Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. «Газовая промышленность»
  4. Спецвыпуск 4.2024
Спецвыпуск 4.2024

Обзорная статья

EDN: OFYXGL

УДК 551.326.6-7
(UDK 551.326.6-7)

Авторизуйтесь

ОСВОЕНИЕ ШЕЛЬФА (SHELF DEVELOPMENT)

МОДЕЛЬ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ДРЕЙФА АЙСБЕРГОВ, УЧИТЫВАЮЩАЯ ОСОБЕННОСТИ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ЛЕДЯНЫМ ПОКРОВОМ, И ЕЕ ВЕРИФИКАЦИЯ ПО ДАННЫМ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕ

(LONG-TERM ICEBERG DRIFT MODEL TAKING INTO CONSIDERATION SPECIFIC FEATURES OF INTERACTION OF ICEBERGS WITH ICE COVER, AND MODEL VERIFICATION BASED ON FIELD DATA FROM THE BARENTS SEA)

При выборе концепции обустройства морских месторождений углеводородов, расположенных в акваториях Баренцева и Карского морей, важное значение имеют количественные показатели айсберговой опасности, например частота появления дрейфующих айсбергов в заданном районе. Оценка этой величины может быть выполнена либо на основе статистического анализа данных о наблюдениях айсбергов, что дает эмпирическую частоту их появления, либо посредством детального моделирования траектории дрейфа айсбергов от районов выводных ледников с использованием вероятностных моделей различной сложности, что позволяет получить расчетную величину показателя. Для удаленных от выводных ледников акваторий, где данные ограниченны, неоднородны и обладают разной степенью полноты, наиболее перспективным подходом представляется моделирование, которое стало широко применяться в последние десятилетия. Его реализация требует использования расчетной модели дрейфа айсберга, являющейся важным инструментом для исследований.
В статье представлена усовершенствованная модель долговременного дрейфа айсбергов, которая может успешно использоваться для массовых численных расчетов, необходимых при реализации вероятностного подхода к количественной оценке айсберговой опасности. Разработана новая параметризация, описывающая взаимодействие айсберга с ледяным покровом в условиях, когда размеры айсберга сопоставимы с размерами отдельных льдин или меньше их, что особенно характерно для российских арктических акваторий. Для проверки работоспособности модели были использованы данные о дрейфе трех айсбергов, полученные ФГБУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» в ходе ледоисследовательских работ в акватории Баренцева моря в 2004, 2005 и 2007 гг. Результаты верификации показали высокую степень соответствия между натурными наблюдениями и результатами численного моделирования.

When selecting the conceptual framework for the development of offshore hydrocarbon fields in the Barents Sea and Kara Sea, it is critical to consider quantitative characteristics of iceberg hazards, in particular, the frequency of occurrence of drifting icebergs in the relevant area. The frequency can be assessed either on the basis of statistical analysis of iceberg observation data, which yields an empirical value of the frequency of occurrence of icebergs, or by engaging in detailed modelling of the trajectories of icebergs drifting from the producing glaciers using stochastic models of various degree of complexity, which yields an estimated value of that indicator. For water areas located far from producing glaciers, where data are scarce, heterogeneous, and occasionally incomplete, modelling – which over the last several decades has been used more and more extensively – appears to be the more preferable approach. Its implementation involves the use of an iceberg drift numerical model as a crucial research tool.
The article presents an improved long-term iceberg drift model which can be successfully employed for large-scale numeric computations vital for the implementation of stochastic techniques to quantify iceberg hazards. The authors developed a new parametrization to describe interactions between icebergs and ice cover in cases when the size of an iceberg is comparable to, or less than, a size of individual floes – which is rather typical for Arctic offshore areas of Russia. Reliability of the model was tested on drift data for three icebergs obtained by the Arctic and Antarctic Research Institute in the course of several ice research projects in the Barents Sea in 2004, 2005, and 2007. Verification findings demonstrate strong consistency between field data and numeric modelling outcomes.

