Лёд и Снег · 2021 · Т. 61 · № 3

УДК 556.545

doi: 10.31857/S2076673421030100

Формирование ледяной плотины в низовьях рек Мезень и Кулой с 1983 по 2020 г.

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Москва, Россия

*sv_ice@list.ru

Formation of an ice dam in the lower reaches of the Mezen and Kuloy rivers from 1983 to 2020

(the White Sea basin)

S.A. Agafonova, P.G. Mikhaylyukova, V.M. Koliy

Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

*sv_ice@list.ru

Received October 28, 2020 / Revised April 19, 2021 / Accepted June 25, 2021

Keywords: ice cover, macro-tidal estuary, satellite images, Mezen river, Kuloy river.

Summary

The features of ice cover formation within the macro-tidal estuaries of the Mezen River and the Kuloy River are

considered. The investigated rivers flow into the Mezen Bay of the White Sea. The main sources of information

for the ice monitoring were the high spatial resolution images from the satellites Landsat 5-8 and Sentinel 1.2 with

addition of medium spatial resolution images of MODIS/Terra and VIIRS/SuomiNPP. Every year, zones of contin-

uous hummocks and ice dams are formed in the estuaries, which exert influence upon characteristics of the tidal

waves. The fast ice and drifting ice areas are observed below the ice dam. Above the dam, amplitude the tidal fluc-

tuations in the water level is reduced by 3-4 times. According to the data for the period 2017-2020, the area of rela-

tively smooth ice cover is located at the distance of 48-49 km above the mouth of the Mezen River and 40-42 km

above the same of the Kuloy River. Advancing of the ice edge to the mouth is accompanied by the formation of

hummocky ice bridges, the position of which is confined to the narrowing and sharp turns of the channel. Accord-

ing to satellite images, it is established that the ice dam changes its position from year to year. In the period from

1983 to 2020, on the Mezen River, the ice dam was located at a distance of 21.0 to 30.5 km from the mouth, and

on the Kuloy - from 13.7 to 27.5 km above the mouth. The position of the ice dam is weather dependent. In severe

winters, the dam is located closer to the mouth gauge line. Snow, falling in November and December on areas of

open water, delays advancing of the ice edge to the mouth. For Mezen, the relation between the position of the ice

dam and three following predictors had been obtained: the sum of precipitation for November and December at

the air temperature below -5 °C, the sum of air temperatures below -5 °C for January and March, and the sum of

positive air temperatures for February. The proposed dependence made it possible to restore the positions of the ice

dam for the years which were not provided with satellite data. These are 1994 and 1999.

Citation: Agafonova S.A., Mikhaylyukova P.G., Koliy V.M. Formation of an ice dam in the lower reaches of the Mezen and Kuloy rivers from 1983 to 2020

(the White Sea basin). Led I Sneg. Ice and Snow. 2021. 61 (3): 445-456. [InRussian]. doi: 10.31857/S2076673421030100.

Поступила 28 октября 2020 г. / После доработки 19 апреля 2021 г. / Принята к печати 25 июня 2021 г.

Ключевые слова: ледяной покров, макроприливные устья, космические снимки, реки Мезень и Кулой.

На основе данных космических снимков оптического и радиолокационного диапазонов рассмот-

рены особенности формирования ледяного покрова в пределах макроприливных устьевых участ-

ков рек Мезень и Кулой. Ежегодно в исследуемых эстуариях образуются зона сплошных торосов

и ледяная плотина, влияющие на характеристики приливной волны. С 1983 по 2020 г. створ ледя-

ной плотины на Мезени располагался на расстоянии от 21,0 до 30,5 км от устья, на Кулое - от 13,7

до 27,5 км от устья. Формирование ледяной плотины и её разрушение происходят с остановками в

створах, приуроченных к сужениям и крутым поворотам русла. Показано, что в ноябре и декабре

твёрдые осадки значимо задерживают продвижение кромки льда.

Введение

такими источниками стали космические сним

ки разного спектрального диапазона и простран

Высокая пространственная неоднородность

ственного разрешения [1]. Снимки оптического

ледяного покрова северных рек обусловливает

диапазона высокого и сверхвысокого простран

поиск дополнительных источников информации

ственного разрешения позволяют отслеживать

о его состоянии, помимо наблюдений на гидро

кромку ледяного покрова, наличие полыней и

логических постах (ГП). В последние десятилетия

появление трещин. В условиях большого числа

 445 

Морские, речные и озёрные льды

Рис. 1. Исследуемая территория:

1 - расстояние от устья, км; 2 - населённые

пункты

Fig. 1. Study area:

1 - distance from the mouth, km; 2 - settlement

облачных дней и длительной полярной ночи осо

туру до 7,6 м в сизигию, в устье р. Кулой - от

бую актуальность приобретает возможность ис

5,8 до 7,9 м соответственно. В эстуарии Мезени

пользования радиолокационных изображений.

скорости приливно-отливных течений могут до

Устья рек Мезень и Кулой образуют еди

стигать 2,0-2,5 м/с. Величина прилива возрас

ную устьевую систему, подверженную сильно

тает до устья р. Сёмжа, однако выше по течению

му воздействию приливов. За границу устьевого

она быстро уменьшается [2]. Наиболее сильная

взморья принимают линию мыс Абрамовский -

трансформация приливной волны наблюдается

устье р. Мгла (рис. 1), в качестве устьевых ство

в районе мыс Толстик - устье р. Пыя, где попе

ров для р. Кулой - мыс Харин Нос - мыс Кар

речное сечение русла резко сужается. Эстуарий

говский, для р. Мезень - мыс Масляный - мыс

р. Кулой, как и эстуарий р. Мезень, имеет во

Рябинов. Для Мезенского залива характерен

ронкообразную форму. В 20 км от устья он рас

почти правильный полусуточный прилив. При

ширяется, и здесь за счёт перемещения нано

лив в устье Мезени составляет от 5,0 м в квадра

сов из мористой части сформировалась большая

 446 

С.А. Агафонова и др.

грядовая отмель, вызвавшая интенсивную бо

(Северная Америка) авторы выделяют для макро

ковую эрозию. Длина устьевого участка р. Ме

приливных эстуариев (устьевых участков) пять

зень - 90 км, р. Кулой - 100 км [3].

