aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2024-70-2-238-252aari-615Research ArticleГЛЯЦИОЛОГИЯ И КРИОЛОГИЯGLACIOLOGY AND CRYOLOGY OF THE EARTHКритерии айсберговой опасности в морях Арктической зоны Российской ФедерацииCriteria of iceberg hazard in the seas of the Russian Federation Arctic zonehttps://orcid.org/0009-0005-9736-1930БычковаИ. А.BychkovaI. A.

Санкт-Петербург

Irina A. Bychkova

St. Petersburg

bychkova@aari.ruКортиковаК. Г.KortikovaK. G.

Санкт-Петербург

Karina G. Kortikova

St. Petersburg

СмирновВ. Г.SmirnovV. G.

Санкт-Петербург

Vladimir G. Smirnov

St. Petersburg

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian Federation202428062024702238252Copyright © Бычкова И.А., Кортикова К.Г., Смирнов В.Г., 20242024Бычкова И.А., Кортикова К.Г., Смирнов В.Г.Bychkova I.A., Kortikova K.G., Smirnov V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/615

Задачей исследования была разработка количественных критериев айсберговой опасности для морей Российской Арктики, основанных на результатах статистической обработки материалов регулярной спутниковой съемки. В качестве источника информации использовалась некоммерческая информация видимого диапазона с ИСЗ Landsat-8 (пространственное разрешение 15 м) за 2014–2023 гг. Критерии айсберговой опасности предложено выражать в баллах. Основным критерием является величина среднесуточной плотности айсбергов в квадратах регулярной сетки, полученная для того или иного месяца (сезона) года и выражаемая по 5-балльной шкале. В качестве дополнительных критериев использованы: фиксация наблюдения в квадрате сетки айсбергов длиной более 200 м (обширные айсберги, по классификации Всемирной метеорологической организации, ВМО), айсбергов с высотой надводной части более 25 м, айсбергов, сидящих на грунте (айсберговые ловушки), и айсбергов с высокими скоростями дрейфа (>1 км/ч). Дополнительные критерии оценены в 1 балл шкалы айсберговой опасности. Для обнаружения айсбергов на снимках использована методика, основанная на статистических критериях поиска градиентных зон при анализе двумерных полей спутниковых изображений. Для автоматизированного поиска айсбергов, сидящих на мели среди дрейфующих льдов, применена сверточная нейронная сеть, построенная по архитектуре U–Net. Даны примеры применения разработанных критериев для района Северной Земли. Показана возможность районирования акватории по степени айсберговой опасности с использованием предложенных критериев.

The aim of the study was to develop quantitative criteria of iceberg hazard for the seas of the Russian Arctic based on the results of statistical processing of the data of regular satellite surveys. The study used non-commercial data of the visible spectral range from the Landsat-8 satellite (spatial resolution of 15 m) for 2014–2023. It is proposed that the criteria of iceberg danger be expressed in points. The main criterion is the value of the average daily density of icebergs in squares of a regular grid obtained for a particular month (season) of the year and expressed on a 5-point scale. Additional criteria included registration in the iceberg grid with a length of more than 200 m (extensive icebergs according to the classification of the World Meteorological Organization, WMO), icebergs with a surface height of more than 25 m, grounded icebergs (iceberg traps), and icebergs with high drift speeds (>1 km/hour). The additional criteria are estimated at 1 point on the iceberg hazard scale. To detect icebergs in the images, a technique was used based on statistical criteria for searching for gradient zones in the analysis of two-dimensional fields of satellite images. A convolutional neural network based on the U–Net architecture was used to automate the detection of grounded icebergs among drifting ice floes. Examples are given of the application of the criteria developed to the Severnaya Zemlya region. The possibility is discussed of zoning the water area according to the degree of iceberg hazard using the criteria suggested.

