aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2026-72-1-127-139aari-795Research ArticleГЛЯЦИОЛОГИЯ И КРИОЛОГИЯGLACIOLOGY AND CRYOLOGY OF THE EARTHЭлектронный архив данных о разрывах в ледяном покрове арктических морейElectronic archive of data on leads in the Arctic seas.https://orcid.org/0000-0002-3412-922XДыментЛ. Н.DymentL. N.ldyment@aari.ruБойкаяЕ. Г.BoikayaE. G.https://orcid.org/0009-0006-6545-3635ЕршоваА. А.ErshovaA. A.КортиковаК. Г.KortikovaK. G.https://orcid.org/0000-0003-2941-9772ПорубаевВ. С.PorubaevV. S.ЧирковаА. А.ChirkovaA. A.ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian Federation202601042026721127139Copyright © Дымент Л.Н., Бойкая Е.Г., Ершова А.А., Кортикова К.Г., Порубаев В.С., Чиркова А.А., 20262026Дымент Л.Н., Бойкая Е.Г., Ершова А.А., Кортикова К.Г., Порубаев В.С., Чиркова А.А.Dyment L.N., Boikaya E.G., Ershova A.A., Kortikova K.G., Porubaev V.S., Chirkova A.A.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/795

Разрывы в ледяном покрове арктических морей являются потенциальными маршрутами более легкого плавания в зимне-весенний период. В связи с этим климатические и прогностические значения их характеристик весьма востребованы для нужд навигации. До настоящего времени не существовало архива, содержащего данные о разрывах за достаточно продолжительный период времени и в виде, позволяющем рассчитывать такие важные характеристики, как преобладающая ориентация и протяженность разрывов. В статье изложен процесс создания архива данных о разрывах в морском ледяном покрове с использованием метода их автоматической идентификации на снимках видимого и инфракрасного диапазона ИСЗ SuomiNPP и Terra с пространственным разрешением 250–1000 м. Формат представления информации в архиве позволяет определять длину и ориентацию каждого разрыва. Проведена верификация данных созданного архива путем сопоставления значений модальной ориентации и удельной длины разрывов, рассчитанных по данным автоматического и экспертного дешифрирования. Показано, что сформированный архив может быть использован при прогнозировании преобладающей ориентации разрывов для нужд судоходства, а также при определении характеристик разрывов, необходимых для исследования их пространственной и временной изменчивости в контексте изменения климата в Арктике.

Sea ice leads are narrow linear-shaped openings enclosed in ice. They may be covered with nilas or young ice. Climatological values of modal lead orientation and specific lead length are important characteristics for the study of spatial and temporal variability of leads both for needs of navigation in the Arctic and in the context of the Arctic climate change. To calculate climatological lead characteristics, a long-period data archive is required. The main source of observations on leads is satellite imagery. Manual interpretation of leads in satellite images is an extremely labor-intensive process. In 2025, we developed a method for automatic identification of leads retrieved from SuomiNPP infrared satellite images using a convolutional neural network. As a result of image processing with this method, each lead is represented as a polyline and defined by a set of geographic coordinates for the ends of the line segments. This kind of data representation provides calculation of all the main lead characteristics. Using the method, we compiled a data archive on leads in the Laptev and East Siberian Seas for 2012–2025. Data on leads for spring months were derived from visible-range SuomiNPP (for April–May 2012–2025) and Terra (for March–May 2000–2011) images. For this type of images, the model was retrained. The results obtained were verified by comparing the modal orientation and specific length of leads calculated from automatically identified data with those from expert interpretation data. It was found that the difference in modal orientation of leads was minor in a vast majority of cases: the average difference was 7–8°. Differences in the specific lead length were also small, averaging 1–10 m/km2. Data on leads in the winter months of 2000–2011 were retrieved from the free available results of processing the MODIS ice surface temperature data by applying the “multiway” algorithm, which is part of our method for automatic identification of leads. Verification of the results obtained in this way showed that the average difference in modal orientation values was 11°. Therefore, using lead data from all the datasets produced will not introduce significant error in the subsequent determination of generalized lead characteristics, provided that differences in the spatial resolution are taken into account. This enables us to aggregate all the datasets produced into a single data archive on leads in the Laptev and East Siberian seas in 2000–2025.

