Гидрология снега

Снежная гидрология — это научное исследование в области гидрологии , которое фокусируется на составе, дисперсии и движении снега и льда . Исследования гидрологии снега предшествовали эпохе Anno Domini , хотя крупных прорывов не было сделано до середины восемнадцатого века.

Снегопад, накопление и таяние снега являются важными гидрологическими процессами в водоразделах на больших высотах или в широтах. Во многих западных штатах США таяние снега составляет большую часть весеннего стока, который служит водоснабжением водохранилищ , городского населения и сельскохозяйственной деятельности .

Большая часть групп по гидрологии снега разрабатывает новые методы включения гидрологии снега в распределенные модели на сложной местности посредством теоретических разработок, разработки моделей и тестирования с наборами данных полевых исследований и дистанционного зондирования . Гидрология снега довольно сложна и включает в себя расчеты как массы , так и баланса энергии в изменяющемся во времени снежном покрове, на который влияют пространственное расположение в водоразделе, взаимодействие с растительностью и перераспределение ветром . Некоторые исследователи стремятся точно уловить динамику снега в определенной точке и на определенной территории, поскольку пространственную структуру площади снежного покрова легко наблюдать с помощью дистанционного зондирования.

Обзор

Снег и лед составляют около 75% на Земле, всего объема пресной воды но им не хватает возможностей для надежного применения. Для сравнения, вода, подаваемая из рек и пресноводных озер, несет в себе постоянный годовой источник воды. Эти естественные водоемы образуются за счет родников , осадков и горного снежного стока . По оценкам, снег составляет около 5% осадков, достигающих поверхности Земли. Из-за большого количества воды, содержащейся в этих источниках, гидрология снега становится все более популярным исследованием в области речных приливов и сезонных скоростей стока .

Вопреки распространенному мнению, снегопады не являются основной причиной разрушения органических веществ в холодном климате. Самый разрушительный аспект — это холодные ветры, дующие над поверхностью снежного покрова. Исследования показали, что изолирующие свойства снега защищают растения и мелких животных в окружающей среде от холодных ветров. «Снег сам по себе является средой обитания различных микроорганизмов, таких как снежные черви и водоросли». Без постоянных ежегодных снегопадов многие растения были бы уничтожены из-за повреждений от мороза . И ледяные черви ( Mesenchytraeus Solifugus ), и зеленые водоросли — уникальные организмы, которые могут жить в ледниковой и снежной среде обитания.

История

Хотя большая часть знаний в области гидрологии снега была получена за последние два столетия, есть свидетельства того, что некоторое понимание существовало еще в 500-428 гг. до н.э. в греческих государствах.

Древний

Некоторые из самых ранних свидетельств, подтверждающих древнее техническое понимание движения снега, были получены греками . Анаксагор, древнегреческий человек, отмечает:

«Вода в Ниле поступает из снега в Эфиопии , который замерзает зимой и тает летом».

Было показано, что греки из высшего сословия в этих городах-государствах имели базовое представление об охлаждающих свойствах снега. Граждане высшего класса выкапывали ямы с сеном под своими домами и приносили снег с гор, чтобы заполнить их. Скоропортящиеся продукты питания могли храниться в этих ямах месяцами.

Христианская Библия содержит в своем тексте множество отрывков, которые выражают базовое понимание гидрологического цикла. Каждый из следующих стихов раскрывает фундаментальные идеи, лежащие в основе гидрологических процессов.

Исаия 55:10 Псалом 135:7 Иеремия 10:13 Иов 36:27–29 Экклезиаста 1:7

Исаия 55:10 Иов 26:8 Иов 37:11 Бытие 7:11 Иов 38:16

Современный

Получение ледяного керна из Национальной лаборатории ледяных кернов.

Одна из самых ранних современных записей о практике гидрологии снега была представлена ​​геологом Антонио Валлисьери примерно в 17 веке. В его работе высказывалась теория: «Реки, берущие начало в источниках в итальянских Альпах, возникли в результате дождя и талого снега, просачивающегося в подземные каналы».

