Symulacja wpływu burz lodowych na ekosystemy leśne
30 czerwca 2020
Burze lodowe są ważnymi zjawiskami pogodowymi, które są trudne do zbadania ze względu na trudności w przewidywaniu ich wystąpienia. W tym miejscu opisujemy nowatorską metodę symulacji burz lodowych, która polega na rozpylaniu wody na baldachim lasu w warunkach poniżej zera.
Burze lodowe są trudne do zbadania, ponieważ trudno jest przewidzieć, kiedy i gdzie wystąpią. Protokół ten przedstawia nowatorską metodę symulacji naturalnych burz lodowych. Opisane podejście eksperymentalne ma tę zaletę, że ma kontrolę nad czasem i ilością zastosowanego lodu, co umożliwia tworzenie burz lodowych o różnej częstotliwości i intensywności.
Przetestowaliśmy tę metodę w ekosystemie leśnym, ale można ją również zastosować na różne sposoby, na przykład do oceny wpływu obciążeń lodem na linie energetyczne i inną infrastrukturę. Wybierz miejsce w obszarze, w którym jest dostęp do źródła wody zimą, upewniając się, że dopływ wody jest odpowiedni do aplikacji lodu w oparciu o szybkość pompy i inne czynniki, takie jak średnica węża, długość węża, używana dysza i ciśnienie wody. Ustawić pompę zasilającą u źródła wody i podłączyć wąż ssący.
Następnie podłącz sitko do końca węża ssącego, aby zanieczyszczenia nie dostały się do przewodów. Przebij się przez lód na powierzchni i całkowicie zanurz sitko. Minimalna głębokość dopływu wody powinna wynosić około 20 centymetrów.
Umieść pompę wspomagającą w łożu pojazdu użytkowego, aby poprawić ciśnienie wody. W niektórych przypadkach pompa wspomagająca może nie być konieczna, szczególnie w przypadku roślin o niskim wzroście. Poprowadź wąż gaśniczy od pompy zasilającej do pompy wspomagającej.
Użyj monitora przeciwpożarowego zamontowanego z tyłu pojazdu użytkowego, aby umożliwić bezpieczne ręczne sterowanie wężem wysokociśnieniowym. Monitor może być również wolnostojący. Należy uważać, aby uniknąć zakłóceń w przepływie wody, takich jak załamania węża, pobór wody ze źródła zasilania lub brak benzyny do pomp.
Utwórz lód, rozpylając wodę pionowo przez szczeliny w baldachimie. Upewnij się, że woda wystaje ponad wysokość baldachimu, tak aby osiadała pionowo i zamarzała w kontakcie z powierzchniami poniżej zamarzania. Unikaj zdzierania gałęzi i kory z drzew podczas opryskiwania.
Równomiernie rozprowadź oprysk na baldachimie lasu, powoli prowadząc pojazd użytkowy tam iz powrotem wzdłuż krawędzi obszaru aplikacji. Jeśli używane są monitory wolnostojące, należy je przesuwać ręcznie, aby zapewnić równomierne pokrycie. Wykonaj naziemne pomiary suwmiarkowe promieniowej grubości lodu na niższych gałęziach lub gałązkach w pobliżu krawędzi obszaru aplikacji, aby monitorować narastanie lodu i określić, kiedy osiągnięto docelową grubość.
Uzyskaj dokładniejsze szacunki akrecji lodu za pomocą pasywnych kolektorów lodu po aplikacji. Pasywne kolektory lodu zbudowane są z kołków o wymiarach 30 na 2,54 centymetra połączonych sześciostykowym stalowym łącznikiem. Aby zmierzyć przyrost lodu, użyj ciężarka arborysty, aby przeciągnąć linkę spadochronu na solidne gałęzie, które mogą wytrzymać obciążenie lodem.