ДРЕЙФУЮЩИЙ АЙСБЕРГ, УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ, АЙСБЕРГОВАЯ ОПАСНОСТЬ, ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ, ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ЛЕДЯНЫМ ПОКРОВОМ, ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ, БАРЕНЦЕВО МОРЕ

DRIFTING ICEBERG, EQUATION OF MOTION, ICEBERG HAZARD, PARAMETERIZATION OF DEGRADATION PROCESS, PARAMETERIZATION OF INTERACTIONS WITH ICE COVER, MODEL VERIFICATION, BARENTS SEA

Д.А. Онищенко, к.ф.-м.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Санкт-Петербург, Россия)

М.М. Чумаков, к.ф.-м.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

П.С. Шушпанников, к.ф.-м.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

А.В. Лобанов, к.т.н., ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, Россия)

К.А. Глеб, к.т.н., ПАО «Газпром»

И.В. Бузин, к.г.н., ФГБУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» (Санкт-Петербург, Россия)

А.В. Нестеров, ФГБУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт»

D.A. Onishchenko, PhD in Physics and Mathematics, Gazprom VNIIGAZ LLC (Saint Petersburg, Russia)

M.M. Chumakov, PhD in Physics and Mathematics, Gazprom VNIIGAZ LLC

P.S. Shushpannikov, PhD in Physics and Mathematics, Gazprom VNIIGAZ LLC

A.V. Lobanov, PhD in Engineering, Gazprom PJSC (Saint Petersburg, Russia)

K.A. Gleb, PhD in Engineering, Gazprom PJSC

I.V. Buzin, PhD in Geography, Arctic and Antarctic Research Institute (Saint Petersburg, Russia)

A.V. Nesterov, Arctic and Antarctic Research Institute

Abramov V. Atlas of Arctic icebergs: the Greenland, Barents, Kara, Laptev, East-Siberian and Chukchi seas, and the Arctic Basin. Fair Lawn NJ, USA: Backbone Publishing Company, 1996. 70 p.

Астафьев Д.А., Скоробогатов В.А., Толстиков А.В. А будет ли «большая нефть» в недрах морских осадочных бассейнов Северной Евразии? // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2023. № 1 (53). С. 253–261. EDN: QEWEJW.

Онищенко Д.А., Сафонов В.С. О необходимости учета айсберговой опасности при обосновании концепции освоения арктических месторождений углеводородов // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2017. № 1 (29). С. 100–118. EDN: ZHROMJ.

Онищенко Д.А. Методические аспекты определения расчетных нагрузок низкой обеспеченности на примере ледовых воздействий на морские сооружения // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2020. № 1 (42). С. 151–163. EDN: NAMFUJ.

Zubakin G.K., Naumov А.K., Skutina Е.А. Spreading and morphometric peculiarities of icebergs in the Barents Sea // Proceedings of the 18th IAHR International Symposium on Ice / ed. by H. Saeki. Sapporo, Japan: IAHR, 2006. P. 79–87.

Monteban D., Lubbad R., Samardzija I., Loset S. Enhanced iceberg drift modelling in the Barents Sea with estimates of the release rates and size characteristics at the major glacial sources using Sentinel-1 and Sentinel-2 // Cold Reg. Sci. Technol. 2020. Vol. 175. Article ID 103084. DOI: 10.1016/j.coldregions.2020.103084.

Бузин И.В., Глазовский А.Ф., Гудошников Ю.П. и др. Айсберги и ледники Баренцева моря: исследования последних лет. Часть 2. Дрейф айсбергов по натурным данным и результатам моделирования и вероятностные оценки рисков столкновения айсберга с гидротехническим сооружением // Проблемы Арктики и Антарктики. 2008. № 1 (78). С. 81–89. EDN: JVUBZX.

Buzin I.V., Nesterov A.V., Gudoshnikov Yu.P., et al. The Preliminary results of iceberg drift studies in the Russian Arctic throughout 2012–2017 // Int. J. Offshore Polar Eng. 2019. Vol. 29, No. 4. P. 391–399. DOI: 10.17736/ijope.2019.jc772.

Keghouche I., Counillon F., Bertino L. Modeling dynamics and thermodynamics of icebergs in the Barents Sea from 1987 to 2005 // J. Geophys. Res. 2010. Vol. 115. Article ID C12062. DOI: 10.1029/2010JC006165.

Bigg G.R., Cropper T.E., O’Neill C.K., et al. A model for assessing iceberg hazard // Nat. Hazards. 2018. Vol. 92, No. 2. P. 1113–1136. DOI: 10.1007/s11069-018-3243-x.

Bigg G.R., Wadley M.R., Stevens D.P., Johnson J.A. Modelling the dynamics and thermodynamics of icebergs // Cold Reg. Sci. Technol. 1997. Vol. 26, No. 2. P. 113–135. DOI: 10.1016/s0165-232x(97)00012-8.

