Ice and SnowIce and SnowЛед и снег2076-67342412-3765The Russian Academy of Sciences65936410.31857/S2076673423020035RTIBJTSea, river and lake icesМорские, речные и озёрные льдыIce and Snow on Lake Stemmevatnet, Spitsbergen, in Winter 2019/20Лёд и снег озера Стемме (о. Западный Шпицберген) зимой 2019/20 г.BogorodskiyP. V.БогородскийП. В.bogorodski@aari.ruFilchukK. V.ФильчукК. В.bogorodski@aari.ruSidorovaO. R.СидороваО. Р.bogorodski@aari.ruRyzhovI. V.РыжовИ. В.bogorodski@aari.ruRomashovaK. V.РомашоваК. В.bogorodski@aari.ruNovikovA. L.НовиковА. Л.bogorodski@aari.ruMovchanV. V.МовчанВ. В.bogorodski@aari.ruMarchenkoA. V.МарченкоА. В.bogorodski@aari.ruKustovV. Yu.КустовВ. Ю.bogorodski@aari.ruBorisikA. L.БорисикА. Л.bogorodski@aari.ruKhaustovV. A.ХаустовВ. А.bogorodski@aari.ruArctic and Antarctic Research InstituteАрктический и антарктический НИИUniversity Centre in SvalbardУниверситетский центр на ШпицбергенеZubov Oceanographic InstituteГосударственный океанографический институт им. Н.Н. ЗубоваState Hydrometeorological UniversityРоссийский государственный гидрометеорологический университет0107202363344145320022025Copyright ©; 2023, П.В. Богородский, А.Л. Борисик, В.Ю. Кустов, А.В. Марченко, В.В. Мовчан, А.Л. Новиков, К.В. Ромашова, И.В. Рыжов, О.Р. Сидорова, К.В. Фильчук, В.А. ХаустовCopyright ©; 2023, П.В. Богородский, А.Л. Борисик, В.Ю. Кустов, А.В. Марченко, В.В. Мовчан, А.Л. Новиков, К.В. Ромашова, И.В. Рыжов, О.Р. Сидорова, К.В. Фильчук, В.А. Хаустов2023П.В. Богородский, А.Л. Борисик, В.Ю. Кустов, А.В. Марченко, В.В. Мовчан, А.Л. Новиков, К.В. Ромашова, И.В. Рыжов, О.Р. Сидорова, К.В. Фильчук, В.А. ХаустовП.В. Богородский, А.Л. Борисик, В.Ю. Кустов, А.В. Марченко, В.В. Мовчан, А.Л. Новиков, К.В. Ромашова, И.В. Рыжов, О.Р. Сидорова, К.В. Фильчук, В.А. Хаустовhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/2076-6734/article/view/659364

Received January 19, 2023 ;revised March 22, 2023; accepted June 27, 2023

The results of observations and modeling of the formation of the snow-ice cover of Lake Stemme (West Svalbard Island) in winter 2019/20 are presented. The main information was obtained by two radar (GPR) survey, performed on the floating ice of the Lake on March 12 and April 22 of 2020. Authors believe that probably these observations were the first ones on the Lake. The use of the radar made it possible to obtain data on the dynamics of the thickness of the layers of snow and ice cover, the so-called “snow ice” which is formed when the boundary between snow and ice was submerged under water. During the time between records, the thickness of the last “snow ice” increased two to three times, i.e., from units to the first tens of cm, and it spread to the entire deep-water part of the Lake area. In addition, analysis of high-precision positioning of the radar records revealed a significant deflection in the ice surface in the central part of the Lake under the influence of snow load and the decreasing level of the reservoir. The calculations of the thermodynamics of the floating ice cover have shown that its thickening occurs as a result of the processes of congelation and isostatic ice formation, replacing each other at its lower and upper boundaries, respectively. At the same time, the formation of “snow ice” violates the characteristic feature of decreasing of ice thickness with growth of the snow thickness, which significantly influences on the thermal and mass balance of the Lake snow-ice cover. Results of calculations of the ice cover deformation did show that it takes place not only due to the elastic, but also to the viscous properties of ice, and it is concentrated in a narrow coastal zone. The maximum radial stress is reached at a distance of several meters from the shore, where a circular crack parallel to the shoreline is formed. Such a crack is formed at all ice thicknesses at about the same distance from the shore.