Przymocuj pasywne kolektory lodu do sznurka i podnieś je do baldachimu. Po zakończeniu aplikacji opuść kolektory na ziemię, uważając, aby nie stracić lodu z kolektora. Wykonaj pionowe i poziome pomiary grubości lodu za pomocą suwmiarek w wielu miejscach na kolektorze przed i bezpośrednio po nałożeniu lodu.
Aby określić grubość lodu metodą objętości wody, użyj piły szablastej, aby przeciąć każdy kołek. Po przyniesieniu kołków do rozgrzanego budynku i stopieniu lodu zmierz objętość stopionej wody za pomocą cylindra z podziałką. Symulację burzy lodowej przeprowadzono w liczącym od 70 do 100 lat drzewostanie w Hubbard Brook Experimental Forest w środkowym New Hampshire.
Akrecję lodu mierzono na pasywnych kolektorach lodu przy użyciu zarówno suwmiarki, jak i objętości wody. Średni przyrost lodu na poszczególnych kolektorach wskazał na silną dodatnią zależność między suwmiarką a metodami pomiaru objętości wody. Pomiary metodą objętości wody przewyższały pomiary metodą suwmiarki, gdy lodu było więcej niż około ośmiu milimetrów.
Stwierdzono istotną dodatnią zależność między czasem rozpylania a przyrostem lodu mierzonym metodą objętości wody i metodą suwmiarki. Średnie tempo akrecji lodu wahało się od 1,4 do 4,2 milimetra na godzinę na wszystkich powierzchniach. Stwierdzono marginalnie istotną odwrotną zależność między temperaturą powietrza a przyrostem lodu mierzoną metodą objętości wody i brak istotnej zależności od metody suwmiarki.
Dane dotyczące pokrycia baldachimu nie wykazały istotnych różnic w badaniach przed zabiegiem. Natomiast badania po oblodzeniu wskazują na znaczne zmniejszenie pokrycia koronami drzew w przypadku obróbki w środku lodu, w przypadku obróbki w środku lodu, która została dwukrotnie spryskana, oraz w przypadku obróbki w przypadku dużego lodu w porównaniu z kontrolą. Wpływ symulowanych burz lodowych na temperaturę gleby na powierzchni gleby oceniano podczas pobierania próbek.
Gleby na poletkach poddanych działaniu środka były znacznie cieplejsze niż poletka kontrolne na obu głębokościach, na których oceniano wszystkie trzy poziomy. W przypadku tej metody ważne jest, aby spray sięgał ponad najwyższe drzewa i aby woda była równomiernie rozprowadzana po koronach drzew. Technika symulacji burzy lodowej umożliwiła zidentyfikowanie krytycznych progów w ekosystemach leśnych, co jest ważne dla przewidywania skutków burz lodowych i przygotowania się na nie.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Burze lodowe są trudne do przewidzenia i zbadania ze względu na ich nieprzewidywalny charakter. Niniejszy artykuł opisuje nowatorską metodę symulowania burz lodowych poprzez rozpylanie wody nad koronami drzew w warunkach temperatur poniżej zera.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauki o środowisku
- Symulacje pogodowe
- Badania wpływu ekologicznego
Wstęp
- Burze lodowe stanowią istotne wyzwanie dla badaczy.
- Zrozumienie mechanizmów ich występowania może pomóc w tworzeniu lepszych modeli prognostycznych.
- Symulowanie tych zdarzeń może pomóc w badaniu ich wpływu na ekosystemy.
- Metoda ta umożliwia prowadzenie kontrolowanych eksperymentów.
Cel badania
- Opracowanie niezawodnej metody symulacji burz lodowych.
- Ocena wpływu zróżnicowanego obciążenia lodem na różne środowiska.
- Stworzenie ram dla przyszłych badań nad skutkami burz lodowych.
Zastosowane metody
- Opryskiwanie koron drzew w lesie w warunkach temperatur ujemnych.
- Kontrola czasu oraz ilości naniesionego lodu.
- Testowanie w ekosystemie leśnym.
- Potencjalne zastosowania w ocenie linii przesyłowych i infrastruktury.