Savage S. Aspects of iceberg deterioration and drift // Geomorphological fluid mechanics: Lecture Notes in Physics / ed. by N.J. Balmforth, A. Provenzale. Berlin, Deutschland: Springer Verlag, 2001. Vol. 582. P. 279–318. DOI: 10.1007/3-540-45670-8_12.

Wagner T.J., Dell R.W., Eisenman I. An analytical model of iceberg drift // J. Phys. Oceanogr. 2017. Vol. 47, No. 7. P. 1605–1616. DOI: 10.1175/JPO-D-16-0262.1.

Marchenko A.V., Diansky N.A., Fomin V.V. Modeling of iceberg drift in the marginal ice zone of the Barents Sea // Appl. Ocean Res. 2019. Vol. 88. Р. 210–222. DOI: 10.1016/j.apor.2019.03.008.

Lichey C., Hellmer H. Modeling giant-iceberg drift under the influence of sea ice in the Weddell Sea, Antarctica // J. Glaciol. 2001. Vol. 47, No. 158. P. 452–460. DOI: 10.3189/172756501781832133.

Keghouche I., Bertino L., Lisæter K.A. Parameterization of an iceberg drift model in the Barents Sea // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2009. Vol. 26, No. 9. P. 2216–2227. DOI: 10.1175/2009JTECHO678.1.

Marchenko A., Kulyakhtin A., Eik K. Icebergs drift in the Barents Sea: data analysis of ice tracking buoy and numerical simulations // Proceedings of the 20th IAHR Symposium on Ice. Lahti, Finland: IAHR, 2010. Article ID 264555837. DOI: 10.13140/2.1.3070.2726.

Yulmetov R., Loset S. Validation of a numerical model for iceberg towing in broken ice // Cold Reg. Sci. Technol. 2017. Vol. 138. P. 36–45. DOI: https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2017.03.002.

Клячкин С.В., Май Р.И. Прогностическая модель дрейфа айсберга // Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. № 1 (91). С. 78–88. EDN: OYZRWR.

Cash J.R., Karp A.H. A variable order Runge-Kutta method for value problems with rapidly varying right-hand sides // ACM Trans. Math. Software. 1990. Vol. 16, No. 3. P. 201–222. DOI: 10.1145/79505.79507.

Nossen J., Grue J., Palm E. Wave forces on three-dimensional floating bodies with small forward speed // J. Fluid Mech. 1991. Vol. 227. P. 135–160. DOI: 10.1017/S002211209100006X.

Eik K., Marchenko A, Løset S. Wave drift force on icebergs – Tank model tests // Proceedings of the 20th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC’2009). Lulea, Sweden: POAC, 2009. P. 696–710.

Smith S.D. Hindcasting iceberg drift using current profiles and winds // Cold Reg. Sci. Technol. 1993. Vol. 22, No. 1. P. 33–45. DOI: 10.1016/0165-232X(93)90044-9.

ISO 19906:2019. Petroleum and natural gas industries – Arctic offshore structures // ISO: офиц. сайт. URL: https://www.iso.org/standard/65477.html (дата обращения: 20.11.2024). Режим доступа: после приобретения.

Cenedese C., Straneo F. Iceberg melting // Ann. Rev. Fluid Mech. 2023. Vol. 55, No. 1. P. 377–402. DOI: 10.1146/annurev-fluid-032522-100734.

Neshyba S, Josberger E.G. On the estimation of Antarctic iceberg melt rate // J. Phys. Oceanogr. 1980. Vol. 10, No. 10. P. 1681–1685. DOI: 10.1175/1520-0485(1980)010<1681:oteoai>2.0.co;2.

Marchenko A., Marchenko N. Laboratory investigations of iceberg melting under wave conditions in sea water // J. Mar. Sci. Eng. 2024. Vol. 12, No. 3. P. 501–524. DOI: 10.3390/jmse12030501.

Johannessen K., Loset S., Strass P. Simulation of iceberg drift // Proceedings of the 15th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC’99). Espoo, Finland: POAC, 1999. Vol. 1. P. 97–105.

Barker A., Sayed M., Carrieres T. Determination of iceberg draft, mass and cross-sectional areas // Proceedings of 14th International Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE’2004). Toulon, France: ISOPE, 2004. Vol. 2. P. 899–904.

Soci C., Hersbach H., Simmons A., et al. The ERA5 global reanalysis from 1940 to 2022 // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2024. Vol. 150, No. 764. P. 4014–4048. DOI: 10.1002/qj.4803.