Представлены и проанализированы результаты комплексных наблюдений снежно-ледяного покрова оз. Стемме (о. Западный Шпицберген) зимой 2019/20 г. Полевые данные дополнены результатами моделирования, описывающими особенности его нарастания и деформации.

Svalbardlakeice covermeasurementsradar surveymodelingШпицбергенозероснежно-ледяной покровизмерениярадиолокациямоделированиеBuldovich S.N. Influence of water covers on the temperature regime of the rock surface. Osnovy geokriologii. Fundamentals of geocryology. Moscow: Moscow University Press, 2001: 75–85 [In Russian].Булдович С.Н. Влияние водных покровов на температурный режим поверхности пород / В кн.: Основы геокриологии. Ч. 4 / Под ред. Э.Д. Ершова. М.: Изд. МГУ, 2001. С. 75–85.Vladov M.L., Sudakova M.S. Georadiolokatsiia: ot fizicheskikh osnov do perspektivnykh napravlenii. Ground Penetrating Radar: From Theory to future applications. Moscow: “Geos” publishing, 2017: 240 p. [In Russian].Владов М.Л., Судакова М.С. Георадиолокация: от физических основ до перспективных направлений. М.: ГЕОС, 2017. 240 с.Dexgeymer D.V., Chernyshov P.V. Personal’noe soobshchenie. Personal message, 2021.Дексгеймер Д.В., Чернышёв П.В. Персональное сообщение, 2021.Demeshkin A.S. Geoekologicheskaia otsenka sostoianiia prirodnoi sredy v raione raspolozheniia rossiiskogo ugledobyvaiushchego rudnika Barentsburg na arkhipelage Shpitsbergen. Geoecological assessment of the natural environment state in the location of the Russian coal mine Barentsburg on Svalbard. PhD. Russian State Hydrometeorological University. St. Petersburg. 2015: 181 p. [In Russian].Демешкин А.С. Геоэкологическая оценка состояния природной среды в районе расположения российского угледобывающего рудника Баренцбург на архипелаге Шпицберген. Дис. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук. СПб.: РГГМУ. 2015. 181 с.Donchenko R.V. Ledovyi rezhim rek SSSR. Ice regime of the USSR rivers. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1987: 248 p. [In Russian].Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 248 с.Kotlyakov V.M., Osokin N.I., Sosnovsky A.V. Dynamics of seasonally thawed layer on Svalbard and the Antarctic Peninsula in the ХХI century according to modeling data. Led i Sneg. Ice and Snow. 2020, 60 (2): 201–212 [In Russian]. https://doi.org/10.31857/S2076673420020034Котляков В.М., Осокин Н.И., Сосновский А.В. Динамика сезонно-талого слоя на Шпицбергене и Антарктическом полуострове в ХХI в. по результатам моделирования // Лёд и Снег. 2020. Т. 60. № 2. С. 201–212. https://doi.org/10.31857/S2076673420020034Kritskij S.P., Menkel’ M.F., Rossinski K.I. Zimnii termi-cheskim rezhim vodokhranilishch, rek i kanalov. Winter thermal regime of reservoirs, rivers and canals. Moscow: Gosenergoizdat, 1947: 155 p. [In Russian].Крицкий С.П., Менкель М.Ф., Россинский К.И. Зимний термическиq режим водохранилищ, рек и каналов. М.–Л.: Госэнергоиздат, 1947. 155 с.Lavrentiev I.I., Kutuzov S.S., Glazovsky A.F., Macheret Y.Y., Osokin N.I., Sosnovsky A.V., Chernov R.А., Cherniakov G.A. Snow thickness on Austre Grønfjordbreen, Svalbard, from radar measurements and standard snow surveys. Led i Sneg. Ice and Snow. 2018, 58 (1): 5–20 [In Russian]. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-1-5-20Лаврентьев И.И., Кутузов С.С., Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я., Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А., Черняков Г.И. Толщина снежного покрова на леднике Восточный Грёнфьорд (Шпицберген) по данным радарных измерений и стандартных снегомерных съёмок // Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 1. С. 5–20. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-1-5-20Meshcheryakov N.I. Sovremennoe osadkonakoplenie v zalive Grenf’ord (Zapadnyi Shpitsbergen). Modern sedimentation in the Grenfjord bay (Western Spitsbergen). PhD. Murmansk Marine Biological Institute, Russian Academy of Sciences. Murmansk. 2017: 120 p. [In Russian].Мещеряков Н.И. Современное осадконакопление в заливе Грёнфьорд (Западный Шпицберген). Дис. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук. Мурманск: Мурманский морской биологический ин-т КНЦ РАН. 2017. 120 с.Osokin N.I., Sosnovskiy A.V., Chernov R.A. Effective Thermal Conductivity of Snow and Its Variations. Kriosfera Zemli. Cryosphere of the Earth. 2017, 21 (3): 60–68 [In Russian]. https://doi.org/10.21782/EC2541-9994-2017-3(55-61)Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Коэффициент теплопроводности снега и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 3. С. 60–68. https://doi.org/10.21782/EC2541-9994-2017-3(55-61)Pavlov A.V. Monitoring kriolitozony. Monitoring of permafrost zone. Novosibirsk: Academy izdatelstvo “Geo”, 2008: 229 p. [In Russian].Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Новосибирск, Академ. изд-во “Гео”, 2008. 229 с.Pavlov A.V. The thermal regime of lakes in northern plain regions. Kriosfera Zemli. Cryosphere of the Earth. 1999, 3 (3): 59–70 [In Russian].Павлов А.В. Термический режим озёр равнинных районов севера // Криосфера Земли. 1999. Т. III. № 3. С. 59–70.Pivovarov A.A. Termika zamerzaiushchikh vodoemov. Thermals of freezing reservoirs. Moscow: Moscow University Press, 1972: 140 p. [In Russian].Пивоваров А.А. Термика замерзающих водоемов. М.: Изд-во МГУ, 1972. 140 с.Semenov A.V., Davydov A.A., Ipatov A.N. V knige Kompleksnye issledovaniia prirody Shpitsbergena. Hydrological survey of lake Bienda-stemme (Spitsbergen archipelago). Complex investigations of Spitsbergen nature. Apatity, 2003: 127–136 [In Russian].Семенов А.В., Давыдов А.А., Ипатов А.Н. Гидрологическое обследование озера Биенда-стемме (архипелаг Шпицберген). В кн.: Комплексные исследования природы Шпицбергена. Апатиты, 2003. С. 127–136.Sneg. The Snow. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1986: 751 p. [In Russian].Снег: Справочник / Под ред. Д.М. Грея, Д.Х. Мейла. Л., Гидрометеоиздат, 1986. 751 с.Finkelstein M.I., Lazarev E.I., Chizhov A.N. Radiolokazionnye aeroledomernye sʹemki rek, ozer I vodokhranilichsh. Radar aerial ice surveys of rivers, lakes and reservoirs. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1984: 112 p. [In Russian].Финкельштейн М.И., Лазарев Э.И., Чижов А.Н. Радиолокационные аэроледомерные съёмки рек, озёр и водохранилищ. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 112 с.Khaustov V.A., Romashova K.V., Khrenov A.A. Assessment of long-term changes in the maximum snow reserves and water yield of the northern region of Russia. Sbornik tezisov Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii “Sovremennye problemy gidrometeorologii i ustoichivogo razvitiia Rossiiskoi Federatsii”. Collection of abstracts of the All-Russian scientific-practical conference “Modern problems of hydrometeorology and sustainable development of the Russian Federation”. St. Petersburg: Russian State Hydrometeorological University, 2019: 294–296 [In Russian].Хаустов В.А., Ромашова К.В., Хренов А.А. Оценка многолетних изменений максимальных снегозапасов и водоотдачи Северного края России // Сб. тезисов Всеросс. науч.-практич. конф. “Современные проблемы гидрометеорологии и устойчивого развития Российской Федерации”. СПб.: Российский гос. гидромет. ун-т, 2019. С. 294–296.Khaustov V.A. Model operation of process of formation of snow cover water equivalents of the Russian part of the basin of the Arctic Ocean. Trudy Vserossijskoj konferencii “Gidrometeorologiya i ekologiya: nauchnye i obrazovatel’nye dostizheniya i perspektivy razvitiya”. Proceedinngs of the All-Russian Conference “Hydrometeorology and ecology: scientific and educational achievements and perspectives”. St. Petersburg: Agraf +, 2017: 470–473 [In Russian].