зон: 1) зону с ровным ледяным покровом и берего

Лёд в приливных устьях влияет на характери

выми трещинами; 2) зону накопления льда и обра

стики приливной волны, условия проникновения

зования вертикальных ледяных стенок у берегов;

солёных вод, режим транспорта наносов и русло

3) зону дрейфующего льда; 4) зону непрерывного

вых деформаций, а также условия формирования

ледообразования и 5) зону, свободную ото льда.

заторов и затопления территории. Ледовые усло

В работе [8] для устья р. Пенжина (Камчатка), рас

вия в устьях определяют сроки зимней навига

положенной в более суровых климатических ус

ции, эксплуатацию ледовых переправ и ледовые

ловиях, чем реки залива Фанди, выделено четы

нагрузки на гидротехнические сооружения [4].

ре зоны (от устьевого створа вверх по течению):

Формирование ледяного покрова в приливных

1) неустойчивого ледостава; 2) сплошных торосов;

устьях зависит не только от метеорологических

3) ровного льда на фарватерах и торосов на мелко

факторов и режима речного стока, но и от вли

водьях; 4) преимущественно ровного льда.

яния приливно-отливных течений и сгонно-на

гонных явлений. Динамическое воздействие ко

лебаний уровня воды приводит к взламыванию

Постановка проблемы

вновь образовавшегося ледяного покрова и его

торошению. Толщина заторошенного ледяного

В Белом море интенсивное ледообразова

покрова в приливных устьях соответствует вели

ние начинается в декабре и распространяется

чине прилива, т.е. при равных климатических ус

от вершин заливов к центру. Из-за ветров пре

ловиях она будет тем выше, чем больше амплиту

имущественно юго-западного направления

да колебаний уровня воды [5]. Лёд на приливных

льды накапливаются у восточных берегов за

отмелях подвижен. Близ устьевого створа даже в

ливов. Молодые льды вытаивают со второй де

условиях низких отрицательных температур воз

кады апреля, а полное очищение моря прихо

духа могут оставаться участки открытой воды, где

дится на первую декаду июня [9]. В Мезенском

отмечаются снежура и шуга. В макроприливных

заливе припай зимой многократно взламывает

устьях многослойные ледяные образования по

ся, происходят сжатие, торошение и дрейф би

берегам формируют вертикальные стенки, кото

того льда. Средняя высота торосов на плавучем

рые значительно сужают ширину русла, меняя ус

льду - 3-4 м [10]. Согласно наблюдениям, в 6

ловия трансформации приливной волны [6].

км от устьевого створа Мезени у деревни Сёмжа

Многократное взламывание кромки льда в

с 1949 по 1979 г. появление плавучего льда отме

приливных устьях схоже с процессами формиро

чалось в среднем 25 октября, а продолжитель

вания и разрушения ледяного покрова при ко

ность периода с ледовыми явлениями составляла

лебаниях уровня воды в нижних бьефах ГЭС.

200 суток [10]. На речном участке нижнего тече

Согласно работе [7], изменение уровня воды, со

ния Мезени (по данным ГП Дорогорское в 80 км

поставимое с толщиной льда, приводит к появ

от устья) ледостав устанавливается в среднем

лению вдольбереговых трещин. При дальней

13 ноября, вскрытие наблюдается 7 мая, а сред

шем росте уровня ледяной покров отрывается от

няя с 1936 по 2018 г. продолжительность периода

берегов и разламывается на ледяные поля. Под

с ледовыми явлениями равна 205 сут.

влиянием скоростей течения и ветра начинают

Согласно отрывочным экспедиционным све

ся подвижки, торошение и подныривание льдин.

дениям, опубликованным в работах [3, 10], на

Форсирование попусков воды и рост скоростей

устьевом участке Мезени и Кулоя кромка ле

течения вызывают уплотнение и динамическое

дяного покрова отличается многочисленными

увеличение толщины скоплений льда. Затухаю

подсовами, наслоениями и торосами. Нагро

щие вверх по течению от устьевого створа колеба

мождения льда образуют «ледяную плотину»,

ния уровня воды определяют различия в условиях

которая демпфирует приливную волну и соз

формирования ледяного покрова по длине устье

даёт в верхнем бьефе условия подпора. Ампли

вого участка. В работе [5] на основе данных наб-

туда приливных колебаний уровня воды выше

людений за ледовыми условиями в заливе Фанди

плотины уменьшается в 3-4 раза. Ниже плоти

 447 

Морские, речные и озёрные льды

ны неподвижный лёд наблюдается лишь у бе

Материалы и методы

регов. В 1990, 2005 и 2008 гг. ледяная плотина в

эстуарии Мезени располагалась в створе устья

Опубликованные сведения о ледовом режиме

р. Большая Чеца и представляла собой сплош

исследуемых участков обобщают, прежде всего,

ной барьер торосистого и застамушенного льда.

отрывочные результаты экспедиций Ленгидро

В эстуарии Кулоя, согласно данным [3], пло

проекта, Государственного океанографического

тина образуется у мыса Митинский. Особен

института (ГОИН), Арктического и Антаркти

ности ледового режима исследуемых участков

ческого научно-исследовательского института

рек ограничивают хозяйственную деятельность.

(ААНИИ) и Северного УГМС. Основные задачи

В нижнем течении Мезени и Кулоя ледовые

этих экспедиционных исследований - изучение

переправы обустраивают у с. Долгощелье и на

условий судоходства и возможности строитель

автодороге пос. Каменка - г. Мезень. Затяж

ства Мезенской приливной станции. Именно

ное установление сплошного ледяного покро

в связи с возрождением интереса к приливным

ва, формирование протяжённых заторошенных

электростанциям зимой 2005 и 2008 гг. сотруд

участков и трещин осложняют использование

никами ГОИН и МГУ имени М.В. Ломоносова

ледовых переправ. Так, зимой 2020 г. наморо

проводились инженерно-гидрологические изы

женный в начале зимы лёд неоднократно сры

скания, в том числе обследования берегов и ак

вало приливной волной, а сформировавшиеся

ватории Мезенского залива для оценки состоя

торосы и многочисленные ропаки не позволя

ния припая, дрейфа льда и морфометрических

ли проложить трассу по кратчайшему расстоя

характеристик ледовых образований [14, 15].