Дианский Н.А. Моделирование циркуляции океана и исследование его реакции на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия. М.: Физматлит, 2013. 272 с.

CICE Documentation // GitHub: веб-интерфейс. URL: https://cice-consortium-cice.readthedocs.io/en/main (дата обращения 20.11.2024).

Tritton D.J. Physical fluid dynamics. Oxford, UK: Clarendon Press, 1988. 519 p. DOI: 10.1002/jctb.280500121.

Abramov V. Atlas of Arctic Icebergs: The Greenland, Barents, Kara, Laptev, East-Siberian and Chukchi Seas, and the Arctic Basin. Fair Lawn NJ, USA: Backbone Publishing Company; 1996.

Astafyev DA, Skorobogatov VA, Tolstikov AV. Will the “big oil” be found in subsoil sedimentary basins of Northern Eurasia, or not? Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin” [Nauchno-tekhnicheskiy sbornik “Vesti gazovoy nauki”]. 2023; 53(1): 253–261. (In Russian)

Onishchenko DA, Safonov VS. On necessity to consider the iceberg threat at substantiation of a concept for development of Arctic hydrocarbon fields. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin”. 2017; 29(1): 100–118. (In Russian)

Onishchenko DA. Methodological aspects of determining design loads of low exceedance level in application to ice actions on offshore structures. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin”. 2020; 42(1): 151–163. (In Russian)

Zubakin GK, Naumov АK, Skutina ЕА. Spreading and morphometric peculiarities of icebergs in the Barents Sea. In: Saeki H (ed.) Proceedings of the 18th IAHR International Symposium on Ice, 28 August – 1 September 2006, Sapporo, Japan. Sapporo, Japan: IAHR; 2006. P. 79–87.

Monteban D, Lubbad R, Samardzija I, Loset S. Enhanced iceberg drift modelling in the Barents Sea with estimates of the release rates and size characteristics at the major glacial sources using Sentinel-1 and Sentinel-2. Cold Reg. Sci. Technol. 2020; 175: article ID 103084. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2020.103084.

Buzin IV, Glazovskiy AF, Gudoshnikov YuP, Danilov AI, Dmitriev NE, Zubakin GK, et al. Icebergs and glaciers of the Barents Sea: recent research data. Part 2. Iceberg drift based on field data and simulation outcomes, and probabilistic assessment of the risk of collision between icebergs and offshore structures. Arctic and Antarctic Research [Problemy Arktiki i Antarktiki]. 2008; 78(1): 81–89. (In Russian)

Buzin IV, Nesterov AV, Gudoshnikov YP, Pashali AA, Kornishin KA, Efimov YO, et al. The Preliminary results of iceberg drift studies in the Russian Arctic throughout 2012–2017. Int. J. Offshore Polar Eng. 2019; 29(4): 391–399. https://doi.org/10.17736/ijope.2019.jc772.

Keghouche I, Counillon F, Bertino L. Modeling dynamics and thermodynamics of icebergs in the Barents Sea from 1987 to 2005. J. Geophys. Res. 2010; 115: article ID C12062. https://doi.org/10.1029/2010JC006165.

Bigg GR, Cropper TE, O’Neill CK, Arnold AK, Fleming AH, Marsh R, et al. A model for assessing iceberg hazard. Nat. Hazards. 2018 ; 92(2): 1113–1136. https://doi.org/10.1007/s11069-018-3243-x.

Bigg GR, Wadley MR, Stevens DP, Johnson JA. Modelling the dynamics and thermodynamics of icebergs. Cold Reg. Sci. Technol. 1997; 26(2): 113–135. https://doi.org/10.1016/s0165-232x(97)00012-8.

Savage S. Aspects of iceberg deterioration and drift. In: Balmforth NJ, Provenzale A (eds.) Geomorphological Fluid Mechanics: Lecture Notes in Physics. Vol. 582. Berlin, Deutschland: Springer Verlag; 2001. p. 279–318. https://doi.org/10.1007/3-540-45670-8_12.

Wagner TJ, Dell RW, Eisenman I. An analytical model of iceberg drift. J. Phys. Oceanogr. 2017; 47(7): 1605–1616. https://doi.org/10.1175/JPO-D-16-0262.1.

Marchenko AV, Diansky NA, Fomin VV. Modeling of iceberg drift in the marginal ice zone of the Barents Sea. Appl. Ocean Res. 2019; 88: 210–222. https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.03.008.