автоматическое дешифрированиеарктический ледяной покровмодальная ориентациянарушения сплошности льдапространственная плотность разрывовсверточная нейронная сетьспутниковые снимки арктических морейautomatic interpretationArctic sea ice leadsice convolutional neural networkice openingsmodal orientationsatellite imagesspatial density of leadsИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-27-00008, https://rscf.ru/project/25-27-00008/.The research was funded by Russian Science Foundation, grant number 25-27-00008, https://rscf.ru/project/25-27-00008/.ReferencesГорбунов Ю.А., Карелин И.Д., Лосев С.М. К вопросу о причинах нарушения сплошности морского ледяного покрова в зимний период. Проблемы Арктики и Антарктики. 1986;62:110–116.Gorbunov Iu.A., Karelin I.D., Losev S.M. On the causes of sea ice cover discontinuities in winter season. Problemy Arktiki i Antarktiki = Arctic and Antarctic Research. 1986;62:110–116. (In Russ.).Фролов С.В. Влияние ориентации нарушений сплошности льда на эффективность движения судов в Арктическом бассейне в летний период. Проблемы Арктики и Антарктики. 2013;3:35–45.Frolov S.V. Impact of orientation of ice discontinuites on the efficiency of ship traffic in the Arctic basin in summer. Problemy Arktiki i Antarktiki = Arctic and Antarctic Research. 2013;3(97):35–45. (In Russ.).Фролов С.В., Клячкин С.В. Учет влияния ориентации разрывов в ледяном покрове на скорость движения судна во льдах. Труды ААНИИ. 2001;443:103–111.Frolov S.V., Kliachkin S.V. Accounting for the impact of orientation of leads in sea ice cover on the speed of ship movement in ice. Trudy Arkticheskogo i antarkticheskogo nauchno-issledovatel’skogo instituta = Transactions of AARI. 2001;443:103–111. (In Russ.).Фролов С.В., Юлин А.В. Специализированное гидрометеорологическое обеспечение высокоширотных рейсов НЭС «Академик Федоров» в 2000, 2004–2005 гг. Проблемы Арктики и Антарктики. 2007;1(75):128–139.Frolov S.V., Yulin A.V. Specialized hydrometeorological providing for high latitude voyages of RV “Akademik Fedorov” in 2000, 2004–2005 years. Problemy Arktiki i Antarktiki = Arctic and Antarctic Research. 2007;1(75):128–139. (In Russ.).Лосев С.М., Горбунов Ю.А. Диагностика и среднесрочный прогноз нарушений сплошности морского ледяного покрова. Труды ААНИИ. 1998;438:13–25.Losev S.M., Gorbunov Iu.A. Diagnostics and medium-range forecast of sea ice cover discontinuities. Trudy Arkticheskogo i antarkticheskogo nauchno-issledovatel’skogo instituta = Transactions of AARI. 1998;438:13–25. (In Russ.).Willmes S., Heinemann G., Reiser F. ArcLeads: Daily sea-ice lead maps for the Arctic, 2002–2021, NOV-APR [dataset]. PANGAEA; 2023. Available at: https://doi.org/10.1594/PANGAEA.955561 (accessed 30.11.2025).Willmes S., Heinemann G., Reiser F. ArcLeads: Daily sea-ice lead maps for the Arctic, 2002–2021, NOV-APR [dataset]. PANGAEA; 2023. Available at: https://doi.org/10.1594/PANGAEA.955561 (accessed 30.11.2025).Hoffman J.P., Ackerman S.A., Liu Y. Key J.R. The detection and characterization of arctic sea ice leads with satellite imagers. Remote Sensing. 2019;11(5):521. https://doi.org/10.3390/rs11050521Hoffman J.P., Ackerman S.A., Liu Y. Key J.R. The detection and characterization of arctic sea ice leads with satellite imagers. Remote Sensing. 2019;11(5):521. https://doi.org/10.3390/rs11050521Hoffman J.P., Ackerman S.A., Liu Y., Key J.R., McConnell I.L. VIIRS Sea ice leads detections using a U-Net [dataset]. Dryad; 2022. Available at: https://doi.org/10.5061/dryad.1vhhmgqwd (accessed 30.11.2025).Hoffman J.P., Ackerman S.A., Liu Y., Key J.R., McConnell I.L. VIIRS Sea ice leads detections using a U-Net [dataset]. Dryad; 2022. Available at: https://doi.org/10.5061/dryad.1vhhmgqwd (accessed 30.11.2025).Дымент Л.Н., Ершова А.А., Бойкая Е.Г., Кортикова К.Г. Проблема автоматического дешифрирования разрывов в морском ледяном покрове по спутниковым снимкам. Исследование Земли из космоса. 2025;4:52–61. https://doi.org/10.7868/S3034540525040046Dyment L.N., Ershova А.А., Boikaya E.G., Kortikova K.G. The problem of automatic identification of leads in the sea ice cover from satellite images. Issledovaniya Zemli iz kosmosa = Earth Research from Space. 2025;4:52–61. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S3034540525040046Бойкая Е.Г., Кортикова К.Г., Дымент Л.Н., Ершова А.А. Автоматическая идентификация разрывов в морском ледяном покрове по снимкам спутника SuomiNPP. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025;22(6):43–51. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2025-22-6-43-51Boikaya E.G., Kortikova K.G., Dyment L.N., Ershova А.А. Automatic identification of sea ice leads from SuomiNPP satellite images. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa = Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space. 2025;22(6):43–51. (In Russ.). https://doi.org/10.21046/2070-7401-2025-22-6-43-51Смирнов В.Г. (ред.). Спутниковые методы определения характеристик ледяного покрова морей. СПб.: ААНИИ; 2011. 240 с.Смирнов В.Г. (ред.). Спутниковые методы определения характеристик ледяного покрова морей. СПб.: ААНИИ; 2011. 240 с.NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS) Worldview mapping application. NASA Worldview. Available at: https://worldview.earthdata.nasa.gov/ (accessed 04.12.2025).NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS) Worldview mapping application. NASA Worldview. Available at: https://worldview.earthdata.nasa.gov/ (accessed 04.12.2025).Дымент Л.Н., Аксенов П.В., Лосев С.М., Порубаев В.С. Влияние пространственного разрешения снимков ИСЗ на получаемые значения характеристик разрывов в ледяном покрове арктических морей. Исследование Земли из космоса. 2021;3:81–86. https://doi.org/10.31857/S0205961421030039Dyment L.N., Aksenov P.V., Losev S.M., Porubaev V.S. Influence of the spatial resolution of satellite images on the obtained values of the characteristics of leads in the ice cover of the Arctic seas. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2021;57(9):1081–1086. https://doi.org/10.1134/S0001433821090462Reiser F., Willmes S., Heinemann G. A new algorithm for daily sea ice lead identification in the Arctic and Antarctic winter from thermal-infrared satellite imagery. Remote Sensing. 2020;12(12):1957. https://doi.org/10.3390/rs12121957Reiser F., Willmes S., Heinemann G. A new algorithm for daily sea ice lead identification in the Arctic and Antarctic winter from thermal-infrared satellite imagery. Remote Sensing. 2020;12(12):1957. https://doi.org/10.3390/rs12121957

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