нию [11]. Кроме того, ежегодно волна прорыва

Стационарные наблюдения за ледовым режимом

ледяной плотины на р. Мезень вызывает рез

велись только в створе деревни Сёмжа, в 6,0 км

кие изменения морфологии дна эстуария, в том

от устья Мезени, с 1949 по 1979 г. В настоящее

числе в пределах судоходного фарватера [12].

время в Мезенском заливе действует морская гид-

Отсутствие регулярных наблюдений не позво

рометеорологическая береговая станция Абра

ляет охарактеризовать сезонную динамику кром

мовский маяк. На устьевых участках регулярные

ки ледяного покрова, особенности ледовых усло

наблюдения не проводятся, ближайшие к устье

вий по длине устьевого участка и изменчивость

вым створам действующие речные посты распо

положения створа ледяной плотины и заторо

ложены на р. Мезень у с. Дорогорское, в 80 км от

шенных участков год от года. Согласно [13], на

устья, и на р. Кулой у деревни Кулой, в 209 км от

севере Европейской территории России с 1976 г.

устья; действующая МС находится в г. Мезень.

зимние температуры воздуха увеличиваются в

В условиях отсутствия материалов регуляр

среднем на 0,59 °С каждые 10 лет. Рассматрива

ных наблюдений по всей длине устьевых участ

емый период (1983-2020 гг.) характеризует со

ков в качестве исходных данных мы использова

временные климатические условия следующим

ли оптические и радиолокационные космические

образом: в холодные зимы (1985, 1987, 1998 и

снимки (табл. 1). Основной источник информа

1999 гг.) сумма отрицательных температур по

ции для ледового мониторинга - снимки высо

данным метеостанции (МС) Мезень составля

кого пространственного разрешения Landsat 5-8

ла менее -2000 градусо-дней мороза, в тёплые

и Sentinel 1, 2. Для снимков Sentinel-1 применён

(1995, 2007 и 2019 гг.) - около -1200 градусо-

продукт Level1 (GRD - Ground Range Detected) с

дней, а зимой 2020 г. - -903 градусо-дней, что

частично выполненной геометрической коррек

стало самым высоким значением за этот период.

цией. Перед тематическим анализом радиолока

Наблюдаемые климатические изменения могут

ционные данные были предварительно обработа

заметно изменить условия формирования ледя

ны - проведены радиометрическая калибровка,

ного покрова и эксплуатации ледовых переправ

фильтрация спекл-шума (фильтр Lee с размером

вплоть до смещения их створов выше по течению.

окна 5) и устранение геометрических искажений.

Именно поэтому крайне важно оценить вклад ме

Данные программ Landsat и Sentinel позволили

теорологических характеристик в формирование

охватить период с 1983 по 2020 г. Из-за пропу

предельного за сезон створа ледяной плотины и

сков данных миссии Landsat в 2003-2007 и 2009-

участков заторошенного ледяного покрова.

2011 гг. за каждый ледовый сезон удалось полу

 448 

С.А. Агафонова и др.

Таблица 1. Параметры спутниковой съёмки

Пространственное разреше

Повторная съёмка

Спутник

Число сцен

Годы

ние используемых каналов, м

через каждые

TM/Landsat-4

16 сут.

1983

TM/Landsat-5

16сут.

1984-1998

ETM+/Landsat-7

16 сут.

2000-2018

OLI/Landsat-8

16сут.

2013-2020

MSI/Sentinel-2

2-5 сут.

2016-2020

Sentinel-1

12 сут.

2017-2020

MODIS/Terra

500

2 раза в сут.

2002-2020

VIIRS/SuomiNPP

500

2 разавсут.

2020

чить менее трёх снимков, что недостаточно для

Для корректного дешифрирования космиче

достоверных результатов. Для уточнения сведе

ских снимков использованы данные подспутни

ний о ледовой обстановке за эти годы исполь

ковых наземных обследований, выполненных в

зовались снимки MODIS/Terra и VIIRS/Suomi

январе-феврале 2019 г. в рамках экспедиции кафе

NPP. Информация, полученная по этим сним

дры гидрологии суши географического факультета

кам, носит справочный характер, поскольку их

МГУ. Программа полевых работ предусматривала

пространственное разрешение существенно ниже

ледомерные съёмки на р. Кулой у с. Долгощелье и

основного массива космических снимков. При

на р. Мезень от створа, в 56 км от устья до р. Пыя.

низкой сплочённости дрейфующего льда грани

Согласно экспедиционным данным, на р. Мезень

ца вода-лёд хорошо фиксируется в красном или

зона сплошных торосов располагалась на участке

ИК-каналах. Для исследуемых рек применение

от пос. Морозилка до устья р. Пыя, ниже по тече

оптических снимков с ноября по январь ограни

нию наблюдался дрейфующий лёд по фарватеру

чено из-за низкой освещённости и сплошной об

и многослойные забереги. В створе пос. Каменка

лачности. Дешифрирование ледовой обстановки

(38 км от устья) максимальная высота торосов и

возможно с февраля до мая-июня.

ропаков составила 1,5 м, а в 56 км от устья - 0,5 м.

В отличие от съёмки в оптическом диапазо

Толщина ровного ледяного покрова у пос. Каменка

не радиолокаторы позволяют получать изобра

менялась по створу от 36 см на фарватере до 87 см у

жение вне зависимости от облачности и усло

берегов, в створе «56 км от устья» - от 35 до 50 см,

вий освещения. На формирование отражённого

на р. Кулой у с. Долгощелье - от 28 до 40 см соот

радиолокационного сигнала влияют несколько

ветственно. Для перечисленных створов образцы,

факторов: влажность, шероховатость, диэлектри

выпиленные из ледяного покрова, имели схожее

ческая проницаемость и структура поверхности,

строение: сверху - белёсый мутный снеговой и на

от которой отражается сигнал. Неодинаковое со

слудный лёд, ниже - лёд с включениями наносов,

отношение воды, льда, снега и воздуха опреде

снизу - кристаллический прозрачный лёд.

