Дт летнее температура замерзания: О чем нужно знать при переходе на зимнее дизельное топливо?

О чем нужно знать при переходе на зимнее дизельное топливо?

Львиная доля проблем, связанных с зимней эксплуатацией дизельного автомобиля возникает из-за использования не соответствующего сезону дизельного топлива.

В дизельном топливе содержатся тяжелые углеводороды, в том числе парафиновой группы, которые при определенных температурах начинают кристаллизоваться и выпадать в виде твердой фазы (парафиновых хлопьев). Вязкость растет, топливо сначала мутнеет, затем перестает прокачиваться через фильтры, и, наконец, полностью застывает.

Для разных регионов и сезонов года ГОСТом предусмотрен выпуск дизельного топлива трех марок. Летнее (Л) с диапазоном применения от 0°С и выше. Зимнее дизельное топливо (3) должно применяться при отрицательных температурах воздуха до минус 30°С. (*См. нашу справку). Арктическое топливо марки А применяется до минус 50°С. Различаются они тем, что при разных температурах мутнеют, застывают и доходят до предела прокачки через фильтр.

Для дизельного топлива марки «летнее» температура помутнения составляет 5 градусов мороза, предела фильтруемости — минус 7 градусов, застывания — минус 10 градусов.

Для нормальной эксплуатации двигателя необходимо, чтобы температура помутнения дизельного топлива была ниже температуры окружающего воздуха. Поэтому, когда температура воздуха в ночное время начинает понижаться до минус трех — пяти градусов, нужно начинать заправляться зимним топливом.

Все это было бы хорошо, если бы владелец автомобиля на границе осени и зимы мог выбрать, какое топливо ему нужно залить в бак. Но особого выбора на самом деле нет, потому как зимняя солярка не отличается от летней ни цветом, ни запахом. Вот и получается, что с наступлением зимнего периода под видом зимнего топлива можно купить все, что угодно. Благо, вариантов «разбодяживания» дизельного топлива в кустарных условиях масса, как и вариантов воздействия такого «коктейля» на двигатель. Вплоть до летального исхода, — автомеханики об этом знают очень хорошо!

Как известно, спасение утопающих — дело рук самих утопающих. Поэтому нашим водителям остается внимательно следить за прогнозом погоды, чтобы вовремя залить депрессорную присадку — антигель, которая вполне успешно снижает температуру загустевания дизельного топлива.

Механизм действия антигелей состоит в том, что в момент кристаллизации они обволакивают образующиеся частички парафина и не позволяют им объединяться в сгустки, и этого оказывается достаточно, чтобы обеспечить прокачиваемость топлива через фильтр и расширить температурный диапазон использования летнего дизтоплива или улучшить низкотемпературные характеристики зимнего. Однако нужно знать, что антигели не препятствуют процессу кристаллизации, они способны модифицировать только растворенные парафины, поэтому добавлять их можно только в «теплое» топливо, до начала потери фильтруемости. Заливается антигель в топливный бак перед заправкой. Температура топлива должна быть от 0 до +5°С, то есть на 5-10 градусов выше температуры помутнения летнего топлива. В противном случае результата не будет. Сам антигель при заливке тоже должен быть теплым. При замерзании он своих свойств не теряет, но перед применением в случае замерзания обязательно подогреть.

Если «коллапс» в виде замерзания топлива в двигателе все-таки наступил, можно воспользоваться другим препаратом — размораживателем дизельного топлива. Он специально разработан для растворения льда и кристаллов парафина в застывшем топливе. Размораживатель заливается непосредственно в топливный фильтр, оставшаяся часть — в топливный бак.

Дизельные антигели являются, как правило, веществами комплексного действия, кроме своей основной функции они нейтрализуют конденсат воды в топливном баке и содержат вещества, уменьшающие износ форсунок и плунжерных пар ТНВД.

Еще одной проблемой дизельного топлива является вода. Помимо той ее части, которая попадает в бак вместе с топливом при заправке, вода конденсируется при сливе части теплого топлива в холодный бак через отводную магистраль (обратку) во время работы двигателя. При наступлении морозов вода кристаллизуется в топливе еще раньше парафинов. Кроме того, вода, соединяясь с серой, содержащейся в дизельном топливе, образует сернистую кислоту, что вызывает активные коррозионные процессы деталей. В результате получаем разрушенные коррозией форсунки и плунжерные пары топливного насоса. Поэтому воде, содержащейся в топливной системе, нужно объявить беспощадную «войну». Во-первых, сливать отстой не реже, чем раз месяц, во-вторых, дважды в год, осенью и весной заливать в топливный бак удалитель конденсата из топлива. Удалитель конденсата абсорбирует частички воды, равномерно распределяя их по всему объему топлива, затем эта смесь просто сгорает в двигателе.