Первые американские исследовательские лаборатории были созданы в 1940-х годах для решения многих проблем, связанных с движением снега в эпоху Второй мировой войны. Эти три лаборатории были:

• Снежная лаборатория Центральной Сьерры (CSSL)
• Снежная лаборатория Верхней Колумбии (USCL)
• Снежная лаборатория бассейна Уилламетт (WBSL)

В настоящее время по всему миру расположены сотни лабораторий гидрологии снега и датчиков. По состоянию на 2004 год под наблюдением находились все континенты, за исключением Антарктиды . было установлено несколько сенсорных устройств С тех пор за Полярным кругом , позволяющих вести постоянное наблюдение. Их частичное использование совместно с системами спутниковой съемки позволило получить точное изображение лежащего под ним массива суши, которое было неизвестно в прошлом.

Гидрологи

Снежные гидрологи в области гидрологии уделяют особое внимание движению и составу снега и льда . Знания, полученные в ходе этой карьеры, чаще всего используются в прогнозировании погоды и экологических/ сельскохозяйственных работах, которые требуют знаний о последствиях снежной миграции. Они получают необходимую информацию с помощью показаний глубины, плотности и состава, а также различных методов дистанционного зондирования. Работники в этой области могут работать в государственных учреждениях, исследовательских фирмах и службах общественной информации.

Оборудование и испытания

См. Также: Снег § Измерение снегопада и Наука о снеге § Измерение.

Наземные измерения

Изучение движения снега и ледников, хотя сейчас во многом зависит от устройств дистанционного зондирования, по-прежнему требует полевых методов для точного определения достоверности данных. Эти инструменты и методы варьируются от простых, таких как глубинный зонд, до сложных, таких как машины для отбора проб керна, используемые для проверки изменений в составе льда. Три распространенных типа наземных измерений:

• Глубина снега — это измерение расстояния от поверхности снега до земли в метрах. Обычно это делается в течение длительного периода времени с использованием неподвижных градуированных кольев.
• Эквивалент снеговой воды — измерительный инструмент, который представляет вертикальную глубину воды, которая накопилась бы на определенной территории, если бы весь снег и лед растаяли на этой территории.
• Плотность снега — это значение, полученное путем деления измерения водного эквивалента на значение глубины снега.

Дистанционное зондирование

Технология дистанционного зондирования — это новый инструмент в области гидрологии снега, который был разработан в ответ на растущие перспективы параметрических исследований (изучение предмета с течением времени) гидрологии, сформировавшиеся в середине 19 века. По сравнению с детерминистическим подходом (концепция отсутствия случайных событий), использовавшимся в предыдущие годы, этот метод обеспечивал минимальное взаимодействие человека с окружающей средой и полевым оборудованием. В настоящее время по всему миру существуют тысячи сенсорных станций. Каждый объект способен получать данные от любого количества методов дистанционного зондирования.

Landsat -MSS является одним из наиболее часто используемых инструментов. Он способен обнаруживать и классифицировать снежный покров на три зоны для расчета данных. Первая зона представляет собой территорию со 100% снежным покровом. Вторая зона известна как переходная зона и представляет собой смесь заснеженных и незаснеженных регионов. Эта зона обычно измеряется при значении состава снега 50%. Последняя зона бесснежна (=апер). Совместное чтение этих трех измерений дает относительно точную оценку количества снега в сканируемой области. Несколькими неблагоприятными факторами для этого метода являются облачный покров, сильный солнечный свет и густая растительность.

Инструменты обнаружения

Изображение бассейна Атчафалая сделано с использованием MSS и NOAA.

По состоянию на 2004 год каждый континент, за исключением Антарктиды, находился под регулярным наблюдением с помощью спутников дистанционного зондирования.

Ниже перечислены несколько сенсорных инструментов:

• Система мультиспектрального сканирования Landsat (MSS)
• Терматический картограф (MT)
• Вероятная многоспектральная система наблюдения Земли (SPOT-XS)
• очень высокого разрешения Национального управления океанических и атмосферных исследований Усовершенствованный радиометр (NOAA/AVHRR)
• Морской спутниковый наблюдательный многоспектральный электронный самосканирующийся радиометр (МОС-МЕССР)
• Индийский спутниковый датчик дистанционного зондирования с самосканирующимся изображением и линейным изображением (IRS-LISS)
• Спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS)
• визуализации среднего разрешения Спектрометр (MERIS)

Приложения

Метеорология

Метеорология – это научное исследование погоды. Он используется в прогнозировании погоды для прогнозирования атмосферных явлений до их возникновения. Гидрология снега используется для оценки характеристик снегопада в различных топографических регионах. Сюда входит информация о глубине снега, плотности, составе и возможной структуре стока. Он также широко используется при изучении природных явлений, таких как: метели , лавины , ледяная крупа и град , чтобы помочь предвидеть стихийные бедствия.

