Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В соответствии с планом работ была разработана оптимальная методика измерения мощности отражений от ложа ледников и вычисления коэффициента отражения от ложа на примере данных аэрорадиозондирования 2014 г. в западном бассейне ледникового купола Вавилова на Северной Земле, и эта методика была применена для определения коэффициента отражения от ложа ещё двух других выводных ледников Северной Земли. Для достижения поставленных задач были выполнены следующие виды работ и исследований: 1. Первичная обработка данных воздушных радиолокационных измерений 2014 г. по упомянутым ледникам, включая пикировку отраженных сигналов от поверхности и ложа ледников и расчет квадратов амплитуд в заданных окнах для таких сигналов. 2. Разработка способа калибровки радарных записей по данным об отражениях, полученных от морской поверхности при пролете над ней на разной высоте, калибровка этим способом записей, полученных по ледникам. 3. Расчет теоретических значений коэффициентов отражения по мощности от раздела лед/ложе при зондировании на частоте 20 МГц в зависимости от диэлектрической проницаемости и электропроводности подстилающего субстрата. 4. Расчет поля скоростей движения ледниковой поверхности по разновременным космическим изображениям 2014 г., необходимого для дальнейшего сопоставления с радарными характеристиками ледниковой поверхности, толщи и ложа. 5. Оценка радарных космических изображений западного бассейна купола Вавилова для поиска различий свойств ледниковой поверхности. 6. Атрибутивная кластеризация данных аэрозондирования с использованием двух подходов: с расчетом 8 атрибутов для каждой трассы с последующей кластеризацией; с кластеризацией по значения амплитуд для 50 отсчетов каждой трассы, взятых от первого вступления. 7. Расчеты потерь энергии радиосигнала в толще ледника. 8. Расчет эмпирических значений коэффициентов отражения по мощности от ложа и построение изокоррелят между полем поверхностной скорости движения ледника и полями коэффициентов отражения от ледникового ложа и поверхности. В конце первого года работы были получены следующие конкретные научные результаты. 1. Получены профили и карта коэффициента отражения от ложа в западном бассейне ледникового купола Вавилова на Северной Земле на участках быстро- и медленно движущегося льда. 2. Установлена зависимость коэффициента отражения от ложа с поверхностной скоростью движения льда в области подвижки и степенью его трещиноватости. 3. Получены профили коэффициента отражения от ложа вдоль нескольких профилей аэрорадиозондирования двух выводных ледников на острове Комсомолец на Северной Земле, и они сопоставлены с оценками скорости движения этих ледников. Показано, что данные аэрорадиозондирования с применением 20 МГц моноимпульсного локатора и цифровой регистрации времени запаздывания и амплитуды отражений от поверхности и ложа ледника позволяют определить коэффициенты отражения от этих границ и по ним судить об условиях на этих границах. Эти данные могут быть также использованы для оценки степени неоднородности ледниковой толщи на разных глубинах. Установлено, что в период подвижки западной части ледникового купола Вавилова, сопровождавшейся образованием быстро движущегося сильно трещиноватого ледяного потока, степень трещиноватости его поверхности и в его толще может быть охарактеризована по данным аэрорадиозондирования величиной коэффициента отражения от поверхности и энергией отражения с разных глубин ледниковой толщи. По этим данным выделяются три участка ледяного потока с разной степенью трещиноватости, расположенные в нижней, средней и верхней части ледяного потока, а наибольшая степень трещиноватости соответствует 20-метровой приповерхностной толще – глубине проникновения поверхностных трещин; на больших глубинах степень трещиноватости льда уменьшается. Это значит, что в период быстрой подвижки (серджа) вся толща льда не монолитна, а неоднородна и пронизана сетью трещин разных размеров и конфигурации. Комплексная интерпретация данных по ледниковой поверхности купола Вавилова показала, что наиболее контрастной по всем признакам зоной служит самая западная часть его активной лопасти. Для нее характерны высокая степень трещиноватости, наибольшее рассеивание (падение амплитуды) сигнала в метровом диапазоне по данным воздушной радиолокации и наибольшие амплитуды отражений (для обеих поляризаций) по данным спутниковой радиолокации в сантиметровом диапазоне, описывающие степень неоднородности поверхности по всем направлениям. Результаты кластеризации трасс показали, что данная зона отличается от других участков ледника и по форме сигнала. По данным аэрорадиозондирования и космических съемок в области подвижки ледникового купола Вавилова выделяются две характерные области – вне и в пределах сильно трещиноватого и быстро движущегося ледяного потока, где получены соответственно более низкие и высокие коэффициенты отражения от ложа. Более высокие коэффициенты отражения по мощности от ложа получены в нижней, наиболее трещиноватой и быстро движущейся части ледяного потока. В этой части коэффициент отражения от ложа на 20 дБ выше, чем на соседнем вышерасположенном участке. Можно полагать, что такая разница связана не только с разными условиями обводнения на этих участках, где присутствие заметного количества воды дало бы разницу в коэффициенте отражения около 10 дБ, но и скорее всего тем, что в области наступания ледниковой лопасти на мелководное морское дно ледник перекрыл рыхлые морские засоленные отложения, обладающих повышенной электропроводимостью и в связи с этим более высокими коэффициентами отражения. Установлена связь степени трещиноватости и коэффициента отражения от ложа ледников со скоростью их движения в области ее высоких значений. Это позволяет использовать данные аэрорадиозондирования для оценки условий на ложе ледников и их влияния на скорость их движения и степень трещиноватости. Ссылка на информационный ресурс в сети Интернет, посвященный проекту: https://sites.google.com/view/igras-gpr/

