Simulazione degli impatti delle tempeste di ghiaccio sugli ecosistemi forestali

Le tempeste di ghiaccio sono difficili da studiare perché è difficile prevedere quando e dove si verificheranno. Questo protocollo delinea un nuovo metodo per simulare tempeste di ghiaccio naturali. L'approccio sperimentale descritto offre il vantaggio di controllare i tempi e la quantità di ghiaccio applicati rendendo possibile la creazione di tempeste di ghiaccio di diversa frequenza e intensità.

Abbiamo testato questo metodo in un ecosistema forestale, ma può anche essere applicato in diversi modi, ad esempio per valutare l'impatto dei carichi di ghiaccio sulle linee di utilità e su altre infrastrutture. Selezionare una posizione in un'area in cui vi sia accesso a una fonte d'acqua durante l'inverno, assicurandosi che l'approvvigionamento idrico sia adeguato per l'applicazione del ghiaccio in base alla velocità della pompa e ad altri fattori come il diametro del tubo, la lunghezza del tubo, l'ugello utilizzato e la pressione dell'acqua. Impostare una pompa di alimentazione alla fonte d'acqua e collegare un tubo di aspirazione.

Quindi collegare un colino all'estremità del tubo di aspirazione per tenere i detriti fuori dalle linee. Rompere attraverso qualsiasi ghiaccio di superficie e immergere completamente il colino. La profondità minima dell'approvvigionamento idrico dovrebbe essere di circa 20 centimetri.

Posizionare una pompa booster nel letto del veicolo di servizio per migliorare la pressione dell'acqua. In alcuni casi potrebbe non essere necessaria una pompa booster, specialmente per la vegetazione a bassa statura. Eseguire un tubo antincendio dalla pompa di alimentazione alla pompa booster.

Utilizzare un monitor antincendio montato sul retro di un veicolo di servizio per consentire un controllo manuale sicuro sul tubo ad alta pressione. Il monitor può anche essere indipendente. Fare attenzione ad evitare interruzioni al flusso dell'acqua, come nodi nel tubo, estrazione dell'acqua alla fonte di alimentazione o esaurimento della benzina per le pompe.

Crea ghiaccio spruzzando acqua verticalmente attraverso gli spazi vuoti nel baldacchino. Assicurarsi che l'acqua si estenda sopra l'altezza del baldacchino in modo che si depositi verticalmente e si congeli a contatto con superfici sub-gelide. Evitare di spogliare rami e corteccia dagli alberi durante la spruzzatura.

Distribuire uniformemente lo spray sul baldacchino della foresta guidando lentamente il veicolo di attività di utilità avanti e indietro lungo il bordo dell'area di applicazione. Se vengono utilizzati monitor indipendenti, spostarli manualmente per assicurarsi che la copertura sia uniforme. Effettuare misurazioni della pinza a terra dello spessore radiale del ghiaccio su rami o ramoscelli di livello inferiore vicino al bordo dell'area di applicazione per monitorare l'accrescimento del ghiaccio e determinare quando lo spessore del bersaglio è stato raggiunto.

Ottenere stime più accurate dell'accrescimento del ghiaccio con collettori di ghiaccio passivi dopo l'applicazione. I collettori di ghiaccio passivi sono costruiti da tasselli da 30 per 2,54 centimetri uniti con un connettore in acciaio a sei. Per misurare l'accrescimento del ghiaccio utilizzare un arborista che lancia peso per infilare un cavo di paracadute su rami robusti in grado di sopportare il carico di ghiaccio.

Attaccare i raccoglitori di ghiaccio passivi al cavo e sollevarli nel baldacchino. Una volta completata l'applicazione, abbassare i collettori a terra, facendo attenzione a non perdere ghiaccio dal collettore. Effettuare misurazioni verticali e orizzontali dello spessore del ghiaccio con pinze in più posizioni sul collettore prima e immediatamente dopo l'applicazione del ghiaccio.

Per determinare lo spessore del ghiaccio con il metodo del volume dell'acqua utilizzare una sega alternativo per tagliare ogni tassello. Dopo aver portato i tasselli in un edificio riscaldato e aver sciolto il ghiaccio, misurare il volume dell'acqua di fusione con un cilindro graduato. Una simulazione di tempesta di ghiaccio è stata eseguita in uno stand forestale di 70-100 anni presso la foresta sperimentale di Hubbard Brook nel New Hampshire centrale.

L'accrescimento del ghiaccio è stato misurato su collettori di ghiaccio passivi utilizzando metodi sia di pinza che di volume d'acqua. L'accrescimento medio del ghiaccio sui singoli collettori ha indicato una forte relazione positiva tra i metodi di misurazione della pinza e del volume d'acqua. Le misurazioni con il metodo del volume d'acqua hanno superato le misurazioni con il metodo della pinza quando c'erano più di otto millimetri di ghiaccio.

C'è stata una significativa relazione positiva tra il tempo di spruzzatura e l'accrescimento del ghiaccio misurato con il metodo del volume dell'acqua e il metodo della pinza. La velocità media di accrescimento del ghiaccio variava da 1,4 a 4,2 millimetri all'ora tra le particelle. C'era una relazione inversa marginalmente significativa tra la temperatura dell'aria e l'accrescimento del ghiaccio misurata con il metodo del volume dell'acqua e nessuna relazione significativa con il metodo della pinza.

I dati sulla copertura della tettoia non hanno mostrato differenze significative nelle indagini pre-trattamento. Mentre, le indagini post-trattamento indicano una significativa diminuzione della copertura del baldacchino nel trattamento a metà ghiaccio, il trattamento a metà ghiaccio che è stato spruzzato due volte e il trattamento ad alto ghiaccio rispetto al controllo. Gli effetti delle tempeste di ghiaccio simulate sulle temperature superficiali del suolo sono stati valutati durante il campionamento.

Terreni nelle particelle trattate dove significativamente più caldi dei posti di controllo a entrambe le profondità in cui tutti e tre i livelli sono stati valutati. Con questo metodo è importante che lo spray raggiunga sopra gli alberi più alti e che l'acqua sia distribuita uniformemente sul baldacchino della foresta. La tecnica di simulazione delle tempeste di ghiaccio ha permesso di identificare soglie critiche negli ecosistemi forestali, che è importante per prevedere e prepararsi agli impatti delle tempeste di ghiaccio.