얼음 폭풍은 발생을 예측하는 데 어려움을 겪기 때문에 연구하기가 어려운 중요한 기상 현상입니다. 여기서는 동결 조건 동안 숲 캐노피 위에 물을 뿌리는 얼음 폭풍을 시뮬레이션하는 새로운 방법을 설명합니다.
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이 논문에서
요약
초록
얼음 폭풍은 동결 조건을 경험하는 지역의 산림 생태계의 구조와 기능에 심오하고 지속적인 영향을 미칠 수 있습니다. 현재 모델은 기후 변화에 대응하여 향후 수십 년 동안 얼음 폭풍의 빈도와 강도가 증가할 수 있어 그 영향을 이해하는 데 대한 관심이 높아지고 있다고 제안합니다. 얼음 폭풍의 금욕적 성격과 언제 어디서 일어날지 예측하는 데 어려움을 겪기 때문에, 얼음 폭풍의 생태학적 영향에 대한 과거 조사는 주요 폭풍에 따른 사례 연구에 기반을 두고 있습니다. 강렬한 얼음 폭풍이 극히 드문 사건이기 때문에 자연 발생을 기다려서 연구하는 것은 비현실적입니다. 여기서 우리는 필드 조건하에서 숲 플롯에 유약 얼음 이벤트의 시뮬레이션을 포함하는 새로운 대체 실험 접근 방식을 제시한다. 이 방법을 사용하면 물이 개울이나 호수에서 펌핑되고 공기 온도가 영하일 때 숲 캐노피 위에 분무됩니다. 물은 비가 내리고 차가운 표면과 접촉하면 얼어 붙습니다. 얼음이 나무에 축적됨에 따라 볼레와 가지가 구부러지고 부서지는 것입니다. 처리되지 않은 참조 스탠드와의 비교를 통해 정량화 될 수있는 손상. 설명된 실험적 접근법은 적용된 얼음의 타이밍과 양을 제어할 수 있기 때문에 유리합니다. 다양한 주파수와 강도의 얼음 폭풍을 생성하면 얼음 폭풍 영향을 예측하고 준비하는 데 필요한 중요한 생태 학적 임계값을 식별 할 수 있습니다.
서론
얼음 폭풍은 환경과 사회에 단기 및 장기적인 영향을 미칠 수있는 중요한 자연 장애입니다. 강렬한 얼음 폭풍은 나무와 작물을 손상시키고, 유틸리티를 방해하며, 도로 및 기타 인프라1,,2를손상시키기 때문에 문제가됩니다. 얼음 폭풍이 일으키는 위험한 상태는 사고를 일으켜 부상과 사망자2를초래할 수 있습니다. 얼음 폭풍은 비용이 많이 듭니다. 미국(미국)3의재정적 손실은 연간 평균 3억 1,300만4달러로, 일부 개별 폭풍은 10억 4달러를 초과합니다. 산림 생태계에서 얼음 폭풍은 감소된 성장과 나무 사망률5,,6,7,7화재 위험 증가, 해충 및 병원균의 확산8,9,,910등의 부정적인 결과를 초래할 수 있다. 또한 살아남은 나무
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프로토콜
1. 실험 설계 개발
- 사실적인 값을 기반으로 아이싱의 강도와 빈도를 결정합니다.
- 플롯의 크기와 모양을 결정합니다.
- 트리 응답을 평가하는 것이 목표인 경우 여러 나무와 대부분의 루트 시스템을 포함할 수 있을 만큼 큰 플롯 크기를 선택하며, 이는 나무 종과 나이 와 같은 요인에 따라 다릅니다.
- 안전을 위해 플롯 전체를 경계 외부에서 분사할 수 있도록 플롯을 디자인합니다.
- 공간 플롯은 한 플롯의 처리가 다른 플롯에 영향을 미치지 않도록 충분히 떨어져(예: 10m)입니다.
- 에지 효과를 줄이고 얼음 커버리지를 더욱 균일하게 분배할 수 있도록 플롯 주위에 버퍼 영역(예: 5m)을 설정합니다.
- 특정 샘플링 요구에 대해 더 큰 플롯 내에 서브플롯을 설정합니다.
- 복제 플롯 수를 결정합니다.
2. 연구 위치 선택 및 설정
- 나무 종 조성, 토양, 리소로지 및 수문학과 같은 유사한 기능을 갖춘 균일한 숲 스탠드를 선택합니다.
- 겨울철 수원에 접근할 수 있는 지역에서 응용 프로그램의 위치를 선택합니다.
- 펌프 속도 및 호스 직경, 호스 길....
