Thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies

The paper presents results of experimental studies of the deformation of a freshwater ice cover. The works were carried out on the Lake Arakhley located in the Trans-Baikal Region, where winters are characterized by small amount of snow and sharp daily changes in the air temperature reaching 25 °C....

Full description

Bibliographic Details
Published in:Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk Seriya Geograficheskaya
Main Authors: S. Tsyrenzhapov V., A. Gurulev A., С. Цыренжапов В., А. Гурулев А.
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:Russian
Published: IGRAS 2020
Subjects:
deformation;dry cracks;ice cover;microwave remote sensing
деформация;ледяной покров;микроволновое дистанционное зондирование;сухие трещины
Arctic
Online Access:https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/822
https://doi.org/10.31857/S2076673420030051
id ftjias:oai:oai.ice.elpub.ru:article/822
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Ice and Snow (E-Journal)
op_collection_id ftjias
language Russian
topic deformation;dry cracks;ice cover;microwave remote sensing
деформация;ледяной покров;микроволновое дистанционное зондирование;сухие трещины
spellingShingle deformation;dry cracks;ice cover;microwave remote sensing
деформация;ледяной покров;микроволновое дистанционное зондирование;сухие трещины
S. Tsyrenzhapov V.
A. Gurulev A.
С. Цыренжапов В.
А. Гурулев А.
Thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies
topic_facet deformation;dry cracks;ice cover;microwave remote sensing
деформация;ледяной покров;микроволновое дистанционное зондирование;сухие трещины
description The paper presents results of experimental studies of the deformation of a freshwater ice cover. The works were carried out on the Lake Arakhley located in the Trans-Baikal Region, where winters are characterized by small amount of snow and sharp daily changes in the air temperature reaching 25 °C. As a result of this, the temperature gradient of the surface layer of the ice cover exceeds 1 °C/cm. This causes formation of the dry cracks in the upper layers of the cover. The authors measured daily variations in the temperature of the ice cover at various depths by its thickness. Results of the experiment made possible to propose the explanation for the formation of dry cracks and the depth of them, which reaches 20 cm in the Trans-Baikal Region. According to studies using a differential strain gauge, it was found that the upper layer of the ice cover is in a stressed state due to changes in its temperature. This is evident from the fact that when the temperature of the upper layer of ice changes, the distance between the reference points slightly changes too. When the air temperature approaches the temperature of the «ice–water» phase transition, the ice cover is unloaded. We assume that the dry cracks can also be formed when the stress state of ice is released at even lower temperatures. Interest in these structural changes had been arisen in connection with possible variations in the electromagnetic properties of the ice cover, which can be detected by non-contact radio wave measurements. These variations result from the presence of a quasiliquid layer on the surfaces of dry cracks (together with hoar-frost and snow in them), which can exist down to a temperature of −90 °C. Its presence increases the complex relative permittivity of a medium consisting of a solid (ice) and a liquid phase (water film). Calculations of the radiometric temperature within the centimeter range in a flat-layer non-isothermal medium have shown that the presence of dry cracks in the ice cover increases radio temperature up to 5 K on ...
format Article in Journal/Newspaper
author S. Tsyrenzhapov V.
A. Gurulev A.
С. Цыренжапов В.
А. Гурулев А.
author_facet S. Tsyrenzhapov V.
A. Gurulev A.
С. Цыренжапов В.
А. Гурулев А.
author_sort S. Tsyrenzhapov V.
title Thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies
title_short Thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies
title_full Thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies
title_fullStr Thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies
title_full_unstemmed Thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies
title_sort thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies
publisher IGRAS
publishDate 2020
url https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/822
https://doi.org/10.31857/S2076673420030051
genre Arctic
genre_facet Arctic
op_source Ice and Snow; Том 60, № 3 (2020); 445-452
Лёд и Снег; Том 60, № 3 (2020); 445-452
2412-3765
2076-6734
op_relation https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/822/530
Бордонский Г.С. Причины возникновения становых трещин в ледяных покровах озер // География и прир. ресурсы. 2007. № 2. С. 69–76.