ляет разный механизм отражения сигнала и его

В настоящей работе использованы статисти

интенсивность. Для заторошенной поверхности

ческие методы анализа данных. Для рядов наб-

ледяного покрова характерны высокие значе

людений проводили проверку на соответствие

ния коэффициента обратного рассеяния, для по

статистическим гипотезам с помощью крите

верхности ровного льда и открытой воды - низ

риев Андерсона t(A), коэффициента ранговой

кие [16, 17]. Для приливных устьев с помощью

корреляции Спирмена (Spearmen RCC, или r_s),

радиолокационных изображений можно выде

коэффициентов Стьюдента (t-test) и Фишера

лять зоны торосов, ровного льда, дрейфующий

(F-test) при уровне значимости α = 5%. Проверка

лёд и участки, свободные ото льда. Серия сним

значимости коэффициентов корреляции также

ков позволяет отслеживать изменения в ледяном

выполнялась при α = 5%. Для оценки меры

покрове в течение периода ледостава: формиро

точности и эффективности регрессионной за

вание полыней, заторошенных участков и на

висимости использовалось отношение средней

чальные процессы разрушения льда [16, 18, 19].

квадратической погрешности рассчитанных зна

 449 

Морские, речные и озёрные льды

чений s к среднеквадратическому отклонению

На это указывает тот факт, что на 70% снимков

рассчитываемой величины σ по формуле

2017-2020 гг. кромка льда и зимой, и весной фик

сировалась в трёх створах (рис. 2): на Мезени -

1) в районе пос. Морозилка (30-31 км от устья),

2) в створе впадения р. Большая Чеца (25-26 км

от устья) и 3) выше деревни Окулово (22-23 км

от устья); на р. Кулой - 1) в 3 км ниже с. Долго

где y и y' - фактические и рассчитанные значе

щелье (28-29 км от устья), 2) в створе впадения

ния соответственно; n - число членов ряда; m -

р. Оленица (24-25 км от устья) и 3) в створе впа

число параметров регрессионного уравнения;

дения р. Поча (21-22 км от устья).

при значениях отношения s/σ = 0,50÷0,80 пред

Условия формирования ледяных перемы

лагаемая методика расчёта считается удовлетво

чек меняются по длине устьевого участка вслед

рительной, при значениях ≤ 0,50 - хорошей [20]

за изменениями амплитуды колебаний уровня

(из-за малой длины ряда оценка ошибок регрес

воды. По мере приближения к устьевому ство

сионной зависимости проводилась методом вы

ру для устойчивого положения кромки требует

брасываемой точки).

ся бόльшая её прочность, которая обеспечивается

и за счёт низких температур воздуха. На Мезени

в среднем -200 градусо-дней мороза достаточно

Результаты

для продвижения кромки льда от створа «45 км

от устья» на 7 км вниз по течению, а для створа

Совместное использование радиолокацион

«26 км от устья»- лишь на 3 км.

ных и оптических снимков позволило подробно

Для выявления неоднородности ледовых усло

отследить сезонные изменения ледовых условий

вий по длине рек использовали данные радиоло

и установить особенности формирования ледя

кационных снимков. Для Мезени и Кулоя выбран

ного покрова в пределах исследуемых участков за

вариант зонирования устьевого участка, представ

период с 2017 по 2020 г. Согласно данным косми

ленный в работе [8]. Как уже отмечалось, торо

ческой съёмки, кромка льда продвигалась преры

сы, ропаки и трещины осложняют эксплуатацию

висто, как будто «по ступенькам», с формирова

ледовых переправ. Год от года положение и про

нием ледяных перемычек. Так, зимой 2018 г. на

тяжённость зоны сплошных торосов меняются, а

р. Мезень с 30 января по 4 февраля кромка сме

значит, другими становятся и условия эксплуата

стилась на 5 км всего за пять дней, однако в по

ции ледовой переправы пос. Каменка - г. Мезень.

следующую неделю положение кромки было ста

Зонирование проводили по данным за январь-

бильным [21]. Поверхность ледяного покрова у

февраль, когда торосы уже сформированы, но ещё

кромки - заторошенная и хорошо определяется

не перекрыты снежным покровом и термически не

по снимкам. Положение ледяных перемычек при

разрушены (рис. 3). Для ближайшей к устьевому

урочено к участкам сужений, крутых поворотов

створу зоны 1 при отсутствии дрейфующего льда

русла и изменений продольного профиля. В 2017-

характерны низкие значения коэффициента об

2020 гг. к середине февраля (в 2018 г. - к середине

ратного рассеяния (чёрный цвет на снимке). Выше

марта) кромка ледяного покрова достигала своего

по течению расположена зона сплошных торосов

предельного положения, где и формировалась ле

(зона 2), здесь высокие значения сигнала (белый

дяная плотина [22]. Начало термической деграда

цвет на снимке) отмечаются практически по всей

ции льда и сглаживание поверхности торосов по

ширине русла. В пределах зоны 3, вдоль линии

данным снимков отмечалось с начала марта. Очи

наибольших глубин, ледяной покров преимуще

щение ото льда начиналось с середины апреля от

ственно ровный, торосы и ропаки сохраняются

створа ледяной плотины вверх по течению и оста

на мелководьях и у берегов. На верхнем участке, в

навливалось в створах зимних ледяных перемы

зоне 4, поверхность ледяного покрова становится

чек, где при замерзании происходили локальные

относительно ровной по всей ширине русла.

динамические утолщения ледяного покрова.

На р. Кулой в 2017-2020 гг. верхняя граница

За последние четыре года расположение ледя

зоны сплошных торосов проходила в 29-35 км от

ных перемычек было относительно постоянным.

устья, на р. Мезень - в 32-44 км от устья. Про

 450 

С.А. Агафонова и др.

Рис. 2. Сезонное изменение положения кромки ледяного покрова на реках Мезень (а) и Кулой (б) в 2017-2020 гг.

Движение кромки льда к устью происходит с остановками в сужениях и на поворотах русла. Участки ледяных перемычек

за 2017-2020 гг. выделены серым цветом

Fig. 2. Seasonal change in the ice edge position on the Mezen River (а) and the Kuloy River (б) in 2017-2020.

