Российский подводный зонд на стенде РНФ на КМУ-2025. Фото: Алена Енченко / Медиадом «Сириус»
Подводный зонд для дистанционного мониторинга толщины и состояния льда на реках и озерах создали ученые из Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород). Зонд будет полезен при оценке безопасности ледовых переправ и позволит точнее рассчитывать риск весенних паводков. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в The Journal of the Acoustical Society of America.
Подробнее о разработке и ее уникальности корреспонденту «Научной России» рассказал заместитель заведующего отделом радиофизических методов в гидрофизике ИПФ РАН кандидат физико-математических наук Юрий Андреевич Титченко.
«Принципиальное отличие нашего метода от существующих подходов — это возможность проведения непрерывного измерения. Прибор передает информацию о толщине ледяного покрова в реальном времени и может вести наблюдение непрерывно на протяжении всего сезона, без выхода людей на лед и без нарушения самого ледяного покрова. Прибор может работать круглогодично, выполняя измерения уровня воды в водоеме и высоты волн. <…> В основе алгоритма обработки отраженного сигнала лежит простая полуэмпирическая модель рассеяния акустических волн на слоистой среде с шероховатыми границами, что позволяет получать не просто факт наличия льда, а оценивать некоторые физические характеристики. Именно связка “зондирование из-под воды” плюс “модель отраженного сигнала” и отличает метод от контактных измерений и других известных решений».
Ученый напомнил, что классический способ узнать толщину и состояние льда на реке или водохранилище — взятие керна и измерение вручную. Это трудоемко и иногда небезопасно, особенно при положительной температуре воздуха. Согласно требованиям техники безопасности выходы на лед прекращаются весной, когда начинается его таяние.
Кандидат физико-математических наук Юрий Андреевич Титченко. Фото: Дмитрий Ковалдов / ИПФ РАН
«Разрабатываемый нами гидроакустический метод “переворачивает” задачу: лед “наблюдается” снизу, то есть из-под воды. Погруженный прибор излучает акустический сигнал вертикально вверх и по характеристикам отраженного импульса восстанавливаются параметры ледяного покрова: его наличие, толщина и ряд других параметров», — пояснил физик.
Ноу-хау ученых, по словам Ю.А. Титченко, будет наиболее востребованным на внутренних пресноводных водоемах: реках, водохранилищах и озерах. Здесь достоверные данные о толщине льда напрямую влияют на безопасность: контроль ледовых переправ и зимников, прогноз сроков вскрытия, заторных явлений и весенних паводков, обеспечение зимней хозяйственной деятельности и отдыха на льду. Подводные станции способны решать широкий круг задач для Росгидромета.
Спикер подчеркнул, что для внедрения нового метода в первую очередь необходимо провести его испытания, затем внести в Государственный реестр средств измерений. Кроме того, необходимо встроиться в существующую систему мониторинга (Росгидромет, операторы судоходства, МЧС). Без всего этого результаты зондирования не будут иметь юридической силы и не смогут применяться в официальных системах контроля ледовой обстановки.
Что касается научной составляющей, то специалистам необходимо будет провести валидационные кампании с контактными измерениями для подтверждения точности самого подхода и отработать конструкцию подводных станций для длительной эксплуатации.
На текущий момент ученым ИПФ РАН и ААНИИ удалось проследить полный цикл замерзания и таяния пресноводного льда с помощью подводного акустического зонда в лабораторных условиях. В исследовании также принимали участие сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета и Яньтайского института исследований прибрежной зоны (Китай).
Ледяные керны на поверхности льда в малом ледовом бассейне ААНИИ. Источник: Юрий Титченко / из личного архива
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фотографии в материале: Алена Енченко / Медиадом «Сириус», Дмитрий Ковалдов / ИПФ РАН, Юрий Титченко / из личного архива
