Hydrologia śniegu

Hydrologia śniegu to badanie naukowe w dziedzinie hydrologii , które koncentruje się na składzie, dyspersji i ruchu śniegu i lodu . Badania hydrologii śniegu poprzedzają Anno Domini , chociaż głównych przełomów dokonano dopiero w połowie XVIII wieku.

Opady śniegu, akumulacja i topnienie to ważne procesy hydrologiczne w działach wodnych na dużych wysokościach lub szerokościach geograficznych. W wielu zachodnich stanach Stanów Zjednoczonych topnienie śniegu stanowi duży procent wiosennego odpływu, który służy jako zaopatrzenie w wodę zbiorników , ludności miejskiej i działalności rolniczej .

Duża część grup zajmujących się hydrologią śniegu poszukuje nowych metod włączania hydrologii śniegu do rozproszonych modeli na złożonym terenie poprzez rozwój teoretyczny, rozwój modeli i testowanie z zestawami danych terenowych i teledetekcji . Hydrologia śniegu jest dość złożona i obejmuje zarówno obliczenia bilansu masowego , jak i energetycznego dla zmieniającej się w czasie pokrywy śnieżnej, na którą wpływa położenie przestrzenne w dziale wodnym, interakcja z roślinnością i redystrybucja przez wiatry . Niektórzy badacze starają się dokładnie uchwycić dynamikę śniegu w punkcie i na obszarze, ponieważ przestrzenny wzór obszaru pokrywy śnieżnej można łatwo zaobserwować za pomocą teledetekcji.

Przegląd

Śnieg i lód stanowią około 75% całej objętości słodkiej wody na Ziemi , ale brakuje im możliwości niezawodnych zastosowań. Dla porównania, woda dostarczana z rzek i słodkowodnych jezior ma stałe roczne źródło wody. Te naturalne zbiorniki wodne powstają w wyniku źródeł , opadów deszczu i spływu górskiego śniegu . Według szacunków śnieg stanowi około 5% opadów, które docierają do powierzchni Ziemi. Ze względu na dużą ilość wody zatrzymywanej w tych źródłach, hydrologia śniegu jest rozwijającym się badaniem w dziedzinie rzek pływy i sezonowe natężenia przepływu .

Wbrew powszechnemu przekonaniu opady śniegu nie są główną przyczyną niszczenia materii organicznej w zimnym klimacie. Najbardziej szkodliwym aspektem są zimne wiatry, które występują nad powierzchnią śniegu. Badania wykazały, że właściwości izolacyjne śniegu chronią rośliny i małe zwierzęta w środowisku przed tymi zimnymi wiatrami. „Sam śnieg jest siedliskiem różnych mikroorganizmów, takich jak robaki śnieżne i glony”. Bez stałych rocznych opadów śniegu wiele roślin zostałoby zniszczonych z powodu mrozem . Zarówno robaki lodowe ( Mesenchytraeus Solifugus ), jak i zielenice to unikalne organizmy, które mogą żyć w siedliskach lodowcowych i śnieżnych.

Historia

Chociaż większość wiedzy w dziedzinie hydrologii śniegu została odkryta w ciągu ostatnich dwóch stuleci, istnieją dowody na to, że pewne zrozumienie istniało już w 500-428 pne w państwach greckich.

Starożytny

Niektóre z najwcześniejszych dowodów potwierdzających starożytne techniczne rozumienie ruchu śniegu zostały stworzone przez Greków . Anaksagoras, starożytny Grek, zauważa:

„woda w Nilu pochodzi ze śniegu w Etiopii , który zamarza zimą i topnieje latem”.

Wykazano, że Grecy z wyższych sfer w tych miastach-państwach mają podstawową wiedzę na temat chłodzących właściwości śniegu. Obywatele wyższych klas wykopywali pod swoimi domami doły wypełnione sianem i sprowadzali śnieg z gór, aby je wypełnić. Łatwo psujące się artykuły spożywcze można było następnie przechowywać w tych dołach przez kilka miesięcy.

Biblia chrześcijańska zawiera w swoim tekście liczne fragmenty, które wyrażają podstawowe zrozumienie cyklu hydrologicznego. Każdy z poniższych wersetów przedstawia fundamentalne idee stojące za procesami hydrologicznymi.

