Ледяные цветы – необычайно красивое явление природы в Арктике
Морской лед является сложным физическим телом, состоящим из кристаллов пресного льда, рассола, пузырьков воздуха и различных примесей. Соотношение составляющих зависит от условий льдообразования и последующих ледовых процессов и влияет на среднюю плотность льда. Так, наличие пузырьков воздуха значительно уменьшает плотность льда. Соленость оказывает на его плотность меньшее воздействие, чем пористость. При солености 2 промилле и нулевой пористости плотность льда составляет 922 кг / м 3, а при пористости 6 % понижается до 867. В то же время при нулевой пористости увеличение солености с 2 до 6 промилле приводит к увеличению плотности льда лишь с 922 до 928 кг / м 3 [ 4 ].
Значительное изменение толщины морского льда сопровождается подъемом частотной характеристики поглощения энергии электромагнитных волн в диапазоне частот 100 МГц и выше.
Это обусловливает основную проблему измерения толщины морского льда, а именно проблему временного разрешения сигналов, отраженных границами зондируемого льда.
Расчет показывает, что для толщины льда 0,2 – 3 м при средней скорости вертикального распространения электромагнитных волн 160 м / мкс(« наихудший случай ») временная задержка сигнала, отраженного от нижней границы льда относительно сигнала от верхней границы, находится в пределах 2,5 – 37,5 нс. Следовательно, для обеспечения временного разрешения сигналов( по критерию Релея) длительность зондирующего сигнала на уровне половины амплитуды должна быть не более 2,5 нс. Техническая реализация аппаратуры, позволяющей получить зондирующие сигналы такой длительности, возможна только в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн, то есть на частотах, на которых морской лед всех возрастных градаций становится существенно менее прозрачным.
Поглощение энергии электромагнитных волн в морском льду, зависящее от его возраста, вызывает различие в уровнях сигналов, отраженных верхней и нижней границами льда. Это различие возрастает с увеличением частоты зондирующего сигнала и содержания жидкой фазы во льду. Так, для льда толщиной 1 м при относительном объеме жидкой фазы 1,6 % отношение амплитуд сигналов, отраженных от границ льда, составляет 10 дБ на частоте 50 МГц, 50 дБ – на частоте 300 МГц и 100 дБ – на частоте 600 МГц. Для двухметрового льда при относительном объеме жидкой фазы 0,7 % – 12, 70 и 100 дБ соответственно на тех же частотах [ 5 ].
82 Морские информационно-управляющие системы, 2016 / No. 1( 9)