Schneehydrologie - Snow hydrology

Die Schneehydrologie ist eine wissenschaftliche Studie auf dem Gebiet der Hydrologie, die sich auf die Zusammensetzung, Streuung und Bewegung von Schnee und Eis konzentriert . Studien zur Schneehydrologie stammen aus der Zeit vor Anno Domini , obwohl erst Mitte des 18. Jahrhunderts große Durchbrüche erzielt wurden.

Schneefall, Ansammlung und Schmelze sind wichtige hydrologische Prozesse in Wassereinzugsgebieten in großen Höhen oder Breiten. In vielen westlichen Bundesstaaten der USA macht die Schneeschmelze einen großen Teil des Quellabflusses aus, der als Wasserversorgung für Stauseen , städtische Bevölkerungsgruppen und landwirtschaftliche Aktivitäten dient .

Ein großer Teil der Schneehydrologiegruppen verfolgt neue Methoden zur Integration der Schneehydrologie in verteilte Modelle über komplexes Gelände durch theoretische Entwicklungen, Modellentwicklung und Tests mit Feld- und Fernerkundungsdatensätzen . Die Schneehydrologie ist recht komplex und umfasst sowohl Massen- als auch Energiebilanzberechnungen über eine zeitlich variierende Schneedecke, die durch die räumliche Lage in der Wasserscheide, die Wechselwirkung mit der Vegetation und die Umverteilung durch Winde beeinflusst wird . Einige Forscher versuchen, die Schneedynamik an einem Punkt und über einer Domäne genau zu erfassen, da das räumliche Muster der Schneedecke durch Fernerkundung leicht erkennbar ist.

Überblick

Schnee und Eis machen rund 75% des gesamten Süßwasservolumens der Erde aus , es fehlen jedoch zuverlässige Anwendungen. Im Vergleich dazu enthält das aus Flüssen und Süßwasserseen gelieferte Wasser eine konstante jährliche Wasserquelle. Diese natürlichen Gewässer werden durch gebildet Federn , Niederschläge und gebirgigen Schneeabfluss . Schätzungen zufolge macht Schnee etwa 5% des Niederschlags aus, der die Erdoberfläche erreicht. Aufgrund der großen Wassermenge in diesen Quellen ist die Schneehydrologie eine wachsende Studie im Bereich der Gezeiten und der saisonalen Flussraten .

Trotz allgemeiner Überzeugung ist Schneefall nicht die Hauptursache für die Zerstörung organischer Stoffe in kalten Klimazonen. Der schädlichste Aspekt sind Winde mit kalter Temperatur, die über der Oberfläche der Schneedecke herrschen. Studien haben gezeigt, dass die isolierenden Eigenschaften von Schnee die Pflanzen und Kleintiere in der Umwelt vor diesen eisigen Winden schützen. "Der Schnee selbst ist der Lebensraum für verschiedene Mikroorganismen wie Schneewürmer und Algen." Ohne konstanten jährlichen Schneefall würden viele Pflanzen durch Frostschäden zerstört . Beide Eiswürmer ( Mesenchytraeus Solifugus ) und Grünalgen sind einzigartige Organismen , die in Eis- und schneebedeckten Lebensräume leben können.

Geschichte

Obwohl das meiste Wissen auf dem Gebiet der Schneehydrologie in den letzten zwei Jahrhunderten entdeckt wurde, gibt es Hinweise darauf, dass in den griechischen Staaten bereits 500-428 v. Chr. Ein gewisses Verständnis bestand.

Uralt

Einige der frühesten Beweise, die ein altes technisches Verständnis der Schneebewegung stützen, wurden von den Griechen erbracht . Anaxagoras, ein altgriechischer Hinweis:

"Das Wasser im Nil kommt aus dem Schnee in Äthiopien , der im Winter gefriert und im Sommer schmilzt."

Es wurde gezeigt, dass die Griechen der Oberschicht in diesen Stadtstaaten ein grundlegendes Verständnis für die Kühleigenschaften des Schnees haben. Bürger der Oberschicht hätten mit Heu ausgekleidete Gruben unter ihren Häusern gegraben und Schnee von den Bergen herabgebracht, um sie zu füllen. Verderbliche Lebensmittel könnten dann monatelang in diesen Gruben gelagert werden.

Die christliche Bibel enthält in ihrem Text zahlreiche Passagen, die ein grundlegendes Verständnis des Wasserkreislaufs zum Ausdruck bringen. Jeder der folgenden Verse zeigt grundlegende Ideen hinter den hydrologischen Prozessen.

Modern

Abrufen eines Eiskerns aus dem National Ice Core Lab

Eine der frühesten modernen Aufzeichnungen der Praxis der Schneehydrologie wurde vom Geologen Antonio Vallisnieri um die Zeit des 17. Jahrhunderts eingeführt. Seine Arbeit theoretisierte: "Diese Flüsse, die aus Quellen in den italienischen Alpen entspringen, kamen von Regen und Schneeschmelze, die in unterirdische Kanäle sickerten."