Гляциологический словарь / Под ред. В.М. Котлякова. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 528 с.
Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. М.: Наука, 1999. 255 с.
Методические рекомендации работ по оценке грузоподъемности ледовых переправ. М.: Федеральное дорожное агентство (Росавтодор), 2017. 42 с.
Копосов Г.Д., Тягунин А.В. Калориметрические исследования квазижидкого слоя на поверхности гранул льда // Письма в ЖЭТФ. 2011. Т. 94. Вып. 5. С. 406–409.
Castrillon S.R.-V., Giovambattista N., Arsay I.A., Debenedetti P.G. Structure and Energetics of Thin Film Water // Journ. of Physical Chemistry. C. 2011. V. 115. P. 4624–4635. doi:10.1021/jp1083967.
Solveyra E.G., Llave E., Scherlis D.A., Molinero V. Melting and crystallization of ice in partially filled nanopores // Journ. of Physical Chemistry. B. 2011. V. 115. P. 14196–14204. doi:10.1021/jp205008w.
Бордонский Г.С., Орлов А.О., Хапин Ю.Б. Коэффициент затухания и диэлектрическая проницаемость переохлажденной объемной воды в интервале температур 0…−90 °С на частотах 11. 140 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 3. С. 255–270. doi:10.21046/2070-7401-2017-14-3-255-270.
Цыренжапов С.В., Гурулев А.А., Орлов А.О. Измерение содержания незамерзшей воды в пеностекле при отрицательных температурах // Изв. Уральского гос. горного ун‑та. 2018. № 3 (51). С. 83–88. doi:10.21440/2307-2091-2018-3-83-88.
Шутко А.М. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М.: Наука, 1986. 190 с.
Мачерет Ю.Я. Радиозондирование ледников. М.: Научный мир, 2006. 392 с.
Котляков В.М., Мачерет Ю.Я., Сосновский А.В., Глазовский А.Ф. Скорость распространения радиоволн в сухом и влажном снежном покрове // Лёд и Снег. 2017. Т. 57. № 1. С. 45–56. doi:10.15356/2076-6734-2017-1-45-56.
Веселков Г.О., Чечель Л.П. Изменение параметров химического состава в водной толще озера Арахлей (Восточное Забайкалье) // Аспирант. Приложение к журналу Вестн. Забайкальского гос. ун‑та. 2018. Т. 12. № 2. С. 29–35. doi:10.21209/2074-9155-2018-12-2-29-35.
Смахтин В.К. Ледовый режим озёр Забайкалья в условиях современного потепления // Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 2. С. 225–230. doi:10.15356/2076-6734-2018-2-225-230.
Степанюк И.А., Смирнов В.Н. Методы измерений характеристик динамики ледяного покрова. М.: Интеграция, 2001. 136 с.
Алексеев А.Э., Вдовенко В.С., Горшков Б.Г., Потапов В.Т., Симикин Д.Е. Когерентный двухчастотный фазочувствительный рефлектометр с амплитудной модуляцией зондирующих импульсов // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. № 4. С. 384–388.
Masoudi A., Belal M., Newson T.P. A distributed optical fibre dynamic strain sensor based on phase-OTDR // Measurement Science and Technology. 2013. V. 24. Is. 8. P. 085204.
Бордонский Г.С., Рябова Л.Д. Радиочастотный дифференциальный измеритель деформации // Учен. зап. Забайкальского гос. ун‑та. 2015. № 3 (62). С. 26–29.
Климат Читы / Под ред. Ц.А. Швер, И.А. Зильберштейна. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 246 с.
Butkovich T.R. Thermal Expansion of Ice // Journ. of Applied Physics. 1959. V. 30. Is. 3. P. 350–353. doi:10.1063/1.1735166.