Гляциология

Гляциология — это исследование, похожее на гидрологию снега, в котором особое внимание уделяется движению ледников . Ледники — это большие массы льда, которые способны медленно мигрировать с течением времени в процессе накопления снега. В этом исследовании анализируется их прошлый и нынешний рост, а также состав, чтобы предсказать, как они сформировали территории, на которых они обитают. Двумя основными исследованиями, связанными с гляциологией, являются глобальное потепление и ледниковые максимумы ( ледниковые периоды ).

Текущие проблемы

Глобальное потепление

В последние годы наиболее распространенной темой, связанной с гидрологией снега, было глобальное потепление . Основная концепция гласит, что деятельность человека и производство выбросов создали ряд газообразных химических соединений, которые добавляются к существующим парниковым газам . Такие газы, как CO ₂ и CH _4, удерживают тепло в атмосфере, способствуя глобальному изменению климата. Эти газы обычно относительно быстро расщепляются в результате экологических процессов, таких как фотосинтез ; однако в последние годы исследования показали, что состав их атмосферы увеличивается. Некоторые исследования полагают, что это естественная часть земного цикла, в то время как другие утверждают, что это связано с растущим количеством выбросов ископаемого топлива и постепенной вырубкой лесов, производящих кислород. Теория предполагает, что эти изменения температуры могут повлиять на то, как лед и снег формируются на земной коре, инициируя процесс перемещения ледников, возможно, приведя к повышению уровня моря с 0,5 метра до 1,5 метра. Это изменение затем может повлиять на соленость океана, вызывая изменения в окружающей среде, изменяя океаническое течение и населяющие его организмы.

См. также

• Криопедология
• Геология
• Гляциология
• Гидрология
• Список ледников
• Метеорология
• Снег
• Термография
• Водный цикл

Ссылки

• ДеВалле, Дэвид; Альберт Ранго (2008). Принципы гидрологии снега . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. стр. 1 –118, 211–266. ISBN  978-0-521-82362-3 .

• «Библия ЕСВ» . Издательство «Хорошие новости». 2001 . Проверено 27 апреля 2009 г.

• Хендрикс, Э.Л. (1962). «Гидрология». Наука . 135 (3505). Нью-Йорк: Американская ассоциация содействия развитию науки: 699–705. Бибкод : 1962Sci...135..699H . дои : 10.1126/science.135.3505.699 . JSTOR   1708972 . ПМИД   17790289 .

• Кирк, Рут (1978). Снег . Нью-Йорк: William Morrow and Company Inc., стр. 11–44, 171–208 . ISBN  0-688-03268-0 .

• Ньютон, Дэвид (1993). Глобальное потепление . Санта-Барбара: ABC-CLIO. стр. 1–27, 58–71. ISBN  0-87436-711-5 .

• Зайдель, Клаус; Ярослав Мартинец (2003). Дистанционное зондирование в гидрологии снега . Нью-Йорк: Спрингер. стр. 1–32, 64–107. ISBN  3-540-40880-0 .

• Сингх, Пратап Сингх; Виджай (2001). Гидрология снега и ледников . Спрингер. стр. 1–45, 104–121. ISBN  0-7923-6767-7 .

• Торн, Колин (1978). «Геоморфическая роль снега». Анналы Ассоциации американских географов . 68 (3). Тейлор и Фрэнсис, ООО: 414–425. дои : 10.1111/j.1467-8306.1978.tb01205.x . JSTOR   2561979 .

• Армия США. Инженерный корпус (30 июня 1956 г.). Снежная гидрология . Портленд: Инженерный корпус Северо-Тихоокеанской дивизии. стр. 1–35, 262–268, 291–317.