Die ersten amerikanischen Forschungslabors wurden in den 1940er Jahren eingeführt, um die vielen Probleme zu lösen, die mit der Schneebewegung im Zweiten Weltkrieg verbunden waren. Diese drei Labore waren:

Derzeit gibt es weltweit Hunderte von Schneehydrologielabors und Messgeräten. Ab 2004 wurde mit Ausnahme der Antarktis jeder Kontinent beobachtet . Seitdem wurden am Polarkreis mehrere Messgeräte eingerichtet , die eine ständige Beobachtung ermöglichen. Die teilweise Verwendung dieser Systeme mit Satellitenbildgebungssystemen hat zu einer genauen Darstellung der zugrunde liegenden Landmasse geführt, die in der Vergangenheit unbekannt war.

Hydrologen

Schneehydrologen konzentrieren sich speziell auf Bewegung und Zusammensetzung von Schnee und Eis, im Bereich der Hydrologie . Das aus dieser Karriere gewonnene Wissen wird am häufigsten in Wettervorhersagen und ökologischen / landwirtschaftlichen Berufen verwendet, die Kenntnisse über die Auswirkungen der Schneemigration erfordern. Sie rufen die benötigten Informationen durch Tiefen-, Dichte- und Zusammensetzungsmessungen sowie verschiedene Fernerkundungstechniken ab. Arbeitnehmer in diesem Bereich können für Regierungsbehörden, Forschungsunternehmen und öffentliche Informationsdienste arbeiten.

Ausrüstung und Prüfung

Siehe auch: Schnee § Schneefallmessung und Schneewissenschaft § Messung

Terrestrische Messungen

Die Untersuchung der Schnee- und Gletscherbewegung ist zwar weitgehend von Fernerkundungsgeräten abhängig, erfordert jedoch vor Ort Techniken, um die Gültigkeit der Daten genau zu bestimmen. Diese Werkzeuge und Techniken reichen von einfachen, wie z. B. einer Tiefenspitze, bis zu komplexen, wie z. B. den Kernprobenahmegeräten , mit denen auf Variationen in der Eiszusammensetzung geprüft wird. Drei gebräuchliche Arten von terrestrischen Messungen sind:

  • Schneehöhe - Dies ist eine Messung von der Schneeoberfläche bis zum Boden in Metern. Es wird üblicherweise über einen großen Zeitraum mit unbeweglichen abgestuften Einsätzen durchgeführt.
  • Schneewasseräquivalenz - Ein Messinstrument, das die vertikale Wassertiefe darstellt, die sich in einem Gebiet ansammeln würde, wenn der gesamte Schnee und das Eis in diesem Gebiet geschmolzen wären.
  • Schneedichte - Dies ist der Wert, der durch Teilen der Wasseräquivalenzmessung durch die Schneehöhenmessung ermittelt wird.

Fernerkundung

Die Fernerkundungstechnologie ist ein neueres Instrument auf dem Gebiet der Schneehydrologie, das als Reaktion auf die wachsenden Aussichten in den Mitte des 19. Jahrhunderts durchgeführten parametrischen Studien (Untersuchung eines Themas im Laufe der Zeit) zur Hydrologie entwickelt wurde. Im Vergleich zu dem in früheren Jahren verwendeten deterministischen Ansatz (Konzept, dass es keine zufälligen Ereignisse gibt) führte diese Technik zu einer minimalen menschlichen Interaktion mit der Umwelt und der Feldausrüstung. Derzeit gibt es weltweit Tausende von Erfassungsorten. Jeder Standort kann Daten von einer beliebigen Anzahl von Fernerkundungstechniken empfangen.

Das Landsat-MSS ist eines der am häufigsten verwendeten Tools. Es ist in der Lage, Schneedecken für Datenberechnungen zu erkennen und in drei Zonen einzuteilen. Die erste Zone ist ein Gebiet mit 100% Schneedecke. Die zweite Zone ist als Übergangszone bekannt, bei der es sich um eine Mischung aus schneebedeckten und nicht schneebedeckten Regionen handelt. Diese Zone wird üblicherweise bei einem Wert von 50% Schneezusammensetzung gemessen. Die Endzone ist schneefrei (= aper). Die kombinierte Ablesung dieser drei Messungen ergibt eine relativ genaue Schätzung der Schneemenge innerhalb des gescannten Bereichs. Einige nachteilige Variablen für diese Technik sind Wolkendecke, extremes Sonnenlicht und starke Vegetation.