Lichey C, Hellmer H. Modeling giant-iceberg drift under the influence of sea ice in the Weddell Sea, Antarctica. J. Glaciol. 2001; 47(158): 452–460. https://doi.org/10.3189/172756501781832133.

Keghouche I, Bertino L, Lisæter KA. Parameterization of an iceberg drift model in the Barents Sea. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2009; 26(9): 2216–2227. https://doi.org/10.1175/2009JTECHO678.1.

Marchenko A, Kulyakhtin A, Eik K. Icebergs drift in the Barents Sea: data analysis of ice tracking buoy and numerical simulations. In: IAHR Proceedings of the 20th IAHR Symposium on Ice, 14–18 June 2010, Lahti, Finland. Lahti, Finland: IAHR; 2010. article ID 264555837. https://doi.org/10.13140/2.1.3070.2726.

Yulmetov R, Loset S. Validation of a numerical model for iceberg towing in broken ice. Cold Reg. Sci. Technol. 2017; 138: 36–45. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2017.03.002.

Klyachkin SV, May RI. Iceberg drift prediction model. Arctic and Antarctic Research. 2012; 91(1): 78–88. (In Russian)

Cash JR, Karp AH. A variable order Runge-Kutta method for value problems with rapidly varying right-hand sides. ACM Trans. Math. Software. 1990; 16(3): 201–222. https://doi.org/10.1145/79505.79507.

Nossen J, Grue J, Palm E. Wave forces on three-dimensional floating bodies with small forward speed. J. Fluid Mech. 1991; 227: 135–160. https://doi.org/10.1017/S002211209100006X.

Eik K, Marchenko A, Løset S. Wave drift force on icebergs – Tank model tests. In: POAC POAC’2009: Proceedings of the 20th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, 9–12 June 2009, Lulea, Sweden. Lulea, Sweden: POAC; 2009. p. 696–710.(23) Smith SD.

Hindcasting iceberg drift using current profiles and winds. Cold Reg. Sci. Technol. 1993; 22(1): 33–45. https://doi.org/10.1016/0165-232X(93)90044-9.

ISO. ISO 19906:2019. Petroleum and natural gas industries – Arctic offshore structures. Available from: https://www.iso.org/standard/65477.html [Accessed: 20 November 2024]. (Available upon purchase)

Cenedese C, Straneo F. Iceberg melting. Ann. Rev. Fluid Mech. 2023; 55(1): 377–402. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-032522-100734.

Neshyba S, Josberger EG. On the estimation of Antarctic iceberg melt rate. J. Phys. Oceanogr. 1980; 10(10): 1681–1685. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1980)010<1681:oteoai>2.0.co;2.

Marchenko A., Marchenko N. Laboratory investigations of iceberg melting under wave conditions in sea water. J. Mar. Sci. Eng. 2024; 12(3): 501–524. https://doi.org/10.3390/jmse12030501.

Johannessen K, Loset S, Strass P. Simulation of iceberg drift. In: POAC POAC’99: Proceedings of the 15th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, 23–27 August 1999 Espoo, Finland. Vol. 1. Espoo, Finland: POAC; 1999. p. 97–105.

Barker A., Sayed M., Carrieres T. Determination of iceberg draft, mass and cross-sectional areas. In: ISOPE ISOPE’2004: Proceedings of 14th International Offshore and Polar Engineering Conference, 23–28 May 2004, Toulon, France. Vol. 2. Toulon, France: ISOPE; 2004. p. 899–904.

Soci C, Hersbach H, Simmons A, Poli P, Berrisford P, Horányi A, et al. The ERA5 global reanalysis from 1940 to 2022. Q. J. R. Meteorol. Soc. 2024; 150(764): 4014–4048. https://doi.org/10.1002/qj.4803.

Diansky NA. Ocean Circulation Modelling and Examination of Ocean Response to Short-Period and Long-Period Atmospheric Effects. Moscow: Physical, Mathematical, and Technical Literature Publishing [Fizmatlit]; 2013. (In Russian)

GitHub. CICE Documentation. Available from: https://cice-consortium-cice.readthedocs.io/en/main [Accessed: 20 November 2024].

Tritton DJ. Physical Fluid Dynamics. Oxford, UK: Clarendon Press; 1988. https://doi.org/10.1002/jctb.280500121

Перевод выполнен Moscow Translation Agency

Назад к журналу
ТЕРРИТОРИЯНЕФТЕГАЗ

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Журналы

Контент

О нас

Контакты