The movement of the ice edge occurs with stops in sections of narrowing and sharp turns of the riverbed. Sections of ice bridgings

for 2017-2020 are highlighted in gray

тяжённость участка сильно заторошенного ледя

сматриваемый период на Мезени створ ледяной

ного покрова составляла от 5 до 13 км. В 2017 и

плотины в 72% случаев совпадал с участком, ука

2020 гг. зона сплошных торосов включала в себя

занным ранее в литературных источниках [3, 10].

участок в районе пос. Каменка и г. Мезень, в том

На Кулое в 56% случаев плотина зафиксирова

числе створ ледовой переправы. В отличие от

на выше указанного в литературе створа. С 1983

границы зоны сплошных торосов, граница зоны

по 2020 г. на р. Мезень положение створа ледя

преимущественно ровного льда слабо менялась

ной плотины менялось в диапазоне 21,0-30,5 км

год от года. Участок преимущественно ровного

от устья, а на р. Кулой - 13,7-27,5 км от устья.

льда на р. Мезень располагался выше 48-49 км от

На Мезени наиболее высокое положение ство

устья, на р. Кулой - выше 40-42 км от устья.

ра плотины (в 29,5-30,5 км от устья) наблюда

Перечисленные особенности формирования

лось в 1983, 1995 и 2020 гг. Вероятно, в эти годы

ледяной плотины позволяют получить информа

складывались сложные условия эксплуатации ле

цию о её положении за многолетний период, на

довой переправы. Наиболее близкое к устьевому

чиная с 1983 г., с помощью ограниченного числа

створу положение ледяной плотины (см. табл. 2)

оптических снимков только за февраль-март, а

на р. Кулой наблюдалось в 2014 г. (13,7 км от

не за весь зимний сезон (рис. 4, табл. 2). За рас

устья), на р. Мезень, если учитывать снимки вы

 451 

Морские, речные и озёрные льды

Рис. 3. Пример зонирования устье

вого участка р. Мезень (Sentinel-1,

25.02.2020, VV-поляризация):

зона 1 - неустойчивый ледостав; зона

2 - сплошные торосы; зона 3 - ровный

лёд на фарватере и торосы на мелко-

водьях; зона 4 - преимущественно ров

ный лёд

Fig. 3. An example of zoning the es

tuary of the Mezen River (Sentinel-1,

25.02.2020, VV-polarization):

zone 1 - unstable ice cover; zone 2 - con

tinuous hummocky ice cover; zone 3 -

smooth ice cover on the fairway and hum

mocky ice in shallow water; zone 4 -

smooth ice cover

сокого пространственного разрешения, - в 2013 г.

ных температур воздуха имеет криволинейный

(21,5 км от устья), а если учитывать также сним

характер; для её линеаризации в качестве преди

ки MODIS, то в 2010 г. (21,0 км от устья). Полу

кторов использовался квадратный корень от сумм

ченные многолетние данные позволяют предпо

отрицательных температур воздуха. Из-за удалён

ложить, что образование кромки льда на Мезени

ности МС коэффициенты корреляции положения

ближе, чем в створе 21,0-21,5 км от устья, в совре

ледяной плотины и метеопараметров для Кулоя

менных климатических условиях маловероятно.

ниже, чем для Мезени, и в настоящей статье не

Для выделения роли метеорологических фак

приводятся. Влияние температур воздуха на пре

торов формирования ледяной плотины исполь

дельное за сезон положение створа ледяной пло

зованы данные о температуре и осадках на МС

тины неоднозначно. И для Мезени, и для Кулоя

Мезень. Рассчитаны коэффициенты корреляции

наибольший разброс точек в зависимостях по

предельного за сезон положения ледяной плоти

ложения ледяной плотины от температур возду

ны и следующих метеорологических характери

ха отмечается в средние по суровости зимы. При

стик: суммы положительных температур воздуха;

сумме отрицательных температур воздуха за весь

суммы температур воздуха ниже 0, -5, -10, -15

зимний сезон от 1500 до 1700 градусо-дней моро

и -20 °С; суммы осадков при температурах возду

за плотина на р. Мезень располагалась на участке

ха ниже 0, -5, -10, -15 и -20 °С за каждый месяц

от 23,9 до 27,7 км от устья, на р. Кулой - от 21,8

с ноября по март (табл. 3). Графическая зависи

до 25,4 км от устья. На Мезени в тёплые зимы ле

мость положения плотины от сумм отрицатель

дяная плотина может формироваться как в 10 км

 452 

С.А. Агафонова и др.

Таблица 2. Положение ледяной плотины на реках Мезень и Кулой

Положение ледяной плотины от устья, км

Среднее квадратическое

Реки

наиболее близкое (год) (*без

наименее близкое (год)

среднее значение

отклонение

учета снимков MODIS)

21,0 (2010 г.)

Мезень

30,5 (1983 г.)

24,8

2,6

21,5 (2013 г.)*

Кулой

27,5 (1995 г.)

13,7 (2014 г.)

22,4

2,6

выше от деревни Окулово (1995 и 2020 гг.), так и в

ков при температуре воздуха ниже -5 °С в 2020 г.

створе впадения р. Большая Чеца (2008 г.).

почти в 5 раз превысила показатели 2019 г. (48

Согласно результатам корреляционного ана

и 10 мм соответственно), а температуры воздуха

лиза, в начале зимы (в ноябре и декабре) ключе

за ноябрь-декабрь практически не отличались.

вую роль в установлении створа ледяной плотины

Этот крайне важный вывод может быть полезен

играют суммы твёрдых осадков (см. табл. 3). Снег,

в случае использования снегогенерирующих на

выпадающий на участки, свободные от устойчи

садок для сокращения длины полыньи и ускоре

вого ледяного покрова, задерживает продвиже

ния продвижения кромки льда в створе ледовой

ние кромки льда. В годы, когда морозная погода

переправы. В практике регулирования ледового

в ноябре и декабре не сопровождается осадками,

режима в нижних бьефах ГЭС [23] известно, что

кромка льда к началу января достигает положе

подача искусственного снега не всегда приводит к

ния ближе к устью, чем в годы со снегопадами.

сокращению длины полыньи; результат в значи

Этот вывод можно проиллюстрировать различием

тельной степени зависит от расположения створа

динамики кромки за последние четыре года (см.

