25/09/2024
0Энергетические балансы и их долгосрочные последствия для ландшафта изменились
Деревья поглощают солнечную энергию и излучают тепловую энергию, растапливая снег у своих оснований. Снег в местах выжигания остается холоднее зимой, потому что тепловой энергии меньше, но весной тает быстрее, так как деревья не затеняют его. Credit: Wyatt Reis
Исследование группы ученых из Университета штата Колорадо, опубликованное в журнале Water Resources Research, показывает, что сильные лесные пожары на высокогорье по-разному влияют на снежный покров, а измененный ландшафт усложняет прогнозирование времени таяния снега и количества доступной для использования воды.
В ходе исследования, ученые изучили влияние пожара на Камерон Пик, произошедшего в 2020 году, на снежный покров в горной местности. Они обнаружили, что местоположение является одним из ключевых факторов, влияющих на скорость и сроки таяния.
Исследователи также отметили, что на таяние снежного покрова влияют еще три фактора. Скорость таяния снега:
- варьируется от склона к склону,
- зависит от количества солнца, получаемого склоном и.
- наличия растительность на склоне
Соавтор исследования, доцент кафедры геонаук Дэн Макграт (Dan McGrath), сообщил, что на выгоревшем южном склоне снег тает раньше и количество талой воды достигает пика в начале сезона, заметно раньше по сравнению с другими местами расположения снежного покрова.
Он отметил, что при одинаковой высоте над уровнем моря максимальное количество воды в снежном пакете в местах, обращенных на юг появляется на 22 дня раньше , чем в местах, обращенных на север.
Это объясняется повышенным поглощением солнечной радиации на склонах, обращенных к югу, и отсутствием деревьев для затенения. Снег на сгоревших южных склонах полностью растаял на 11 дней раньше, чем снег на сгоревших северных склонах.
Видео подготовил Дэн Макграт, доцент кафедры геонаук в Колледже природных ресурсов Уорнера.
Университет штата Колорадо: “Это шаг вперед по сравнению с предыдущим пониманием, потому что мы зафиксировали пространственную изменчивость в сложной горной местности таким образом, как это не было сделано раньше”, – сказал Макграт.
Тепловую энергию излучают все, что поглощает солнечную энергию, например деревья и даже снег. Поскольку потеря лесного полога уменьшает источник энергии в сгоревших районах, снежный покров остается более холодным зимой, однако весной энергетический баланс меняется, и полог деревьев в несгоревших районах удлиняет таяние снег, защищая его от солнца.
Макграт отметил, что сгоревшие участки леса находятся под лучами солнца дольше, чем не сгоревшие.
Уайатт Рейс копает снежную яму и измеряет температуру, плотность и содержание жидкой воды в снегу на горельнике пика Камерон. Рейс возглавил исследование, в ходе которого выяснилось, что количество воды в снегу на обгоревших участках, обращенных к югу, достигает пика в начале сезона и тает раньше, чем в других районах. Фото любезно предоставлено Уайаттом Рейсом
Исследователи использовали радиометры для измерения входящей и исходящей длинноволновой и коротковолновой энергии. Коротковолновая энергия поступает от солнечного излучения, а длинноволновая – это тепловая энергия.
После лесного пожара сажа и пепел, оставшиеся от стволов деревьев, затемняют снег вокруг них, снижая отражательную способность, называемую альбедо.
Более темный снег поглощает больше солнечной энергии, в результате чего он быстрее тает. Изучив полный энергетический баланс, исследователи смогли определить, какая часть изменения энергии связана с уменьшением альбедо из-за пепла и сажи, а какая – с потерей лесного полога.
“Мы обнаружили, что входящая коротковолновая энергия в пять-шесть раз более влиятельна, чем изменение альбедо”, – сказал ведущий автор исследования Уайатт Рейс, который работал над проектом, который стал его магистерской диссертации в CSU.
По словам Рейса, это улучшило понимание энергетического баланса, что послужило основой для разработки моделей и инструментов, с помощью которых менеджеры водного хозяйства могут принимать решения по поводу воды, стекающей вниз по склону и собирающейся в водохранилищах.
После пожара прошло четыре зимы, и, как сказал Макграт, “снежный покров стал заметно чище, но деревья не вернулись, и я не уверен, что они когда-нибудь вернутся”.
Согласно исследованию, поскольку склоны, обращенные на юг, обожженные и, следовательно, незатененные, накапливают меньше снега и освобождаются от снега раньше, чем другие склоны, они могут быть слишком сухими для приживания саженцев деревьев.
“Склоны, обращенные к югу, могут быть окончательно преобразованы и не восстановиться до состояния, которое было до пожара”, – сказал Макграт.
По словам МакГрата, это может привести к тому, что водосбор никогда не будет прежним.
“Если учесть, что на западе США сгорело столько территории, что все чаще это происходит на больших высотах, где скапливаются глубокие снежные массы, то это действительно критическая проблема, которая влияет и будет продолжать влиять на водоснабжение региона”, – сказал Макграт. “Эти полевые наблюдения в горной местности дают нам основу для улучшения моделирования и управления водными ресурсами”.