Główne wyniki
- Pomyślna symulacja burz lodowych o różnej częstotliwości i intensywności.
- Wykazanie kontroli nad parametrami nakładania lodu.
- Dostarczenie informacji na temat ekologicznych skutków obciążeń lodowych.
- Metodę można dostosować do innych zastosowań badawczych.
Wnioski
- Nowoczesna metoda symulacji stanowi nowe narzędzie do badania burz lodowych.
- Kontrolowane eksperymenty mogą prowadzić do lepszego zrozumienia skutków burz lodowych.
- Podejście to może zostać wykorzystane w różnych badaniach ekologicznych i infrastrukturalnych.
Najczęściej zadawane pytania
Zastosowanie w przemyśle
Metoda ta umożliwia kontrolowaną symulację stresorów środowiskowych w celu oceny odporności systemów biologicznych, co wspiera modelowanie predykcyjne w ocenie ryzyka ekologicznego. Poprzez ilościowe określenie progów uszkodzeń strukturalnych, dostarcza ona informacji niezbędnych do opracowania strategii adaptacyjnych w zakresie zarządzania infrastrukturą i ekosystemami w warunkach zmieniającego się klimatu. Podejście to stanowi odtwarzalną platformę do badania wpływu zdarzeń ekstremalnych, istotną dla długoterminowego prognozowania środowiskowego oraz planowania działań zapobiegawczych.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia testowanie hipotez dotyczących reakcji układów biologicznych na kontrolowane stresory abiotyczne.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzowane warunki do oceny zmian fenotypowych indukowanych stresem.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Generuje mierzalne, zależne od dawki wyniki służące do oceny limitów tolerancji systemu.
- Wartość operacyjna: Wspiera opracowanie powtarzalnych testów do pomiaru skumulowanych efektów stresu.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Ułatwia badanie mechanizmów adaptacji do stresu istotnych dla identyfikacji biomarkerów translacyjnych.
- Wartość operacyjna: Umożliwia porównanie profili odpowiedzi na stres w różnych systemach w określonych warunkach.
Integracja potoków przetwarzania i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w przepływy pracy badawcze wymagające kontrolowanych modeli stresu środowiskowego w celu oceny odporności biologicznej i zdolności adaptacyjnych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera badanie mechanizmów szlaków odpowiedzi na stres poprzez ustandaryzowane zastosowanie bodźca stresowego.
- Screening: Umożliwia generowanie ilościowych, powtarzalnych odczytów fenotypowych do screeningu związków lub genotypów.
- Analityka: Zapewnia mierzalne punkty końcowe, takie jak szybkość przyrostu lodu i uszkodzenia strukturalne, do analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Łączy kontrolowaną ekspozycję na stres z wynikowymi efektami fenotypowymi istotnymi dla oceny cech adaptacyjnych.
- Zastosowania w skali przedsiębiorstwa: Oferuje modułową platformę możliwą do adaptacji do różnych systemów biologicznych i różnego natężenia stresorów.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w modelowaniu odpowiedzi biologicznych na ekstremalne zdarzenia środowiskowe.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalność i skalowalność aplikacji stresu w różnych ośrodkach badawczych.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji w oparciu o analizę ryzyka w zakresie alokacji zasobów na potrzeby przygotowania do zagrożeń środowiskowych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację strategii łagodzenia skutków w oparciu o progi określone przez empirycznie wyznaczone krzywe uszkodzeń.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie monitoringu środowiska i instrumentacji terenowej.
- Zależy od dostępu do źródeł wody, sprzętu pompującego oraz warunków temperatury poniżej zera.
- Wymaga ustandaryzowanych protokołów aplikacji lodu i pomiaru przyrostu warstwy lodowej.
- Wymaga uwzględnienia adaptacji do różnych struktur roślinności i gęstości koron drzew.
- Ograniczone przez zależność od pogody oraz uwarunkowania logistyczne w odległych lub trudno dostępnych lokalizacjach.