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결과
뉴 햄프셔 중심부의 허바드 브룩 실험 숲에서 70\u2012100 년 된 북부 나무 숲에서 얼음 폭풍 시뮬레이션이 수행되었습니다 (43 ° 56′ N, 71 ° 45′ W). 스탠드 높이는 약 20m이며 얼음 응용 분야의 지배적 인 나무 종은 미국 너도밤 나무(파거스 그란디폴리아),설탕 단풍 나무(에이서 사카룸),붉은 단풍 나무(에이서 루브룸)및 노란색 자작 나무(베툴라 알레가니엔시스)입니다. 10 20 m x 30 m 플롯 을 설립 하 고 무작위로 치료를 할당 했다. 대부분의 샘플링은 10m x 20m 내부 플롯 내에서 발생하여 5m 버퍼를 허용했습니다. 내부 플롯은 다양한 유형의 샘플링을 위해 지정된 8개의 5m x 5m 서브플롯으로 나뉘었다. 5개의 처리각각에 대한 두 개의 복제 플롯이 있었는데, 이는 대조군(얼음 없음)과 방사형 얼음 증착의 세 가지 표적 수준으로 구성되었습니다: 낮은(6.4 mm), 중간(12.7mm), 높은(19.0 mm). 중간 수준의 .......
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토론
적절한 기상 조건에서 얼음 폭풍의 실험 시뮬레이션을 수행하여 성공을 보장하는 것이 중요합니다. 이전 연구30에서,우리는 분무에 대한 최적의 조건은 공기 온도가 -4 ° C 이하이고 풍속이 5m / s 미만일 때 가장 일반적으로 발생하는 것으로 나타났습니다 (-1 받는 분의 0 ° C), 얼음 폭풍 시뮬레이션에 대한 이상적인 온도는 추운 경우에도, 그들은 여전히 관찰 된 동결 비 이벤트의 온도 범위 내에서-15~ 1 °C. 영하의 온도가 지속되기 때문에, 이 실험적인 접근은 더 북쪽 위치로 제한되고, 1월에 평균 월저온이 -9°C인 허바드 브룩 실험숲과 같이 비교적 추운 장소에서도 수행하기가 어려울 수 있지만, 정기적으로 동결 이상으로 변동한다. 밤에 살포하는 것은 공기 온도가 일반적으로 가장 추우며 태양 복사의 효과가 무시할 때이기 때문에 유리할 수 있습니다.
얼음 폭풍 시뮬레이션 실험에는 몇 .......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다. 상표, 상표, 제조자 또는 기타 특정 상업적 제품, 프로세스 또는 서비스에 대한 참조는 반드시 미국 정부의 보증, 추천 또는 호의를 구성하거나 암시하는 것은 아닙니다. 여기에 표현된 저자의 견해와 의견은 반드시 미국 정부의 의견을 명시하거나 반영하지 않으며 광고 또는 제품 보증 목적으로 사용되지 않습니다.
감사의 글
이 연구를 위한 기금은 국립 과학 재단 (DEB-1457675)에 의해 제공되었습니다. 얼음 응용 프로그램 및 관련 분야 및 실험실 작업, 특히 제프 슈와너, 게이브 위넌트, 브렌던 레오나르디를 도운 아이스 스톰 실험(ISE)의 많은 참가자들에게 감사드립니다. 이 원고는 허바드 브룩 생태계 연구의 기여입니다. 허바드 브룩은 국립 과학 재단 (DEB-1633026)에 의해 지원되는 장기 생태 연구 (LTER) 네트워크의 일부입니다. 허바드 브룩 실험 숲은 USDA 산림 청, 북부 연구 스테이션, 매디슨, 위스콘신에 의해 운영및 유지됩니다. 비디오와 이미지는 허바드 브룩 리서치 재단의 제공자인 짐 슈레트와 조 클레멘토비치가 가지고 있습니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 부스터 펌프 | Waterax | BB-4-23P | 401 L min-1 최대 유량; 30.3 bar 최대 압력 |
| 소방 호스 | ATI Forest Products | Forest-Lite G55H1F50N | 직경 3.8 cm, 폴리에스터, 단일 재킷 |
| 모니터 (지상 배치) | 태스크 포스 팁 | Blitzfire XX111A | 2000 L min-1 최대 유량; 3.8 cm 호스 |
| 에 적합모니터 (UTV 마운트) | Potter Roemer | Fire Pro FP1S-125 | 1325 L min-1 최대 유량; 3.8cm 호스 |
| 적합 노즐 | Crestar | ST2675 | 스무스 보어; 이중 스택; 3.8cm 흡입구; 1.3cm 오리피스 |
| 스트레이너 | Northern Tool | 107902 | 7.6cm 호스 피팅, 외경 17.6cm |
| 흡입 호스 | JGB Enterprises | A007-0489-1615 | 7.6cm 직경; 4.6m 길이의 |
| 워터 펌프 | NorthStar | 106471E | 665 L min-1; 7.6cm 호스에 적합 |
참고문헌
- Zhou, B., et al. The Great 2008 Chinese Ice Storm: Its socioeconomic–ecological impact and sustainability lessons learned. Bulletin of the American Meteorological Society. 92 (1), 47-60 (2011).
- Call, D. A.
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재인쇄 및 허가
