为应对洪水，科学家推出水下探测器，可以加强相关检测和预测准度

为应对洪水，科学家推出水下探测器，可以加强相关检测和预测准度

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科学家们发现了一种利用水下声学探针远程监测河流和湖泊冰层厚度变化的方法。该方法的独特之处在于它能够进行连续监测，而非间歇性监测。通常，此类测量是通过钻探或使用固定桩进行，但这些方法存在明显的局限性。它们无法提供完整的信息，而且在冰层活跃融化、冰面尤其危险的时期，监测工作更是难上加难。这项新技术将有助于更准确地评估洪水风险。该技术有望应用于冰上通行监测和北极研究。然而，据采访的专家指出，目前这项研究仍处于基础研究阶段。

利用探针进行冰层监测

俄罗斯科学院加波诺夫-格列霍夫应用物理研究所和北极南极研究所的科学家及其同事利用水下声学探针，在实验室条件下追踪了淡水冰的完整冻融循环。该方法将有助于评估渡口的安全性，并能更准确地进行洪水风险评估。

科学家解释说，冰钓者和冰上通道使用者的安全，以及桥梁等水下结构的完整性，很大程度上取决于河流和湖泊冰层的厚度。传统上，冰层厚度的测量是通过偶尔钻探或在常设水文站进行的。然而，这些方法获得的信息非常有限，水文站的数量也在减少，而且钻探无法提供连续监测，尤其是在冰盖形成和融化的阶段，而这些阶段的观测数据至关重要。因此，我们需要寻找其他连续监测方法。

作者在北极和南极研究所的一个小型冰池中搭建了一套实验装置。该装置包括两部安装在水面上方自动旋转装置上的雷达、一个水下声学探头以及一组位于水面附近的声学传感器。探头位于水底，向水面发射200 kHz的超声波。这些信号到达冰面后被反射，并以回波的形式被同一装置接收。该装置还能接收来自冰面下边界（水）和上边界（空气）的反射波。

“水下探测器的优势在于其运行不受天气条件的影响，即使在融雪季节也能继续进行测量，填补了观测的空白，这对于洪水预报尤其重要，”俄罗斯科学院应用物理研究所水物理放射物理方法系副主任、物理和数学博士项目经理尤里·季琴科解释道。

实际上，这意味着可以将声学传感器安装在水下，无需钻探即可自动报告冰层变化。这将使在难以到达的区域以及进入冰层危险的情况下进行持续监测成为可能。

“这套系统将及时向公共和私营机构发出危险的冰层变薄预警，帮助气象学家评估全球气候变化对区域的影响，并做出更准确的春季洪水预报。我们计划进一步分析近期完成的冷冻盐冰实验室实验第二阶段的结果，并开发一种可应用于海冰的厚度测量算法，”尤里·季琴科解释道。

一种监测冰况的新方法的特点

NTI 新材料和技术专家叶夫根尼·维什涅夫斯基表示，这项技术的独特之处在于，它能够对冰层厚度进行连续的远程监测，而不仅仅是间歇性的监测。

“另一个重要的优势是，这项技术不仅能显示冰层的厚度，还能帮助我们了解冰层的状态、变化速度、稳定性以及在冻结和融化过程中的表现。这使得该方法不仅适用于观察，也适用于真正的风险评估，”他说道。

首先，这项技术将提升人员和基础设施（桥梁、海岸设施）的安全，并有助于监测冰上通道和冬季渔场。此外，专家解释说，该系统还能更准确地预测春季洪水，因为它能更全面地了解冰层破裂的方式和时间。

“冰厚测量装置确实非常有趣。首先，它的安全性很高。在俄罗斯水文气象局（Roshydromet）的水文站，冰厚测量周期为十天或五天，具体取决于观测计划。这是一个重要的特点，因为冬季观测员需要对整条河面进行垂直测量，以测量流速。对于天气预报而言，了解河流的消融期和冰漂移至关重要，而这些都与冰厚密切相关。”伏尔加河上游水文气象中心主任柳德米拉·菲利娜解释道。

俄罗斯科学院希尔绍夫海洋研究所海洋光学实验室主任、青年科学教育事务协调委员会成员德米特里·格鲁霍韦茨指出，传统钻探方法危险性高，尤其是在冰层融化期间；而卫星方法也不适用于监测小型淡水水体。他表示，水下声学探针可能是安全、连续、实时监测水体的最佳解决方案。该技术可主要用于监测冰上通道的状况，目前冰上通道的安全评估主要依赖于间接数据和个体测量。此外，该技术还有其他应用前景。

“春季洪水取决于探针测量的冰层厚度。结合积雪覆盖数据和天气预报，这将提高融水量和河流解冻时间计算的准确性，使相关部门能够更有效地做好防洪准备，最大限度地减少潜在损失，”这位专家说。

莫斯科物理技术学院应用计算地球物理实验室的首席研究员阿莱娜·法沃尔斯卡娅指出，值得注意的是，在现阶段，研究重点在于冰的形成和融化过程的基础研究，而非直接利用探测器在车辆行驶前评估冰况。尽管作者也提到通过实时探测直接监测冰层厚度是一种潜在应用，但从技术上讲，这虽然可行，却尚未在项目现阶段进行测试。

“就北极应用而言，这项技术可以用于海冰监测。目前该项目已在开展这方面的工作，这将显著提高高纬度地区航运和采矿作业的安全性。从长远来看，这将有助于更准确地评估冰盖破坏的风险，并及时预警冰况的危险变化，”这位专家补充道。

来自圣彼得堡国立大学和烟台海岸科学研究院的研究人员参与了这项研究。该研究由俄罗斯科学基金会（RSF）资助，研究成果发表在《美国声学学会杂志》上。