генератора снега. В период с января по март коэф

рис. 2). В начале января 2020 г. кромка ледяного

фициенты корреляции положения ледяной пло

покрова располагалась на расстоянии 40,2 км от

тины и сумм осадков незначимы, продвижение

устьевого створа, что в 10 км выше по течению,

кромки ледяного покрова к устьевому створу в

чем в январе 2019 г. Сумма предъянварских осад

этот период определяется температурами воздуха.

Рис. 4. Положение ледяной плотины на реках Мезень (а) и Кулой (б) в 1983-2020 гг.

Fig.

4. The location of the ice dam on the Mezen River (а) and the Kuloy River (б) over the 1983 to 2020

 453 

Морские, речные и озёрные льды

позволяет проверить предложенный вариант на

Таблица 3. Коэффициенты корреляции зависимостей

положения ледяной плотины на р. Мезень (от устья, км)

независимом материале, поэтому для оценки его

от метеорологических характеристик*

качества использовался метод выбрасываемой

Характери

точки. Определённое таким образом отношение

Ноябрь

Декабрь

Январь

Февраль

Март

стики

s/σ составило 0,7, что даёт возможность признать

Сумма поло

качество предложенной зависимости удовлетво

жительных

-0,21

0,18

0,30

0,41

0,11

рительным. На основе полученной зависимости

температур, °С

Квадратный корень из суммы температур (°С) ниже:

восстановлено положение ледяной плотины в

0,23

-0,24

-0,34

-0,21

-0,40

1994 и 1999 гг. (см. рис. 4).

–5

0,23

-0,23

-0,37

-0,21

-0,42

Проверка рядов предельного за сезон положе

–10

0,13

-0,22

-0,32

-0,13

-0,39

ния ледяной плотины с 1983 по 2020 г. с помощью

–15

0,03

-0,25

-0,29

-0,19

-0,21

критерия ранговой корреляции Спирмена пока

–20

-0,10

-0,20

-0,30

-0,22

-0,21

зала отсутствие статистически значимого тренда.

Сумма осадков при температуре воздуха (°С) ниже:

Для рядов метеорологических характеристик от

0,18

0,63

0,12

-0,07

0,23

мечается значимый тренд (по критерию ранговой

–5

0,49

0,47

-0,11

-0,26

0,15

корреляции Спирмена) при значениях сумм от

–10

0,38

0,14

0,09

0,08

0,20

рицательных температур воздуха и сумм осадков

–15

0,26

-0,10

0,07

0,05

при температурах ниже -5 °С в ноябре и декабре.

–20

0,18

-0,22

0,05

0,26

Для тех же рядов наблюдается нарушение стаци

онарности по критерию Стьюдента. Нарушение

*Статистически значимые коэффициенты корреляции выде

стационарности рядов по дисперсии F-test стати

лены жирным шрифтом. Прочерки - коэффициенты корре

ляции не определялись ввиду недостаточного объёма данных.

стически значимо для сумм отрицательных тем

ператур за октябрь и для сумм осадков при темпе

При отрицательных температурах воздуха и отсут

ратурах ниже -5 °С в октябре и ноябре. При этом

ствии оттепелей кромка ледяного покрова может

сокращение числа дней с отрицательными темпе

продвигаться ближе к устьевому створу и в марте.

ратурами и рост значений сумм положительных

Так, в 2018 г. за первую половину марта кромка

температур в холодные месяцы года (с ноября по

продвинулась на 2,6 км, а в марте 2020 г. положе

март) статистически не значимо.

ние кромки практически не менялось.

Нами рассмотрены различные сочетания

предикторов, имеющих значимые коэффициен

Заключение

ты корреляции с предельным за сезон положе

нием ледяной плотины. Среди этих сочетаний

Для макроприливных устьевых участков рек

выбран вариант, характеризующийся наиболь

Мезень и Кулой получены данные о положении

шим значением множественного коэффициента

створа ледяной плотины с 1983 по 2020 г. Основ

корреляции R = 0,8:

ным источником информации стали космиче

ские снимки оптического и радиолокационного

L = 27,96 + 0,06A - 0,24B + 0,32C,

диапазонов. За указанный период на Мезени ле

где L - расстояние от предельного за сезон створа

дяная плотина устанавливалась на участке от 21,0

ледяной плотины до устья, км; A - сумма осадков

до 30,5 км от устья, а на Кулое - от 13,7 до 27,5 км

при температуре воздуха ниже -5 °С за ноябрь и

от устья. На Мезени наиболее высокое положе

декабрь; B - квадратный корень суммы темпера

ние створа плотины (в 29,5-30,5 км от устья)

тур воздуха ниже -5 °С за январь и март; C - сумма

наблюдалось в 1983, 1995 и 2020 гг., на Кулое

положительных температур воздуха за февраль.

(в 26,0-27,5 км от устья) - в 1995 и 2015 гг. Ста

Предложенная зависимость в явной форме не

тистический анализ показал отсутствие значимых

учитывает температурный режим в начале зимы,

трендов для рядов предельного за сезон положе

но за рассматриваемый период добавление новых

ния створа ледяной плотины на Мезени и Кулое.

предикторов значимо не меняет множественный

Согласно данным космических снимков, с

коэффициент корреляции. Короткий ряд наблю

2017 по 2020 г. формирование ледяной плоти

дений за положением створа ледяной плотины не

ны и её разрушение происходили с остановками

 454 

С.А. Агафонова и др.

в створах, приуроченных к сужениям и крутым

вы на Мезени. В период с января по март движе

поворотам русла. Положение зоны относитель

ние кромки к устью определяется температурами

но ровного льда оставалось стабильным выше

воздуха. Для Мезени получена зависимость по

48-49 км от устья на Мезени и выше 40-42 км от

ложения ледяной плотины от трёх предикторов:

устья на Кулое. Зона сплошных торосов меняла

суммы осадков за ноябрь и декабрь при темпера

своё положение год от года вслед за створом ле

туре воздуха ниже -5 °С; суммы температур воз

дяной плотины, её протяжённость составила от 5

духа ниже -5 °С за январь и март; суммы положи

до 13 км. В 2017 и 2020 гг. зона сплошных торосов

тельных температур воздуха за февраль.

включала в себя участок в районе пос. Каменка и

г. Мезень, в том числе створ ледовой переправы.

