模拟冰暴对森林生态系统的影响

冰暴难以研究，因为其发生的时间和地点难以预测。本实验方案概述了一种模拟自然冰暴的新方法。所述实验方法的优势在于可控制施加冰层的时间和数量，从而能够制造出不同频率和强度的冰暴。

我们在森林生态系统中测试了该方法，但该方法也可用于其他方面，例如评估冰载荷对公用线路和其他基础设施的影响。选择一个在冬季可接近水源的区域作为试验地点，并确保水源供应充足，能够根据泵送速率以及软管直径、软管长度、所用喷嘴和水压等因素满足制冰需求。在水源处安装供水泵，并连接吸水管。

然后将滤网连接到吸水管末端，以防止杂物进入管道。击碎任何表面冰层，并将滤网完全浸入水中。水源的最小深度应约为 20 厘米。

在多功能作业车的车斗中放置一个增压泵，以提高水压。在某些情况下，可能不需要增压泵，特别是对于低矮植被。从供水泵连接一根消防软管至增压泵。

使用安装在多功能作业车辆后部的消防炮，以实现对高压软管的安全手动控制。该消防炮也可独立使用。需注意避免水流中断，例如软管弯折、水源处取水不足或水泵燃油耗尽等情况。

通过树冠的缝隙垂直喷水制冰。确保水柱高度超过树冠，使水垂直下落并接触低于冰点的表面后冻结。喷水时避免冲掉树枝和树皮。

通过驾驶多功能作业车沿施用区域边缘缓慢来回行驶，使喷雾均匀分布在森林冠层。若使用独立的监测装置，需手动移动这些装置，以确保覆盖均匀。在施用区域边缘附近的下层枝条或小枝上进行基于地面的卡尺测量，以监测冰层累积情况，并确定何时达到目标冰层厚度。

应用后使用被动式集冰器可获得更准确的结冰积累估算结果。被动式集冰器由30厘米×2.54厘米的木棒通过六向钢制连接器组装而成。测量结冰积累时，使用树木学家抛投配重将降落伞绳索抛过能够承受冰载荷的坚固树枝。

将被动式集冰器固定在绳索上，并提升至树冠层。喷洒处理完成后，小心地将集冰器降回地面，注意避免集冰器中的冰样脱落。在喷洒冰层前后，立即使用卡尺在集冰器多个位置测量冰层的垂直与水平厚度。

使用往复锯切割每根木杆，通过水量法测定冰层厚度。将木杆移至加热的建筑物内，使冰融化后，用量筒测量融水体积。在新罕布什尔州中部的哈伯德布鲁克实验林中，对一处树龄为70至100年的森林群落进行了冰暴模拟实验。

采用卡尺法和水体积法，通过被动结冰采集器测量了积冰量。单个采集器上的平均积冰量表明，卡尺法与水体积法之间存在显著的正相关关系。当积冰厚度超过约八毫米时，水体积法的测量值高于卡尺法的测量值。

喷雾时间与通过水量法和卡尺法测得的结冰量之间存在显著的正相关关系。不同样地间的平均结冰速率介于每小时1.4至4.2毫米之间。空气温度与通过水量法测得的结冰量之间存在边缘显著的负相关关系，而与卡尺法测得的结冰量之间无显著相关性。

冠层覆盖数据在处理前调查中未显示显著差异。然而，处理后调查表明，与对照组相比，中等冰层处理组、进行两次喷洒的中等冰层处理组以及高冰层处理组的冠层覆盖均显著下降。在采样期间评估了模拟冰暴对表层土壤温度的影响。

在所评估的三个水平中，处理样地的土壤在两个深度上的温度均显著高于对照样地。采用该方法时，重要的是喷洒的水雾需达到最高树木的上方，并且水分需在森林冠层上均匀分布。冰暴模拟技术使得识别森林生态系统中的关键阈值成为可能，这对于预测和应对冰暴影响具有重要意义。