Nowoczesny

Odzyskanie rdzenia lodowego z National Ice Core Lab

Jeden z najwcześniejszych współczesnych zapisów praktyki hydrologii śniegu został wprowadzony przez geologa Antonio Vallisnieri około XVII wieku. Jego praca teoretyzowała: „Rzeki powstające ze źródeł we włoskich Alpach pochodziły z deszczu i topniejącego śniegu przedostającego się do podziemnych kanałów”.

Pierwsze amerykańskie laboratoria badawcze zostały wprowadzone w latach czterdziestych XX wieku w celu rozwiązania wielu problemów związanych z ruchem śniegu w czasach II wojny światowej. Te trzy laboratoria to:

Obecnie na całym świecie istnieją setki laboratoriów hydrologii śniegu i urządzeń wykrywających. Od 2004 roku każdy kontynent był obserwowany z wyjątkiem Antarktydy . Od tego czasu na kole podbiegunowym zainstalowano kilka czujników , które umożliwiają stałą obserwację. Wykorzystanie ich częściowo z obrazowania satelitarnego dało dokładny obraz leżącego pod spodem lądu, który był nieznany w przeszłości.

hydrologów

hydrologii hydrolodzy śniegu koncentrują się w szczególności na ruchu i składzie śniegu i lodu . Wiedza zdobyta podczas tej kariery jest najczęściej wykorzystywana w prognozowaniu pogody i pracach ekologicznych/ rolniczych , które wymagają wiedzy o skutkach migracji śniegu. Pozyskują potrzebne informacje poprzez odczyty głębokości, gęstości i składu, a także różne techniki teledetekcji. Pracownicy w tej dziedzinie mogą pracować dla agencji rządowych, firm badawczych i publicznych służb informacyjnych.

Sprzęt i testy

Zobacz także: Śnieg § Pomiar opadów śniegu i Nauka o śniegu § Pomiar

Pomiary naziemne

Badanie ruchu śniegu i lodowców, choć obecnie w dużej mierze zależne od urządzeń do teledetekcji, nadal wymaga technik terenowych, aby dokładnie określić ważność danych. Te narzędzia i techniki obejmują zarówno proste, takie jak kolec głębokości, jak i złożone, takie jak do pobierania próbek rdzenia używane do sprawdzania różnic w składzie lodu. Trzy popularne typy pomiarów naziemnych to:

  • Grubość śniegu — jest to miara od powierzchni śniegu do podłoża w metrach. Zwykle robi się to przez długi czas, używając nieruchomych stopniowanych palików.
  • Równoważność wody ze śniegiem - narzędzie pomiarowe, które przedstawia pionową głębokość wody, która zgromadziłaby się na danym obszarze, gdyby cały śnieg i lód stopiły się na tym danym obszarze.
  • Gęstość śniegu — jest to wartość uzyskana przez podzielenie pomiaru równoważności wody przez odczyt głębokości śniegu.

Zdalne wykrywanie

teledetekcji to najnowsze narzędzie w dziedzinie hydrologii śniegu, które zostało opracowane w odpowiedzi na rosnące perspektywy badań parametrycznych (badanie przedmiotu w czasie) hydrologii, które powstały w połowie XIX wieku. W porównaniu z podejściem deterministycznym (koncepcja, że ​​nie ma zdarzeń losowych) stosowanym we wcześniejszych latach, technika ta zapewnia minimalną interakcję człowieka z otoczeniem i sprzętem terenowym. Obecnie na całym świecie istnieją tysiące miejsc wykrywania. Każda lokalizacja jest w stanie odbierać dane z dowolnej liczby technik teledetekcji.

Landsat -MSS jest jednym z najczęściej używanych narzędzi. Jest w stanie wykrywać i kategoryzować pokrywę śnieżną w trzech strefach do obliczeń danych. Pierwsza strefa to obszar ze 100% pokrywą śnieżną. Druga strefa jest znana jako strefa przejściowa, która jest mieszanką regionów pokrytych śniegiem i regionów bez śniegu. Ta strefa jest zwykle mierzona przy 50% wartości składu śniegu. W strefie końcowej nie ma śniegu (=aper). Łączny odczyt tych trzech pomiarów tworzy stosunkowo dokładne oszacowanie ilości śniegu w zeskanowanym regionie. Kilka szkodliwych zmiennych dla tej techniki to zachmurzenie, ekstremalne nasłonecznienie i gęsta roślinność.