Ружич В.В., Псахье С.Г., Черных Е.Н., Борняков С.А., Гранин Н.Г. Деформации и сейсмические явления в ледяном покрове озера Байкал // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 3. С. 289–299.
Бордонский Г.С., Гурулев А.А., Крылов С.Д. Электромагнитные потери пресного льда в микроволновом диапазоне при 0 °С // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59. № 6. С. 587–592. doi:10.7868/S0033849414060060.
Бордонский Г.С., Гурулев А.А., Крылов С.Д. «Просветление» льда в микроволновом диапазоне при текучести // Письма в Журнал техн. физики. 2009. Т. 35. № 22. С. 46–54.
Alekseeva T., Tikhonov V., Frolov S., Repina I., Raev M., Sokolova J., Sharkov E., Afanasieva E., Serovetnikov S. Comparison of Arctic Sea Ice concentrations from the NASA team, ASI, and VASIA2 algorithms with summer and winter ship data // Remote Sensing. 2019. V. 11. Is. 21. P. 2481. doi:10.3390/rs11212481.
Клепиков И.Н., Шарков Е.А. Теоретические исследования собственного излучения резконеоднородных неизотермических сред // Исследование Земли из космоса. 1992. № 6. С. 3–15.
Domine F., Taillandier A.-S., Simpson W.R. A parameterization of the specific surface area of seasonal snow for field use and for models of snowpack evolution // Journ. of Geophys. Research. 2007. V. 112. F02031. doi:10.1029/2006JF000512.
Бордонский Г.С. Тепловое излучение ледяного покрова пресных водоемов. Новосибирск: Наука, 1990. 102 с.
Кирбижекова И.И., Чимитдоржиев Т.Н., Тубанов Ц.А., Татьков Г.И., Захаров А.И., Быков М.Е., Дмитриев А.В., Филатов А.В., Евтюшкин А.В. Результаты исследований динамики ледового покрова озера Байкал методами спутниковой радиолокации ALOS PALSAR и GPS-навигации // Вестн. Бурятского науч. центра СО РАН. 2012. № 1 (5). С. 42–59.
https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/822
doi:10.31857/S2076673420030051
op_rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , что позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Редакция журнала будет размещать принятую для публикации статью на сайте журнала до выхода её в свет (после утверждения к печати редколлегией журнала). Авторы также имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
op_rightsnorm CC-BY
op_doi https://doi.org/10.31857/S2076673420030051
https://doi.org/10.1021/jp1083967
https://doi.org/10.1021/jp205008w
https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-3-255-270
https://doi.org/10.21440/2307-2091-2018-3-83-88
https://doi.org/10.15356/2076-673
container_title Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk Seriya Geograficheskaya
container_issue 6
container_start_page 70
op_container_end_page 80
_version_ 1766302557764845568
spelling ftjias:oai:oai.ice.elpub.ru:article/822 2023-05-15T14:28:23+02:00 Thermal deformations and brightness temperature of the ice cover of freshwater bodies Тепловые деформации и радиояркостная температура ледяного покрова пресных водоёмов S. Tsyrenzhapov V. A. Gurulev A. С. Цыренжапов В. А. Гурулев А. 2020-08-12 application/pdf https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/822 https://doi.org/10.31857/S2076673420030051 rus rus IGRAS https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/822/530 Бордонский Г.С. Причины возникновения становых трещин в ледяных покровах озер // География и прир. ресурсы. 2007. № 2. С. 69–76. Гляциологический словарь / Под ред. В.М. Котлякова. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 528 с. Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. М.: Наука, 1999. 255 с. Методические рекомендации работ по оценке грузоподъемности ледовых переправ. М.: Федеральное дорожное агентство (Росавтодор), 2017. 42 с. Копосов Г.Д., Тягунин А.В. Калориметрические исследования квазижидкого слоя на поверхности гранул льда // Письма в ЖЭТФ. 2011. Т. 94. Вып. 5. С. 406–409. Castrillon S.R.