Хаустов В.А. Моделирование процесса формирования снегозапасов Российской части бассейна Северного Ледовитого океана // Тр. Всеросс. конф. “Гидрометеорология и экология: научные и образовательные достижения и перспективы развития”. СПб.: Аграф+, 2017. С. 470–473.Cherepanov N.V. Classification of ice of natural reservoirs. Trudy AANII. Proc. AARI. 1976, 331: 77–99 [In Russian].Черепанов Н.В. Классификация льдов природных водоемов // Тр. ААНИИ. 1976. Т. 331. С. 77–99.Chizhov A.N. Formirovanie ledyanogo pokrova i prostranstvennoe raspredelenie ego tolshchin. The formation of an ice cover and the spatial distribution of its thickness. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1990: 128 p. [In Russian].Чижов А.Н. Формирование ледяного покрова и пространственное распределение его толщины. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 128 с.rp5.ru. Retrieved from: http://rp5.ru/archive.php?wmo_id=20107 (Last access: 19 January 2023).rp5.ru // Электронный ресурс. http://rp5.ru/archive.php?wmo_id=20107. Дата обращения: 19.01.2023.Karulina M., Marchenko A., Karulin E., Sodhi D., Sakharov A., Chitsyakov P. Full-scale flexural strength of sea ice and freshwater ice in Spitsbergen Fjords and North-West Barents Sea. Applied Ocean Research. 2019, 90: 101853. https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.101853.Karulina M., Marchenko A., Karulin E., Sodhi D., Sakharov A., Chitsyakov P. Full-scale flexural strength of sea ice and freshwater ice in Spitsbergen Fjords and North-West Barents Sea // Applied Ocean Research. 2019. V. 90. 101853 https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.101853Leppäranta M. Freezing of lakes and the evolution of their ice cover. Springer Berlin Heidelberg, 2015: 301 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-29081-7.Leppäranta M. Freezing of lakes and the evolution of their ice cover. Springer-Praxis, Heidelberg, Germany, 2015. P. 301. https://doi.org/10.1007/978-3-642-29081-7McGinn G.H.P. Sediment trap analysis in high-arctic lake Linnȇvatnet indicates a recent shift in the annual hydrological regime. Honors Theses. 2018: 250. https://scarab.bates.edu/honorstheses/250.McGinn G.H.P. Sediment trap analysis in high-arctic lake Linnȇvatnet indicates a recent shift in the annual hydrological regime // Honors Theses. 2018. 250 p. https://scarab.bates.edu/honorstheses/250Norton F.H. The Creep of Steels at High Temperatures. New York: Mc-Graw-HilI, 1929: 90 p.Norton F.H. The Creep of Steels at High Temperatures, Mc- Graw-HilI, New York, 1929. 90 p.Schulson E.M., Duval P. Creep and fracture of ice. University Press: Cambridge. 2009: 401 p.Schulson E.M., Duval P. Creep and fracture of ice. University Press: Cambridge, 2009. 401 p.Sturm M., Liston G.E. The snow cover on lakes of the Arctic Coastal Plain of Alaska, U.S.A. Journ. of Glaciology. 2003, 49 (166): 370–380.Sturm M., Liston G.E. The snow cover on lakes of the Arctic Coastal Plain of Alaska, USA // Journ. of Glaciology. 2003. V. 49. № 166. P. 370–380.Sturm M., Taras B., Liston G., Derksen C., Jonas T., Lea J. Estimating regional and global snow water resources using depth data and climate classes of snow. Journ. of Hydrometeorology. 2010, 11: 1380–1394. https://doi.org/10.1175/2010JHM1202.1.Sturm M., Taras B., Liston G., Derksen C., Jonas T., Lea J. Estimating regional and global snow water resources using depth data and climate classes of snow // Journ. of Hydrometeorology. 2010. V. 11. P. 1380–1394. https://doi.org/10.1175/2010JHM1202.1