упрочненный кевларом;

– диаметр кабеля – 3 мм;

– усилие на разрыв – 50 кг, функциональные повреждения при усилии

> 25 кг;

– осветители – 35 светодиодов белого свечения, плавная регулировка яркости;

– видеокамера – цветная PAL CCD 1/3'', 0,1 лк, 450 твл фирмы SNB (Корея);

– вторая камера (вместо заднего вертикального мотора);

– лазерные указатели (для определения размеров объекта под водой);

– 2 дополнительные осветители (с боков);

– датчик глубины (точность 105 см);

– режим автоматической стабилизации глубины «автоглубина»;

– компас с выводом информации на видеомонитор в режиме «Телетекст».

Блок питания и управления:

– питание от сети 220 В или от встроенного аккумулятора емкостью 7–12 а/ч;

– влажность окружающей среды – до 100 %;

– диапазон рабочих температур: -5° … +45° С;

– вес аппарата ГНОМ 3 кг, полной системы – 18 кг;

– размеры аппарата ГНОМ 320150120 мм.

Система ТПА состоит из собственно подводного аппарата «ГНОМ» (2), катушки с кабелем (1) и надводного блока управления (3). Подготовка к работе системы занимает 10–15 минут.

Всего для определения геометрических параметров экзарации дна за время проведения полевых работ (общей продолжительностью 16 часов) было выполнено 17 погружений.