Narzędzia do wykrywania

Zdjęcie wykonane z basenu Atchafalaya przy użyciu MSS i NOAA

Od 2004 roku każdy kontynent, z wyjątkiem Antarktydy, jest regularnie obserwowany za pomocą satelitów teledetekcyjnych.

Poniżej wymieniono kilka narzędzi wykrywających:

  • System skanera multispektralnego Landsat (MSS)
  • Mapper termiczny (MT)
  • Systéme Probatoire d'Observation de la Terre-multispectral (SPOT-XS)
  • radiometr bardzo wysokiej rozdzielczości National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA / AVHRR)
  • Satelitarny wielospektralny radiometr samoskanujący do obserwacji morskich (MOS-MESSR)
  • Indyjski samoskanujący się czujnik do obrazowania satelitarnego z liniowym obrazowaniem zdalnym (IRS-LISS)
  • Obrazowy spektroradiometr o średniej rozdzielczości (MODIS)
  • Spektrometr obrazowy średniej rozdzielczości (MERIS)

Aplikacje

Meteorologia

Meteorologia to naukowe badanie pogody. Jest używany w prognozowaniu pogody do przewidywania zdarzeń atmosferycznych przed ich wystąpieniem. Hydrologia śniegu służy do oszacowania charakterystyk opadów śniegu w różnych regionach topograficznych. Obejmuje to informacje na temat głębokości śniegu, gęstości, składu i możliwych wzorców spływu. Jest również szeroko stosowany w badaniu zjawisk naturalnych, takich jak: zamiecie śnieżne , lawiny , grudki lodu i grad , aby pomóc przewidywać klęski żywiołowe.

Glacjologia

Glacjologia to podobne badanie do hydrologii śniegu, które koncentruje się szczególnie na ruchu lodowców . Lodowce to duże masy lodu, które są w stanie powoli migrować w czasie w procesie gromadzenia się śniegu. To badanie analizuje ich przeszły i obecny wzrost, a także skład, aby przewidzieć, w jaki sposób ukształtowały one obszary lądowe, które zamieszkują. Dwa główne badania związane z glacjologią to globalne ocieplenie i maksimum lodowcowe ( epoki lodowcowe ).

Aktualne problemy

Globalne ocieplenie

W ostatnich latach najbardziej dominującym tematem związanym z hydrologią śniegu jest globalne ocieplenie . Podstawowa koncepcja mówi, że ludzka konstrukcja i produkcja emisji stworzyły szereg gazowych związków chemicznych, które dodają się do istniejących gazów cieplarnianych . Gazy takie jak CO 2 i CH 4 zatrzymują ciepło w atmosferze, przyczyniając się do globalnej zmiany klimatu. Gazy te są zwykle rozkładane stosunkowo szybko w procesach środowiskowych, takich jak fotosynteza ; jednak w ostatnich latach badania wykazały, że ich skład atmosferyczny wzrasta. Niektóre badania uważają, że jest to naturalna część cyklu ziemskiego, podczas gdy inne twierdzą, że jest to spowodowane rosnącą ilością emisji paliw kopalnych i stopniowym wylesianiem roślin produkujących tlen. Teoria sugeruje, że te zmiany temperatury mogą wpływać na sposób, w jaki lód i śnieg tworzą się nad skorupą ziemską, inicjując proces przesuwania się lodowców, prawdopodobnie powodując wzrost poziomu morza z 0,5 metra do 1,5 metra. Ta zmiana może następnie wpłynąć na zasolenie oceanu, powodując zmiany w środowisku, zmieniając prądy oceaniczne i organizmy je zamieszkujące.

Zobacz też

Notatki

  •   DeWalle, David; Alberta Rango (2008). Zasady hydrologii śniegu . Nowy Jork: Cambridge University Press. s. 1 –118, 211–266. ISBN 978-0-521-82362-3 .
  •   Newton, David (1993). Globalne ocieplenie . Santa Barbara: ABC-CLIO. s. 1–27, 58–71. ISBN 0-87436-711-5 .
  •   Seidel, Klaus; Jarosław Martinec (2003). Teledetekcja w hydrologii śniegu . Nowy Jork: Springer. s. 1–32, 64–107. ISBN 3-540-40880-0 .
  • Armia USA. Korpus Inżynierów (30 czerwca 1956). Hydrologia śniegu . Portland: Korpus Inżynierów Dywizji Północnego Pacyfiku. s. 1–35, 262–268, 291–317.
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Snow_hydrology&oldid=1095877065 ”