Erkennungswerkzeuge

Aufnahme des Atchafalaya-Beckens mit MSS und NOAA

Ab 2004 wurde jeder Kontinent mit Ausnahme der Antarktis regelmäßig durch Fernerkundungssatelliten überwacht.

Im Folgenden sind einige Messwerkzeuge aufgeführt:

  • Landsat Multispektralscannersystem (MSS)
  • Thermatic Mapper (MT)
  • Systéme Probatoire d'Observation de la Terre-Multispektral (SPOT-XS)
  • National Oceanic and Atmospheric Administration - Fortgeschrittenes Radiometer mit sehr hoher Auflösung (NOAA / AVHRR)
  • Meeresbeobachtungssatelliten-Multispektral-Elektronisches Selbstabtastradiometer (MOS-MESSR)
  • Indische Fernerkundung Satelliten-linearer Bildgebungs-Selbstabtastsensor (IRS-LISS)
  • Bildgebendes Spektralradiometer mit mittlerer Auflösung (MODIS)
  • Medium-Resolution Imaging Spectrometer (MERIS)

Anwendungen

Meteorologie

Meteorologie ist die wissenschaftliche Untersuchung des Wetters. Es wird in der Wettervorhersage verwendet , um atmosphärische Ereignisse vor ihrem Auftreten vorherzusagen. Die Schneehydrologie wird verwendet, um die Eigenschaften des Schneefalls in verschiedenen topografischen Regionen abzuschätzen. Dies beinhaltet Informationen zu Schneehöhe, Dichte, Zusammensetzung und möglichen Abflussmustern. Es wird auch häufig zur Untersuchung von Naturphänomenen wie Schneestürmen , Lawinen , Eispellets und Hagel verwendet, um Naturkatastrophen vorherzusehen.

Glaziologie

Die Glaziologie ist eine ähnliche Studie wie die Schneehydrologie, die sich speziell auf die Gletscherbewegung konzentriert . Gletscher sind große Eismassen, die im Laufe der Zeit durch den Prozess der Schneeanhäufung langsam wandern können. Diese Studie analysiert ihr früheres und aktuelles Wachstum sowie ihre Zusammensetzung, um vorherzusagen, wie sie die Landmassen, in denen sie leben, geformt haben. Zwei wichtige Studien zur Glaziologie sind die globale Erwärmung und das Gletschermaximum ( Eiszeiten ).

Aktuelle Probleme

Globale Erwärmung

In den letzten Jahren war die globale Erwärmung das vorherrschende Thema im Zusammenhang mit der Schneehydrologie . Das zugrunde liegende Konzept besagt, dass die menschliche Konstruktion und Produktion von Emissionen eine Reihe von gasförmigen chemischen Verbindungen erzeugt hat, die zu vorhandenen Treibhausgasen beitragen . Gase wie CO2 und CH4 speichern Wärme in der Atmosphäre und tragen zum globalen Klimawandel bei. Diese Gase werden normalerweise durch Umweltprozesse wie die Photosynthese relativ schnell abgebaut . In den letzten Jahren haben Studien jedoch gezeigt, dass ihre atmosphärische Zusammensetzung zunimmt. Einige Studien glauben, dass dies ein natürlicher Teil des Erdzyklus ist, während andere behaupten, dass dies auf die zunehmende Menge an Emissionen fossiler Brennstoffe und die allmähliche Entwaldung sauerstoffproduzierender Pflanzen zurückzuführen ist. Die Theorie legt nahe, dass diese Temperaturänderungen die Art und Weise beeinflussen könnten, wie sich Eis und Schnee über der Erdkruste bilden, wodurch ein Gletscherverschiebungsprozess ausgelöst wird, der möglicherweise zu einem Anstieg des Meeresspiegels von 0,5 Metern auf 1,5 Meter führt. Diese Änderung könnte dann den Salzgehalt des Ozeans beeinflussen und Umweltveränderungen verursachen, die Meeresströmung und die darin lebenden Organismen verändern .

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

  • DeWalle, David; Albert Rango (2008). Prinzipien der Schneehydrologie . New York: Cambridge University Press. pp.  1 -118, 211-266. ISBN 978-0-521-82362-3.
  • "ESV Bibel" . Gute Nachrichtenverleger. 2001 . Abgerufen am 27. April 2009 .
  • Newton, David (1993). Globale Erwärmung . Santa Barbara: ABC-CLIO. S. 1–27, 58–71. ISBN 0-87436-711-5.
  • Seidel, Klaus; Jaroslav Martinec (2003). Fernerkundung in der Schneehydrologie . New York: Springer. S. 1–32, 64–107. ISBN 3-540-40880-0.
  • Armee der vereinigten Staaten. Corps of Engineers (30. Juni 1956). Schneehydrologie . Portland: Ingenieurkorps der Nordpazifik-Division. S. 1–35, 262–268, 291–317.