Разработка математической модели развития ледникового покрова с последующим применением для описания субгляциальных гидрологических процессов в районе подледникового озера Восток, Восточная Антарктида

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-27-00266

НазваниеРазработка математической модели развития ледникового покрова с последующим применением для описания субгляциальных гидрологических процессов в районе подледникового озера Восток, Восточная Антарктида

Руководитель Попов Сергей Викторович, Доктор геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-703 - Гляциология

Ключевые слова Математическое моделирование, субгляциальная гидрология, динамика ледника, развитие подледниковых водоёмов, подледниковое озеро Восток, Восточная Антарктида

Код ГРНТИ37.29.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Изучение ледников, внутриледниковых и субгляциальных процессов является одной из важнейших не только фундаментальных, но и прикладных задач современности. Главным образом, это связано с тем, что именно ледники проявляют наибольшую чувствительность к климатическим изменениям. К примеру, таяние Антарктического ледникового покрова приведёт к повышению уровня Мирового океана на 52 метра и негативным последствиям для нашей цивилизации. В настоящее время, научная тематика, связанная с изучением термодинамических процессов в ледниках, динамикой ледовых масс, процессами донного и приповерхностного таяния представляется весьма значимой и своевременной. Наиболее эффективным способом исследования выступает математическое моделирование с широким привлечением материалов натурных измерений. Настоящий проект направлен на создание математической модели, реализованной в виде компьютерной программы, для изучения процессов, протекающих как на ложе ледников, так и в их толще, на примере района подледникового озера Восток, Восточная Антарктида. Следует отметить, что предполагаемая модель будет достаточно универсальной, что открывает широкие перспективы не только для изучения Антарктиды, но и исследования ледников Российского сектора Арктики и горных районов. В рамках реализации проекта планируется решить две основные научные задачи. Первая направлена на разработку самой трёхмерной математической модели пространственно-временной динамики ледникового покрова и термодинамических процессов. Она будет учитывать конфигурацию подлёдного рельефа и поверхности ледника, его вертикальные и горизонтальные деформации, а также аккумуляционно-абляционные процессы на его поверхности и ложе. Важным отличием современных моделей станет сконцентрированность на субгляциальных процессах и их более корректный учёт. Вторая задача направлена на выявление особенностей протекания субгляциальных гидрологических процессов в районе подледникового озера Восток (Восточная Антарктида). Основой этой части работы станет указанная выше математическая модель с опорой на имеющиеся данные, полученные в ходе многолетних отечественных и зарубежных мультидисциплинарных исследований. По результатам выполненной работы для района озера Восток планируется выявить особенности гидрологической ситуации под ледником: положение зон намерзания и таяния, оценить влажность грунта, включая наличие свободной воды (т.е. водоёмов, помимо выявленных ранее, в ходе радиолокационных исследований), а также проанализировать различные стадии эволюции активного подледникового водоёма v20. Дополнительно будет осуществлено моделирование временных радиолокационных (георадарных) разрезов по специально выбранным маршрутам, с применением внешней программы gprMax, что позволит лучше понять условия на границе льда и каменного основания и более обоснованно сформулировать граничные условия для моделирования термики и динамики ледника. Важность изучения озера Восток и его прибрежной зоны объясняется как уникальностью самого географического объекта, так и значимостью для отечественной фундаментальной науки. Это направление исследований внесено в «Стратегию развития деятельности Российской Федерации в Антарктике до 2030 года», утверждённой Правительством РФ 19.08.2020.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Попов С.В.,Пряхина Г.В., Боронина А.С., Кашкевич М.П. Математическое моделирование, как основной метод изучения процессов, протекающих в ледниках и подледниковых водоёмах Антарктиды сб. материалов IV Международной научно-практической конференции, посвященной 15-летию Государственного учреждения «Республиканский центр полярных исследований», Домжерицы, 21–23 сент. 2022 г., С. 192–195. (год публикации - 2022)

2. Попов С.В. Решение одномерной задачи Стефана с двумя фазовыми границами на примере моделирования процесса замерзания воды в ледниковой трещине Лёд и снег, Т. 62, № 1, С. 130–140 (год публикации - 2023)
10.31857/S2076673423010131