-V., Giovambattista N., Arsay I.A., Debenedetti P.G. Structure and Energetics of Thin Film Water // Journ. of Physical Chemistry. C. 2011. V. 115. P. 4624–4635. doi:10.1021/jp1083967. Solveyra E.G., Llave E., Scherlis D.A., Molinero V. Melting and crystallization of ice in partially filled nanopores // Journ. of Physical Chemistry. B. 2011. V. 115. P. 14196–14204. doi:10.1021/jp205008w. Бордонский Г.С., Орлов А.О., Хапин Ю.Б. Коэффициент затухания и диэлектрическая проницаемость переохлажденной объемной воды в интервале температур 0…−90 °С на частотах 11. 140 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 3. С. 255–270. doi:10.21046/2070-7401-2017-14-3-255-270. Цыренжапов С.В., Гурулев А.А., Орлов А.О. Измерение содержания незамерзшей воды в пеностекле при отрицательных температурах // Изв. Уральского гос. горного ун‑та. 2018. № 3 (51). С. 83–88. doi:10.21440/2307-2091-2018-3-83-88. Шутко А.М. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М.: Наука, 1986. 190 с. Мачерет Ю.Я. Радиозондирование ледников. М.: Научный мир, 2006. 392 с. Котляков В.М., Мачерет Ю.Я., Сосновский А.В., Глазовский А.Ф. Скорость распространения радиоволн в сухом и влажном снежном покрове // Лёд и Снег. 2017. Т. 57. № 1. С. 45–56. doi:10.15356/2076-6734-2017-1-45-56. Веселков Г.О., Чечель Л.П. Изменение параметров химического состава в водной толще озера Арахлей (Восточное Забайкалье) // Аспирант. Приложение к журналу Вестн. Забайкальского гос. ун‑та. 2018. Т. 12. № 2. С. 29–35. doi:10.21209/2074-9155-2018-12-2-29-35. Смахтин В.К. Ледовый режим озёр Забайкалья в условиях современного потепления // Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 2. С. 225–230. doi:10.15356/2076-6734-2018-2-225-230. Степанюк И.А., Смирнов В.Н. Методы измерений характеристик динамики ледяного покрова. М.: Интеграция, 2001. 136 с. Алексеев А.Э., Вдовенко В.С., Горшков Б.Г., Потапов В.Т., Симикин Д.Е. Когерентный двухчастотный фазочувствительный рефлектометр с амплитудной модуляцией зондирующих импульсов // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. № 4. С. 384–388. Masoudi A., Belal M., Newson T.P. A distributed optical fibre dynamic strain sensor based on phase-OTDR // Measurement Science and Technology. 2013. V. 24. Is. 8. P. 085204. Бордонский Г.С., Рябова Л.Д. Радиочастотный дифференциальный измеритель деформации // Учен. зап. Забайкальского гос. ун‑та. 2015. № 3 (62). С. 26–29. Климат Читы / Под ред. Ц.А. Швер, И.А. Зильберштейна. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 246 с. Butkovich T.R. Thermal Expansion of Ice // Journ. of Applied Physics. 1959. V. 30. Is. 3. P. 350–353. doi:10.1063/1.1735166. Ружич В.В., Псахье С.Г., Черных Е.Н., Борняков С.А., Гранин Н.Г. Деформации и сейсмические явления в ледяном покрове озера Байкал // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 3. С. 289–299. Бордонский Г.С., Гурулев А.А., Крылов С.Д. Электромагнитные потери пресного льда в микроволновом диапазоне при 0 °С // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59. № 6. С. 587–592. doi:10.7868/S0033849414060060. Бордонский Г.С., Гурулев А.А., Крылов С.Д. «Просветление» льда в микроволновом диапазоне при текучести // Письма в Журнал техн. физики. 2009. Т. 35. № 22. С. 46–54. Alekseeva T., Tikhonov V., Frolov S., Repina I., Raev M., Sokolova J., Sharkov E., Afanasieva E., Serovetnikov S. Comparison of Arctic Sea Ice concentrations from the NASA team, ASI, and VASIA2 algorithms with summer and winter ship data // Remote Sensing. 2019. V. 11. Is. 21. P. 2481. doi:10.3390/rs11212481. Клепиков И.Н., Шарков Е.А. Теоретические исследования собственного излучения резконеоднородных неизотермических сред // Исследование Земли из космоса. 1992. № 6. С. 3–15. Domine F., Taillandier A.