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Выполненные в отчетном периоде 2023 г. работы и полученные научные результаты: Были выполнены расчеты условий на поверхности, в толще и на подошве шельфового ледника Матусевича на острове Октябрьская Революция, Северная Земля, с использованием материалов его воздушного радиоэхозондирования на частоте 20 МГц 2014 года. Дополнительно были привлечены данные нашей предыдущей радиолокационной сьемки этого ледника на частоте 100 МГц 1997 года (https://doi.org/10.17863/CAM.69769) . Поскольку шельфовый ледник Матусевича полностью находится полностью на плаву в морском заливе, но имеет разную толщину льда, это позволило выполнить эксперименты по оценке коэффициента затухания радиоволн в ледниковой толще, независимой калибровке коэффициента отражения по мощности от поверхности раздела «подошва ледника / морская вода» и от раздела «воздух / ровная плоская поверхность шельфового ледника». Анализ данных разновременных воздушных радарных съемок шельфового ледника Матусевича показал , что его толщина в 1997 г. была в пределах от 34 до 248 м, а в среднем 109 м (медианное значение 97 м). Объем льда в нём составлял около 26 км^3 при площади около 237 км^2. В 2014 г. его толщина была в пределах от 12 до 209 м, а в среднем 87 м (медианное значение 69 м). Объем льда в нём составлял около 7,3 км^3 при площади около 83,9 км^2. То есть, за 17 лет (1997-2014 гг.) шельфовый ледник Матусевича стал тоньше в среднем на 22 м (на 20%), меньше по объему на 18,3 км3 (на 70%) и меньше по площади на 153 км^2 (на 65 %). По последним измерениям (16 августа 2023 г.) его площадь сократилась ещё более – и составляет всего 26,3 км^2. На этой сохранившейся пока части средняя толщина льда в 1997 г. была 142 м (от 55 до 248 м), а в 2014 г. на этом же участке - 129 м (от 12 до 209 м). Получена калибровочная зависимость коэффициента отражения по мощности на основе данных об амплитудах отраженных радиосигналов от поверхности раздела «подошва шельфового ледника / морская вода» и от раздела «воздух / ровная верхняя плоская поверхность шельфового ледника». Расчетный коэффициент отражения по мощности от раздела «воздух / ровная верхняя плоская поверхность шельфового ледника» в среднем составляет около −11 дБ, что вполне соответствует оценке по соотношению диэлектрических проницаемостей льда и воздуха. Однако подобный расчет коэффициентов отражения по мощности от раздела «подошва шельфового ледника / морская вода» при условии, что отражение зеркальное, а поглощение во льду составляет 4,5 дБ/100 существенно занижает коэффициент отражения от раздела «лёд-морская вода» по сравнению с его оценкой, получаемой по соотношению диэлектрических проницаемостей льда и морской воды. В связи с этим мы использовали теорию Кирхгофа для моделирования снижения отражательной способности раздела «подошва шельфового ледника / морская вода» из-за шероховатости этого раздела. В этом случае при расчётах учитывается характерная геометрия неровностей на поверхности раздела в первой зоне Френеля, где формируется отраженный радиосигнал. Оказалось, что снижение отражательной способности из-за шероховатости подошвы шельфового ледника составляет в среднем около 15 дБ, то есть удалось добиться согласования значений эффективных коэффициентов отражения (около −1 дБ), получаемых по мощности отраженных сигналов. Иными словами, в результате было показано, что отражение радиоволн от исследованной границы «подошва шельфового ледника / морская вода» не зеркальное, а ослабевает из-за неровностей в среднем на 15 дБ. Также на основе данных воздушного радиоэхозондирования 2014 г., по соотношению мощностей однократных и двукратных отражений от подошвы шельфового ледника Матусевича была выполнена эмпирическая оценка поглощения радиоволн в его толще. Получены профили и схемы коэффициентов отражения по мощности от ложа и от дневной поверхности выводных ледников Рождественского и Вершинского на Новой Земле на участках относительно быстро- и медленно движущегося льда в их языковой части. В отличие от быстродвижущегося пульсирующего ледника Вавилова (Северная Земля) на исследованных ледниках Новой Земли не прослеживается взаимосвязь вариаций мощностей отражения от ложа со скоростью движения льда и нарушенностью его поверхности, что не дало возможности построить карты их изокореллят. Для исследования обобщенных радарных характеристик изучаемых ледников использовались приемы атрибутивного анализа. В качестве кинематического атрибута исследовались эффективные скорости распространения радиоволн в ледниковой толще, для чего был адоптирован метод гипербол. В качестве динамических атрибутов по трассам рассчитывались максимальные амплитуды и q-фактор. Результаты показали, что зоны повышенных значений q-фактора внутри толщи ледника совпадают с присутствием областей хаотической картины на радарограммах, что может быть связано с наличием в толще ледника участков теплого льда или наличия трещин. Значения эффективных скоростей на ложе ледника под областями с хаотической картиной в среднем имеют более низкие значения, чем на участках ложа, над которыми нет внутренних отражений, что может быть связано с тем, что в толща ледника обводнена, что приводит к уменьшению скоростей. Низкие значения скоростей у кровли ледника могут быть связаны с наличием сильно обводненных участков льда, что сильно снижает эффективную скорость радиоволн. Дополнительные материалы к отчету представлены в виде информационного ресурса в сети Интернет (с url-адресом https://sites.google.com/view/igras-gpr/главная-страница), специально посвященного проекту.