айсберговая опасностьарктические морявидимый диапазонсверточная нейронная сетьспутниковый мониторингArctic seasconvolutional neural networkdegree of iceberg hazardsatellite monitoringvisible spectral rangeИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-27-00122)The work under this project is supported by the Russian Science Foundation through the Project № 23-27-00122ReferencesАбрамов В.М., Карлин Л.Н., Овсянников А.А. О структуре айсберговой опасности в окрестности Штокмановского газоконденсатного месторождения. Ученые записки РГГМУ. 2008;8:98–109.Abramov V.M., Karlin L.N., Ovsiannikov A.A. On iceberg hazard structure in the Shtokman gas-condensate field area. Uchenye zapiski RGGMU = RSHU. 2008;8:98–109. (In Russ.)Онищенко Д.А. Вероятностные аспекты оценки ледовых нагрузок и воздействий на объекты обустройства морских месторождений на примере айсберговой угрозы. ROGTEC. Российские нефтегазовые технологии. 2014;37:80–88.Onishchenko D.A. Offshore hazards: assessing the impact of icebergs on offshore production platforms. Rossiiskie neftegazovye tekhnologii = Rogtecmagazine. 2014;37:80–88. (In Russ.)Онищенко Д.А., Сафонов В.С. О необходимости учета айсберговой опасности при обосновании концепции освоения арктических месторождений углеводородов. Вести газовой науки. 2017;1(29):100–118.Onishchenko, D.A., Safonov V.S. On necessity to consider the iceberg threat at substantiation of a concept for development of Arctic hydrocarbon fields. Vesti Gazovoy Nauki: collected scientific technical papers. 2017;1(29):100–118. (In Russ.)Бузин И.В., Глазовский А.Ф., Гудошников Ю.П., Данилов А.И., Дмитриев Н.Е., Зубакин Г.К., Кубышкин Н.В., Наумов А.К., Нестеров А.В., Скутин А.А., Скутина Е.А., Шибакин С.И. Айсберги и ледники Баренцева моря: Исследования последних лет. Часть 1. Основные продуцирующие ледники, распространение и морфометрические особенности айсбергов. Проблемы Арктики и Антарктики. 2008;1(78):66–79.Buzin I.V., Glazovsky A.F., Glazovsky A.F., Gudoshnikov Yu.P., Danilov A.I., Dmitriev N.E., Zubakin G.K., Kubyshkin N.V., Naumov A.K., Nesterov A.V., Skutin A.A., Skutina E.A., Shibakin S.I. Icebergs and glaciers of the Barents Sea. Results of the most recent research. Part 1. Main producing glaciers, their propagation and morphometric properties. Problemy Arktiki i Antarktiki = Arctic and Antarctic Research. 2008;78(1):66–79. (In Russ.)Бузин И.В., Глазовский А.Ф., Май Р.И., Миронов Е.У., Нестеров А.В., Наумов А.К., Гудошников Ю.П. Исследование динамики и морфометрии ледников и айсбергов и прикладное использование полученных результатов при освоении углеводородных месторождений на континентальном шельфе Российской Арктики. Вестник РФФИ. 2020;107–108(3–4):21–37. https://doi.org/10.22204/2410-4639-2020-106-107-3-4-21-37Buzin I.V., Glazovsky A.F., May R.I., Mironov Y.U., Nesterov A.V., Naumov A.K., Gudoshnikov Yu.P. Study of Dynamics and Morphometry of Glaciers and Icebergs and Application of the results for the development of the hydrocarbon deposits on the continental shelf of the Russian Arctic. Vestnik RFFI = RFBR. 2020; 3–4 (107–108):21–37. (In Russ.). https://doi.org/10.22204/2410-4639-2020-106-107-3-4-21-37May R.I., Guzenko R.B., Mironov Y.U., Naumov A.K., Skutin A.A., Skutina E.A., Sobotuk D.I., Zamarin G.A., Kornishin K.A., Efimov Ya.O., Mamedov T.E. Morphometry and mass of icebergs in the Russian Arctic seas. IJOPE. 2019;29(4):375–382. https://doi.org/10.17736/ijope.2019.jc770May R.I., Guzenko R.B., Mironov Y.U., Naumov A.K., Skutin A.A., Skutina E.A., Sobotuk D.I., Zamarin G.A., Kornishin K.A., Efimov Ya.O., Mamedov T.E. Morphometry and mass of icebergs in the Russian Arctic seas. IJOPE. 2019;29(4):375–382. https://doi.org/10.17736/ijope.2019.jc770Tiugaleva A., Guzenko R., Klyachkin S., May R. Method of iceberg hazard estimation in the Kara Sea, based on realizations of the numerical model. In Proc. 19 th Int. Multidisc. Sci. GeoConf. “SGEM 2019”. Bulgaria, Albena, 30 June — 6 July, 2019. Bulgaria, Sofia; 2019. P. 977–984. https://doi.org/10.5593/sgem2019/1.2/S06.124Tiugaleva A., Guzenko R., Klyachkin S., May R. Method of iceberg hazard estimation in the Kara Sea, based on realizations of the numerical model. In Proc. 19 th Int. Multidisc. Sci. GeoConf. “SGEM 2019”. Bulgaria, Albena, 30 June — 6 July, 2019. Bulgaria, Sofia; 2019. P. 977–984. https://doi.org/10.5593/sgem2019/1.2/S06.124Bigg G.R., Cropper T.E., O’Neill C.K., Arnold A.K., Fleming A.H., Marsh R., Ivchenko V., Fournier N., Osborne M., Stephens R. A model for assessing iceberg hazard. Nat Hazards. 