Благодарности. Исследование выполнено при

Для исследуемого участка Мезени снегопа

финансовой поддержке проекта РФФИ № 18-

ды в ноябре и декабре замедляют продвижение

05-60021-Арктика.

кромки ледяного покрова к устьевому створу и к

началу января кромка может располагаться выше

Acknowledgments. The study was supported by the

пос. Каменка. Это следует учитывать при плани

Russian Foundation for Basic Research (№ 18-

ровании сроков эксплуатации ледовой перепра

05-60021-Arctic).

Литература

References

1. Duguay C., Bernier M., Gauthier Y., Kouraev A. Re

1. Duguay C., Bernier M., Gauthier Y., Kouraev A. Remote

sensing of lake and river ice. Remote Sensing of the Cryo

mote sensing of lake and river ice // Remote Sens

sphere. 2015: 273-306. doi: 10.1002/9781118368909.ch12

ing of the Cryosphere. 2015. P. 273-306. doi:

2. Mihajlov V.N. Ust'ja rek Rossii i sopredel'nykh stran: pro-

10.1002/9781118368909.ch12.

shloe, nastoyashchee i budushchee. Estuaries of rivers in

2. Михайлов В.Н. Устья рек России и сопредельных

Russia and neighboring countries: past, present and fu

стран: прошлое, настоящее и будущее. М.: ГЕОС,

ture. Moscow: GEOS, 1997: 413 p. [In Russian].

1997. 413 с.

3. Polonskij V.F., Lupachev Ju.V., Skriptunov N.A. Gidrologo-

morfologicheskie processy v ust'jah rek i metody ikh rascheta

3. Полонский В.Ф., Лупачев Ю.В., Скриптунов Н.А. Ги

(prognoza). Hydrological and morphological processes in

дролого-морфологические процессы в устьях рек

river mouths and methods of their calculation (forecast).

и методы их расчета (прогноза). СПб.: Гидрометео

St. Petersburg: Hydrometeoizdat, 1992: 383 p. [In Russian].

издат, 1992. 383 с.

4. Morse B., Burrrell B., Hilaire A., Bergeron N., Messi-

er D., Quach T. River ice processes in tidal rivers: re

search needs. Proc. 10^th Workshop on river Ice. 1999.

CGU-HS CRIPE: 388-399.

search needs // Proc. 10^th Workshop on river ice. 1999.

5. Desplanque C., Bray D.I. Winter ice regime in the tidal

CGU-HS CRIPE. P. 388-399.

estuaries of the northeastern portion of the Bay of

5. Desplanque C., Bray D.I. Winter ice regime in the tidal es

Fundy, New Brunswick. Canadian Journ. of Civil En

tuaries of the northeastern portion of the Bay of Fundy,

gineering. 1986, 13 (2): 130-139. doi: 10.1139/l86-021.

New Brunswick // Canadian Journ. of Civil Engineer

6. River ice formation. Еd. Beltaos S. Edmonton: CRIPE-

CGU, 2013: 553 p.

ing. 1986. V. 13. Is. 2. P. 130-139. doi: 10.1139/l86-021.

7. Donchenko R.V. Ledovyj rezhim rek SSSR. Ice regime of

6. River ice formation / Еd. Beltaos S. Edmonton:

the rivers of the USSR. Leningrad: Hydrometeoizdat,

CRIPE-CGU, 2013. 553 p.

1987: 247 p. [In Russian].

7. Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. Л.: Гид-

8. Gorin S.L., Romanenko F.A., Koval' M.V. First infor

рометеоиздат, 1987. 247 с.

mation about the winter hydrological regime and ice

8. Горин С.Л., Романенко Ф.А., Ковал М.В. Первые све

cover in the Hyper tidal mouth of the Penzhina river.

дения о зимнем гидрологическом режиме и ледя

Trudy V Vserossijskoj konferencii «Ledovye i termicheskie

processy na vodnyh ob’ektah Rossii». Proc. of the V all-

ном покрове в гиперприливном устье реки Пен

Russian conf. «Ice and thermal processes on water

жина // Тр. V Всерос. конф. «Ледовые и термиче

bodies of Russia». Moscow, 2016: 88-95. [In Russian].

ские процессы на водных объектах России». М.:

9. Gidrometeorologija i gidrohimija morej SSSR. T. II. Beloe

РГАУ-МСХА, 2016. С. 88-95.

more. Vyp. 1. Gidrometeorologicheskie uslovija. Hydro

9. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР.

meteorology and hydrochemistry of the seas of the

USSR. Is. 1. Hydrometeorological conditions. Lenin

Т. II. Белое море. Вып. 1 Гидрометеорологические

grad: Hydrometeoizdat, 1991: 240 p. [In Russian].

условия. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 240 с.

10. Demidenko N.A. The hydrological regime of the Mezen Bay

10. Демиденко Н.А. Гидрологический режим Мезенско

and the Mezen and Kuloiestuaries. Sistema Belogo morja.

го залива и эстуариев Мезени и Кулоя // Система

T. 2. Vodnaja tolshcha i vzaimodejstvujushchie s nej atmos-

Белого моря. Т. 2. Водная толща и взаимодейству

fera, kriosfera, rechnoj stok i biosfera. White sea System. V. 2.

 455 

Морские, речные и озёрные льды

ющие с ней атмосфера, криосфера, речной сток и

Water column and interacting atmosphere, cryosphere,

биосфера. М.: Научный мир, 2012. С. 411-432.

river flow and biosphere. Moscow: Naychni mir, 2012:

411-432. [In Russian].

11. Электронный ресурс: https://adormezen.ru. АО

11. https://adormezen.ru. Mezen road administration

«Мезенское дорожное управление».

JSC. [In Russian].

12. Демиденко Н.А. Современные особенности гидро

12. Demidenko N.A. Modern features of the hydrological re

логического режима устьевых областей рек бас

gime of estuaries of rivers in the White sea basin. Menja-

сейна Белого моря // Меняющийся климат и со

jushchijsja klimat i social'no-ekonomicheskij potencial Ros-

циально-экономический потенциал Российской

sijskoj Arktiki. Changing climate and socio-economic po

tential of the Russian Arctic. 2016, 2: 95-145. [In Russian].

Арктики. 2016. Т. 2. С. 95-145.