-S., Simpson W.R. A parameterization of the specific surface area of seasonal snow for field use and for models of snowpack evolution // Journ. of Geophys. Research. 2007. V. 112. F02031. doi:10.1029/2006JF000512. Бордонский Г.С. Тепловое излучение ледяного покрова пресных водоемов. Новосибирск: Наука, 1990. 102 с. Кирбижекова И.И., Чимитдоржиев Т.Н., Тубанов Ц.А., Татьков Г.И., Захаров А.И., Быков М.Е., Дмитриев А.В., Филатов А.В., Евтюшкин А.В. Результаты исследований динамики ледового покрова озера Байкал методами спутниковой радиолокации ALOS PALSAR и GPS-навигации // Вестн. Бурятского науч. центра СО РАН. 2012. № 1 (5). С. 42–59. https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/822 doi:10.31857/S2076673420030051 Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , что позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Редакция журнала будет размещать принятую для публикации статью на сайте журнала до выхода её в свет (после утверждения к печати редколлегией журнала). Авторы также имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). CC-BY Ice and Snow; Том 60, № 3 (2020); 445-452 Лёд и Снег; Том 60, № 3 (2020); 445-452 2412-3765 2076-6734 deformation;dry cracks;ice cover;microwave remote sensing деформация;ледяной покров;микроволновое дистанционное зондирование;сухие трещины info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion 2020 ftjias https://doi.org/10.31857/S2076673420030051 https://doi.org/10.1021/jp1083967 https://doi.org/10.1021/jp205008w https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-3-255-270 https://doi.org/10.21440/2307-2091-2018-3-83-88 https://doi.org/10.15356/2076-673 2022-12-20T13:29:52Z The paper presents results of experimental studies of the deformation of a freshwater ice cover. The works were carried out on the Lake Arakhley located in the Trans-Baikal Region, where winters are characterized by small amount of snow and sharp daily changes in the air temperature reaching 25 °C. As a result of this, the temperature gradient of the surface layer of the ice cover exceeds 1 °C/cm. This causes formation of the dry cracks in the upper layers of the cover. The authors measured daily variations in the temperature of the ice cover at various depths by its thickness. Results of the experiment made possible to propose the explanation for the formation of dry cracks and the depth of them, which reaches 20 cm in the Trans-Baikal Region. According to studies using a differential strain gauge, it was found that the upper layer of the ice cover is in a stressed state due to changes in its temperature. This is evident from the fact that when the temperature of the upper layer of ice changes, the distance between the reference points slightly changes too. When the air temperature approaches the temperature of the «ice–water» phase transition, the ice cover is unloaded. We assume that the dry cracks can also be formed when the stress state of ice is released at even lower temperatures. Interest in these structural changes had been arisen in connection with possible variations in the electromagnetic properties of the ice cover, which can be detected by non-contact radio wave measurements. These variations result from the presence of a quasiliquid layer on the surfaces of dry cracks (together with hoar-frost and snow in them), which can exist down to a temperature of −90 °C. Its presence increases the complex relative permittivity of a medium consisting of a solid (ice) and a liquid phase (water film). Calculations of the radiometric temperature within the centimeter range in a flat-layer non-isothermal medium have shown that the presence of dry cracks in the ice cover increases radio temperature up to 5 K on ... Article in Journal/Newspaper Arctic Ice and Snow (E-Journal) Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk Seriya Geograficheskaya 6 70 80

Similar Items