Развитие моделей, методов и технологий мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы, океана, морского ледяного покрова, ледников и вечной мерзлоты (криосферы), процессов взаимодействия льда с природными объектами и инженерными сооружениями для Арктики и технологий гидрометеорологического обеспечения потребителей

Объектом исследований являются состояние атмосферы, океана, морского льда, криосферы, а также модели, методы и технологии мониторинга и прогнозирования элементов метеорологического и ледово-гидрологического режима Северного Ледовитого океана, включая акваторию Северного морского пути, низовьев и устьевых областей рек на основе численного моделирования, физико-статистического подхода и метода дискретных элементов. Цель работы в 2020 г. заключается в разработке алгоритмов и моделей в целях развития методов и технологий мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы, океана, морского ледяного покрова, ледников и вечной мерзлоты, процессов взаимодействия льда с природными объектами и инженерными сооружениями, а также концепции создания и функционирования Арктической пространственно-распределенной обсерватории. Созданы наборы иерархически согласованных расчетных сеток с разным пространственным разрешением, позволяющие выполнять модельные расчеты (прогнозы) элементов ледово-гидрологического режима с разной пространственной детализацией и с разным географическим охватом при согласованных граничных условиях. Рассмотрены подходы к моделированию ледяного покрова и дрейфа льда методом дискретных элементов, обсуждается применимость численных моделей атмосферы и океана к условиям Обской губы. Определены оптимальные варианты конфигурации модели атмосферы ICON для прогноза погоды в Арктике с помощью оперативной системы COSMO-Ru. Выполнена разработка методических основ сезонных прогнозов состояния льда в арктических морях и в Арктическом бассейне. Разработана концептуальная модель влияния астрогеофизических факторов на состояние атмосферы, океана и ледяного покрова Арктики. Разработаны статистические модели межгодовых и климатических изменений, а также сценариев долговременных изменений состояния атмосферы, океана и ледяного покрова Арктики. Выполнено исследование по изучению условий ледового плавания и возможности разработки методики автоматизированного выбора оптимальных маршрутов безледокольного плавания судов типа Arc7 в акватории СМП в зимний период. Выполнен обзор существующих спутниковых методов оценки состояния морского ледяного покрова (сжатия, торосистость, нарушение сплошности). Разработаны дешифровочные признаки и алгоритмы комплексного учёта структур нарушений сплошности льда и напряженно-деформированного состояния льда по спутниковым снимкам, необходимые для разработки методов прогноза и для выбора оптимальных вариантов безледокольного плавания современных судов по трассе СМП. Подготовлены Обзоры гидрометеорологических и ледовых процессов в СЛО в 2019 г. и в I–III квартале 2020 г. Проанализированы результаты полевых исследований на НИС «Ледовая база Мыс Баранова», РНЦШ, ГМО Тикси. Проведены исследования, направленные на развитие методов модельных расчётов. Разработана концепция Арктической пространственно-распределенной обсерватории, объединяющей научно-исследовательский стационар «Ледовая база «Мыс Баранова», российский научный центр на архипелаге Шпицберген, гидрометеорологическую обсерваторию Тикси и, в перспективе, самодвижущуюся ледостойкую платформу «Северный Полюс». Получены новые данные по механике колебательных и волновых процессов в морском ледяном покрове. Исследованы значительные наклоны ледяного поля в экспедиции «Трансарктика-2019» в Арктическом бассейне. Выявлены особенности деформирования ледяного покрова изгибом при распространении волн зыби. Продолжено исследование приливного деформирования и возбуждения колебательных процессов в дрейфующем ледяном покрове. Разработан алгоритм районирования ровного морского припайного ледяного покрова по сценариям формирования льда, включающих в себя типизацию льда, по генетическим типам и условиям ледообразования. Разработан метод моделирования сплошного ровного льда больших толщин (до 75 мм) для проведения в ледовом бассейне ААНИИ модельных испытаний по определению ледопроходимости ледоколов и транспортных ледокольных судов, а также для исследования ледовых нагрузок на стационарные инженерные сооружения. Обоснована актуальность разработки нового метода измерения прочности льда при растяжении. В качестве основного принципа разрабатываемого метода предполагается нагружение полых цилиндрических образцов льда внутренним давлением. Разработаны общие принципы разработки архитектуры системы мониторинга ледовых нагрузок.