13. Doklad ob osobennostjah klimata na territorii Rossijskoj

13. Доклад об особенностях климата на территории

Federacii za 2019 god. Report on the peculiarities of the

Российской Федерации за 2019 год. М.: изд. Рос

climate on the territory of the Russian Federation for

гидромета, 2020. 97 с.

2019. Moscow: Roshydromet, 2020: 97 p. [In Russian].

14. Римский-Корсаков Н.А., Коротаев В.Н., Иванов В.В.,

14. Rimskij-Korsakov N.A., Korotaev V.N., Ivanov V.V., Pronin

Пронин А.А., Демиденко Н.А. Гидрологический

A.A., Demidenko N.A. Hydrological and lithodynamic

режим и литодинамические процессы в эстуарии

processes in the estuaries of the Mezen. Okeanologija.

Oceanology. 2018, 58 (4): 640-648. [In Russian].

Мезени // Океанология. 2018. Т. 58. № 4. С. 640-648.

15. Demidenko N.A., Zemljanov I.V., Gorelic O.V., Mihajlov

15. Демиденко Н.А., Землянов И.В., Горелиц О.В., Михай-

V.N. Study of hydrological and morphological processes

лов В.Н. Исследование гидролого-морфологических

in the estuary area of the Mezenriver for the design of

процессов в устьевой области реки Мезень для целей

the Mezen tidal power station. Trudy Gosudarstvennogo

проектирования Мезенской приливной электро

okeanograficheskogo instituta. Proc. of the State Oceano

станции // Тр. ГОИН. 2008. Вып. 211. С. 273-288.

graphic Institute. 2008, 211: 273-288. [In Russian].

16. Mermoz St., Allain-Bailhance S., Bernier M., Pottier E.,

Van Der Sanden J., Chokmani K. Retrieval of river ice

Van DerSanden J., Chokmani K. Retrieval of river ice

thickness from C-band PolSAR Data. IEEE Transac

thicknes from C-band PolSAR Data // IEEE Trans

tion on geoscience and remote sensing. 2014, 52 (6):

action on geoscience and remote sensing. 2014. V. 52.

3052-3062. doi: 10.1109/IGARSS.2012.6350734.

№ 6. P. 3052-3062.

17. Lindenschmidt K., Li Zh. Radar scatter decomposition

to differentiate between running ice accumulations and

intact ice covers long rivers. Remote Sensing. 2019, 11:

to differentiate between running ice accumulations and

307-321. doi: 10.3390/rs11030307.

intact ice covers long rivers // Remote Sensing. 2019.

18. Chu T., Lindenschmidt K. Integration of space-borne

V. 11. P. 307-321.

and air-borne data in monitoring river ice processes in

18. Chu T., Lindenschmidt K. Integration of space-borne

the Slave River, Canada. Remote Sensing of Environ

and air-borne data in monitoring river ice processes in

ment. 2016, 181: 65-81. doi: 10.1016/j.rse.2016.03.041.

the Slave River, Canada // Remote Sensing of Envi

19. Los H., Osinska-Skotak K., Pluto-Kossakowska J., Ber-

nier M., Gauthier Y., Jasek M., Roth A. Comparison of

ronment. 2016. V. 181. P. 65-81.

C-band and X-band polarimetric SAR data for river

19. Los H., Osinska-Skotak K., Pluto-Kossakowska J., Ber-

ice classification on the Peace river. The Intern. Ar

nier M., Gauthier Y., Jasek M., Roth A. Comparison of

chives of the Photogrammetry, Remote Sensing and

C-band and X-band polarimetric SAR data for river ice

Sparial Information Science. 2016, XLI-B7: 543-548.

classification on the Peace river // The Intern. Archives of

doi: 10.5194/isprsarchives-XLI-B7-543-2016.

the Photogrammetry, Remote Sensing and Sparial Infor

20. Shelutko V.A. Chislennye metody v gidrologii. Numerical

methods in hydrology. Leningrad: Hydrometeoizdat,

mation Science. Prague. 2016. V. XLI-B7. P. 543-548.

1991: 238 p. [In Russian].

20. Шелутко В.А. Численные методы в гидрологии.

21. Agafonova S.A., Mihajljukova P.G., Frolova N.L.,

Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 238 с.

Demidenko N.A. Winter regime of the estuaries of

21. Агафонова С.А., Михайлюкова П.Г., Фролова Н.Л.,

the Mezen and the Kuloy according to satellite im

Демиденко Н.А. Зимний режим устьевых участков

ages. Trudy III Vserossijskoj konf. Gidrometeorologija

Мезени и Кулоя по данным космических сним

i jekologija: dostizhenija i perspektivy razvitija. Proc.

ков // Тр. III Всерос. конф. «Гидрометеорология

of the III All-Russian Conf. Hydrometeorology and

Ecology: achievements and prospects of development.

и экология: достижения и перспективы развития».

St. Petersburg: Khimizdat, 2019: 47-50. [In Russian].

СПб.: Химиздат, 2019. С. 47-50.

22. Kolij V.M., Agafonova S.A.The ice regime of the estuaries

22. Колий В.М., Агафонова С.А. Ледовый режим устье

the Onega, the Mezen and the Kuloy rivers according to

вых участков рр. Онега, Мезень и Кулой по дан

satellite images. Chetvertye vinogradovskie chtenija. Gi-

ным космических снимков // Четвертые виногра

drologija ot poznanija k mirovozzreniju. Fourth Vinogradov

readings. Hydrology from the knowledge to the world. St.

довские чтения. Гидрология от познания к миро

Petersburg: VVM, 2020: 1086-1091. [In Russian].

воззрению. СПб.: ВВМ, 2020. С. 1086-1091.

23. Shatalina I.N., Tregub G.A. Ledovye problemy

23. Шаталина И.Н., Трегуб Г.А. Ледовые проблемы

stroitel'stva i jekspluatacii gidrotehnicheskih sooruzhenij.

строительства и эксплуатации гидротехнических

Ice problems of construction and operation of hydrau

сооружений. СПб.: Изд-во ОАО «ВНИИГ им.

lic structures. St. Petersburg: JSC «Vedeneev VNIIG»,

Б.Е. Веденеева», 2013. 452 с.

2013: 452 p. [In Russian].

 456 