3. Попов С.В., Кашкевич М.П., Боронина А.С. Состояние взлётно-посадочной полосы станции Новолазаревская (Восточная Антарктида) и оценка безопасности её эксплуатации по данным исследований 2021 г. Лёд и снег, Т. 62, № 4, С. 621–636 (год публикации - 2022)
10.31857/S2076673422040156

4. Попов С.В., Боронина А.С., Немчинова А.В. Сравнение конечно-разностных схем для их применения при создании математических моделей гляциологических и гидрологических процессов Успехи современного естествознания, № 11, С. 73–81 (год публикации - 2022)
10.17513/use.37931

5. Кашкевич М.П., Попов С.В., Боронина А.С. Георадарные и геодезические данные как основа для моделирования процессов динамики ледника (на примере инженерных изысканий в районе аэродрома станции Новолазаревская) сб. материалов IV Международной научно-практической конференции, посвященной 15-летию Государственного учреждения «Республиканский центр полярных исследований», Домжерицы, 21–23 сент. 2022 г., С. 154-147 (год публикации - 2022)

6. Суханова А.А., Попов С.В., Кашкевич М.П. Ледниковые трещины и их характеристики по данным георадиолокации и математического моделирования сб. материалов IV Международной научно-практической конференции, посвященной 15-летию Государственного учреждения «Республиканский центр полярных исследований», Домжерицы, 21–23 сент. 2022 г., С. 230-232 (год публикации - 2022)

7. Кислина А.Е., Попов С.В. Опыт моделирования субгляциальных гидрологических процессов ледника Альдегонда, Шпицберген Сборник материалов Геологического Международного студенческого саммита. Россия, Санкт-Петербург, ИНоЗ, 9 апреля 2022 г., С. 180-184 (год публикации - 2022)

8. Боронина А.С., Пряхина Г.В., Кашкевич М.П. Роль учебных и производственных практик в подготовке студентов к самостоятельным экспедиционным исследованиям Геология и водные ресурсы Крыма. Полевые практики в системе Высшего образования. Материалы конференции, С. 123-126 (год публикации - 2022)

9. Попов С.В., Клепиков А.В., Екайкин А.А., Пряхина Г.В., Кашкевич М.П. Опыт сотрудничества СПбГУ с Российской антарктической экспедицией Геология и водные ресурсы Крыма. Полевые практики в системе Высшего образования. Материалы конференции, С.186-189 (год публикации - 2022)

Публикации

1. Попов С.В., Боронина А.С., Екайкин А.А., Клепиков А.В., Лейченков Г.Л., Липенков В.Я., Лукин В.В., Масолов В.Н., Рихтер А., Воробьёв Д.М., Цуи Х., Цао Г., Шейнерт М., Дитрих Р. Remote sensing and mathematical modelling of Lake Vostok, East Antarctica: past, present and future research Проблемы Арктики и Антарктики (год публикации - 2024)

2. Поляков С.П., Попов С.В., Клепиков А.В. Main aspects of constructing snow foundations for the new buildings of the Russian Vostok Station, East Antarctica Проблемы Арктики и Антарктики (год публикации - 2024)

3. Суханова А.А., Банцев Д.В., Шиманчук Е.В., Попов С.В. Гляциологические изыскания в районе антарктической станции Прогресс в сезон 68-й РАЭ Российские полярные исследования, №2, С. 20-22 (год публикации - 2023)

4. Суханова А.А., Банцев Д.В., Попов С.В., Боронина А.С., Шиманчук Е.В., Поляков С.П. The current state of Lake Dålk (Larsemann Hills, East Antarctica) Polar Science (год публикации - 2023)
10.1016/j.polar.2023.101006

5. Боронина А.С., Кашкевич М.П. Мониторинг и моделирование опасных гляциологических процессов в районах антарктических оазисов Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы защиты экологии и климата», 18-21 марта 2023 года, Душанбе, Таджикистан, С. 31-36 (год публикации - 2023)

6. Боронина А.С., Попов С.В., Цяо Г. On the factors and the degree of their effect on subglacial melt and changes in the state of Antarctic subglacial lakes Arctic, Antarctic, and Alpine Research, V. 56, No 1, P. 2406622 (год публикации - 2024)
10.1080/15230430.2024.2406622