2018;92:1113–1136. https://doi.org/10.1007/s11069-018-3243-xBigg G.R., Cropper T.E., O’Neill C.K., Arnold A.K., Fleming A.H., Marsh R., Ivchenko V., Fournier N., Osborne M., Stephens R. A model for assessing iceberg hazard. Nat Hazards. 2018;92:1113–1136. https://doi.org/10.1007/s11069-018-3243-xБычкова И.А., Платонова Е.В., Смирнов В.Г. Особенности совместного использования спутниковых данных видимого диапазона и радиолокационных данных для мониторинга арктических айсбергов на примере района Земли Франца-Иосифа. Проблемы Арктики и Антарктики. 2023;69(2):191–205. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2023-69-2-191-205Bychkova I.A., Platonova E.V., Smirnov V.G. Features of the joint use of visible-range satellite and satellite radar data for monitoring arctic icebergs based on data from Franz Josef Land area. Arctic and Antarctic Research. 2023;69(2):191–205. (In Russ). https://doi.org/10.30758/05552648-2023-69-2-191-205Lee T.K., Park H.-J. Review of ice characteristics in ship-iceberg collisions. Journal of Ocean Engineering and Technology. 2021;35(5):369–381. https://doi.org/10.26748/KSOE.2021.060Lee T.K., Park H.-J. Review of ice characteristics in ship-iceberg collisions. Journal of Ocean Engineering and Technology. 2021;35(5):369–381. https://doi.org/10.26748/KSOE.2021.060Миронов Е.У. (ред.) Опасные ледовые явления для судоходства в Арктике. СПб.: Изд-во ААНИИ; 2010. 319 с.Миронов Е.У. (ред.) Опасные ледовые явления для судоходства в Арктике. СПб.: Изд-во ААНИИ; 2010. 319 с.Бузин И.В., Миронов Е.У., Сухих Н.А., Павлов В.А., Корнишин К.А., Ефимов Я.О. Исследования дрейфа ледяных образований на шельфе Российской Арктики с помощью автоматических радиомаяков спутниковой системы ARGOS. Научно-технический вестник ОАО «НК “Роснефть”». 2016;45(4):4–9.Buzin I.V., Mironov E.Yu., Sukhikh N.A., Pavlov V.A., Kornishin K.A., Efimov Ya.O. Investigation of drift of the ice features on the Russian Arctic offshore with the help of automatic radio beacons based on the ARGOS satellite system. Nauchno-tekhnicheski vestnik “Rosneft” = Collected scientific technical papers “Rosneft Oil Company PJSC”. 2016;45(4):4–9. (In Russ)Buzin I.V., Nesterov A.V., Gudoshnikov Yu.P., Pashali A.A., Kornishin K.A., Efimov Ya.O., Stragnikov D.S. The preliminary results of iceberg drift studies in the Russian Arctic throughout 2012–2017. IJOPE. 2019;29(4):391–399. https://doi.org/10.17736/ijope.2019.jc772Buzin I.V., Nesterov A.V., Gudoshnikov Yu.P., Pashali A.A., Kornishin K.A., Efimov Ya.O., Stragnikov D.S. The preliminary results of iceberg drift studies in the Russian Arctic throughout 2012–2017. IJOPE. 2019;29(4):391–399. https://doi.org/10.17736/ijope.2019.jc772Бузин И.В., Нестеров А.В. Ледовые нагрузки: отследить и предупредить. Neftegaz.RU. 2018;73(1):16–23. URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/arktika/512776-ledovye-nagruzkiotsledit-i-predupreditBuzin I.V., Nesterov A.V. Ice loads: track and warn. Neftegaz.RU. 2018;73(1):16–23. URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/arktika/512776-ledovye-nagruzki-otsledit-i-predupredit (In Russ.) (accessed 15.04.2024)Бычкова И.А., Смирнов В.Г. Изучение дрейфа айсбергов у побережья Северной Земли весной 2018 г. с помощью спутниковой информации. Лед и снег. 2019;59(3):377–387. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-3-411Bychkova I.A., Smirnov V.G. The iceberg drift study near Severnaya Zemlya in the spring of 2018 by remote sensing data. Led i sneg = Ice and Snow. 2019;59(3):377–387. (In Russ.). https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-3-411Смирнов В.Г., Бычкова И.А. Спутниковый мониторинг ледяных образований при обеспечении безопасности работ на шельфе арктических морей. Исследование Земли из космоса. 2015;4:79-87. https://doi.org/10.7868/S0205961415040107Smirnov V.G., Bychkova I.A. Satellite monitoring of ice formations while ensuring the safety of work on the shelf of the Arctic seas. Issledovanie Zemli iz kosmosa = Earth Observation and Remote Sensing. 2015;4:79–87. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0205961415040107Миронов Е.У., Смирнов В.Г., Бычкова И.А., Кулаков М.Ю., Демчев Д.М. Новые технологии обнаружения айсбергов и прогнозирования их дрейфа в западном секторе Арктики. Проблемы Арктики и Антарктики. 2015;104(2):21–32.Mironov Ye.U., Smirnov V.G., Bychkova I.A., Kulakov M.Yu, Demchev D.M. Modern technologies for iceberg detection and their drift forecasting in the western Arctic. Problemy Arktiki i Antarctiki = Arctic and Antarctic Research. 2015;104(2):21–32. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.