산림 생태계에 얼음 폭풍의 영향 시뮬레이션

얼음 폭풍은 환경과 사회에 단기 및 장기적인 영향을 미칠 수있는 중요한 자연 장애입니다. 강렬한 얼음 폭풍은 나무와 작물을 손상시키고, 유틸리티를 방해하며, 도로 및 기타 인프라^1,,2를손상시키기 때문에 문제가됩니다. 얼음 폭풍이 일으키는 위험한 상태는 사고를 일으켜 부상과 사망자^2를초래할 수 있습니다. 얼음 폭풍은 비용이 많이 듭니다. 미국(미국)^3의재정적 손실은 연간 평균 3억 1,300만⁴달러로, 일부 개별 폭풍은 10억 4달러를 초과합니다. 산림 생태계에서 얼음 폭풍은 감소된 성장과 나무 사망률^5,,6,7,7화재 위험 증가, 해충 및 병원균의 확산^8,9,,910등의 부정적인 결과를 초래할 수 있다. 또한 살아남은 나무^5의 성장 증가와 생물 다양성¹¹증가와 같은 숲에 긍정적 인 영향을 미칠 수 있습니다. 얼음 폭풍으로 인한 영향을 예측하는 능력을 개선하면 이러한 사건에 더 잘 대비하고 대응할 수 있습니다.

얼음 폭풍은 얼어붙은 습한 공기층이 지상에 가까운 영하의 공기를 재고다클할 때 발생합니다. 차가운 층을 통과할 때 공기의 따뜻한 층에서 떨어지는 비는 과냉각되어 영하 표면에 증착될 때 유약 얼음을 형성합니다. 미국에서는 이러한 열 계층화는 특정^{지역(12,,13)의}특징인 시놉틱 기상 패턴에서 발생할 수 있다. 동결 비는 가장 일반적으로 강한 안티 사이클론¹³앞서 미국 을 가로 질러 남동쪽으로 이동 북극 전선에 의해 발생합니다. 일부 지역에서는 지형이 차가운 공기 댐밍을 통해 얼음 폭풍에 필요한 대기 조건에 기여하며, 들어오는 폭풍으로 인한 따뜻한 공기가 산맥^14,,15와함께 자리잡은 차가운 공기를 덮칠 때 발생하는 기상 현상이다.

미국에서는 메인에서 텍사스^{서부16,,17까지}이어지는 “얼음 벨트”에서 얼음 폭풍이 가장 흔합니다. 또한 태평양 북서부의 비교적 작은 지역, 특히 워싱턴과 오리건의 컬럼비아 강 유역 주변에서 얼음 폭풍이 발생합니다. 미국의 대부분은 적어도 일부 동결 비를 경험, 가장 얼음 경향이 지역은 7 개 이상의 동결 비 일 (동결 비의 적어도 한 시간별 관찰발생 하는 동안 일)의 중앙값을 가지고 북동부에서 가장 큰 금액으로^{매년 16.} 이러한 폭풍의 대부분은 상대적으로 사소한, 더 강렬한 얼음 폭풍이 발생 하지만, 훨씬 더 긴 재발 간격에도 불구하고. 예를 들어, 뉴잉글랜드에서는 50년 재발^{간격(18)이}있는 폭풍의 경우 방사형 얼음 두께의 범위는 19~32mm입니다. 경험적 증거에 따르면 북부 위도에서 얼음 폭풍이 점점 더 빈번해지고 있으며 남부^{19,,20,,21에서}덜 빈번해지고 있습니다. 이러한 경향은 향후 기후 변화 예측^22,,23을사용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 기반으로 계속될 것으로 예상됩니다. 그러나 데이터와 물리적 이해가 부족하여 다른 유형의 극단적 인 사건^(24)보다얼음 폭풍의 추세를 감지하고 투사하기가 더 어려워지게됩니다.

주요 얼음 폭풍은 비교적 드물기 때문에 연구하기가 어렵습니다. 언제 어디서 일어날지 예측하기는 어렵고, 일반적으로 연구 목적으로 폭풍을 “추적”하는 것은 비현실적입니다. 따라서 대부분의 얼음 폭풍 연구는 큰 폭풍우의 여파로 발생하는 계획되지 않은 사후 호크 평가되었습니다. 이 연구 접근 방식은 폭풍 전에 기준 데이터를 수집할 수 없기 때문에 이상적이지 않습니다. 또한, 얼음 폭풍이 지리적 으로 큰 정도를 커버 할 때 손상된 지역과 비교하기 위해 영향을받지 않는 지역을 찾기 어려울 수 있습니다. 자연 폭풍이 발생하기를 기다리는 대신, 실험적인 접근 방식은 착빙 이벤트의 타이밍과 강도를 면밀히 제어할 수 있고 적절한 참조 조건이 효과를 명확하게 평가할 수 있도록 하기 때문에 이점을 제공할 수 있습니다.

실험적 접근 방식은 특히 숲이 우거진 생태계에서도 어려움을 겪습니다. 나무와 캐노피의 높이와 너비는 낮은 키초원이나 관목에 비해 실험적으로 조작하기가 어렵습니다. 또한, 얼음 폭풍으로 인한 교란은 숲 캐노피를 수직으로 통과하고 시뮬레이션하기 어려운 풍경을 가로 질러 확산됩니다. 우리는 숲 생태계^25에서얼음 폭풍 의 영향을 시뮬레이션하려고 시도 한 다른 연구를 알고있다. 이 경우, 소총은 오클라호마의 로브롤리 소나무 스탠드에서 크라운의 52 %까지 제거하는 데 사용되었다. 이 방법은 얼음 폭풍의 특징인 결과를 생성했지만, 큰 가지를 제거하는 데 효과적이지 않으며 나무가 구부러지지 않아 자연 얼음 폭풍과 흔히 발생합니다. 얼음 폭풍을 구체적으로 연구하는 데 다른 실험 적인 방법은 사용되지 않았지만, 우리의 접근 방식과 다른 유형의 산림 교란 조작 사이에는 몇 가지 유사점이 있습니다. 예를 들어, 개별^나무(26)벌목,^{나무(27)를}거들링하여 산림 해충 침공,^28그루를 가지거나 윈치와^{케이블(29)로}전체 나무를 끌어당기는 허리케인을 통해 갭 역학을 연구하고 있다. 이러한 접근 방식 중, 가장 밀접하게 얼음 폭풍 영향을 모방 하지만 노동 집약적이고 비용이 많이 드는. 다른 접근 법은 자연 얼음 폭풍의 전형적인 사지와 가지의 부분 파손보다는 전체 나무의 사망률을 유발합니다.

이 논문에 설명된 프로토콜은 자연 얼음 폭풍을 면밀히 모방하는 데 유용하며 동결 조건 동안 숲 캐노피 위에 물을 뿌리고 유약 얼음 이벤트를 시뮬레이션합니다. 이 방법은 전체 나무를 가지치기또는 내리려는 것보다 적은 노력으로 넓은 지역에 걸쳐 숲 전체에 걸쳐 피해를 비교적 균등하게 분배할 수 있기 때문에 다른 수단에 비해 이점을 제공합니다. 또한, 얼음 의 양은 적용 된 물의 양을 통해 조절 할 수 있으며, 기상 조건이 최적의 얼음 형성에 도움이 될 때 스프레이 하는 시간을 선택 하 여. 이 새롭고 비교적 저렴한 실험 적 접근 방식은 삼림 생태계에서 중요한 생태 학적 임계 값을 식별하는 데 필수적인 착빙의 강도와 빈도를 제어 할 수 있습니다.