Наша справка:
Зимние сорта дизельного топлива выпускают для применения в районах с холодным климатом и умеренно холодным. Эти топлива различаются способами получения. Первый способ — депарафинизация, когда на стадии производства из состава солярки удаляют углеводороды с высокой температурой плавления. Выход дизельного топлива из сырой нефти уменьшается по сравнению с летними сортами почти в два раза. Цена на такое горючее достаточно высока. Топливо имеет температуру помутнения минус 35°С и температуру застывания минус 45°С, применяется до минус 30°С.

Для районов умеренной климатической зоны зимнее топливо получают на базе летнего топлива добавлением незначительного количества депрессорных присадок. Марка вырабатываемого таким образом топлива ДЗп. Это топливо имеет температуру помутнения не выше минус 25°С, застывания — не выше минус 35°С. Данное топливо рекомендуется к применению при температуре воздуха не ниже −15°С. Основную часть зимнего дизельного топлива для нашего региона получают именно по этой технологии.

Узнать, какое топливо вам зальют на АЗС крайне сложно, почти нереально. Однако, есть несколько нехитрых правил, соблюдение которых обезопасит двигатель Вашей машины и не ввергнет в расходы по его ремонту.

• Условия продажи топлива нефтеперегонными заводами таковы, что при продаже топлива одной и той же марки на надежных заправках будет примерно одинаковой. Разброс может составлять копеек 50 за литр. Если вам предлагают заправиться на 1,5 — 2 рубля за литр дешевле, лучше воздержитесь — возможно, это топливо подделка или, в крайнем случае, товар неизвестного происхождения. Если другого выбора нет, то залейте минимальное количество топлива, только чтобы дотянуть до АЗС, которая вызывает у вас доверие.

• Чем крупнее сеть АЗС и чем дольше она работает на рынке, тем больше шансов, что Вас не обманут и зальют топливо, соответствующее сезону.

• И, наконец, на каждую партию приобретенного топлива АЗС должна иметь сертификат, висящий в специальном месте, доступном для потребителя. Если сертификата нет, заправляться на данной АЗС не стоит. Если вы все-таки решили заглянуть в сертификат, обратите внимание на дату его выдачи. Количество топлива, равное по объему резервуарам среднестатистической заправки, продается в течение двух — трех дней. А потом недобросовестный продавец может продавать под тот же сертификат все, что угодно.

Стандартная морозоустойчивость — Журнал «Сибирская нефть» — №104 (сентябрь 2013) — Газпром нефть

1 июля 2014 года будет введен в действие новый государственный стандарт на дизельное зимнее и арктическое топливо. Инициаторами разработки нового ГОСТа выступили специалисты «Газпром нефти».

Низкозастывающее дизельное топливо, произведенное с помощью каталитической депарафинизации, не замерзает при –52°С и может использоваться в условиях Крайнего Севера

НЕТЕХНОЛОГИЧНЫЕ ОБСТОЯТЕЛЬСТВА

Российская система государственных стандартов требует обновления во многих отраслях. В первую очередь такая необходимость диктуется техническим прогрессом, иногда принципиально меняющим сам стандартизируемый продукт или технологию его производства. Именно так обстоят дела со стандартами на зимние сорта дизельного топлива.

Основной действовавший до 2013 года стандарт на дизельное топливо ГОСТ 305–82 «Топливо дизельное. Технические условия» был принят в 1982 году. В то время на большинстве отечественных нефтеперерабатывающих производств все виды дизельного топлива получали путем прямой перегонки нефти. Отбор углеводородных фракций для летнего дизельного топлива происходил при температурах выкипания в диапазоне 180—360°C. Такое топливо замерзает (температура застывания) уже при –5°C. Чтобы получать зимнее дизельное топливо, не замерзающее до –35°C, температуру выкипания понижали до 340°C. При таких условиях в топливо не попадают тяжелые фракции углеводородов (парафины), для которых как раз и характерно застывание при более высоких, летних температурах. В дальнейшем эти «отсеянные» фракции идут на производство мазута — одного из самых низкомаржинальных продуктов.

Предельное значение температуры выкипания в 340°C для зимнего дизельного топлива было зафиксировано среди прочих физических и химических параметров в ГОСТ 305–82. Однако в настоящее время разработан более эффективный способ получения зимнего и арктического дизельных топлив — с помощью каталитической депарафинизации. В этом случае предельная температура выкипания для зимнего топлива будет такой же, как и для летнего: 360°C. Это несоответствие ГОСТу и было до последнего времени камнем преткновения на пути наиболее технологичного производства зимнего дизеля.

Впрочем, не исчезло это противоречие и с принятием другого ГОСТа, который сейчас регламентирует качество дизельного топлива. «С 2013 года в соответствии с требованиями технического регламента Таможенного союза ГОСТ 305–82 распространяется только для поставок на экспорт и нужд гособоронзаказа, — пояснила доктор технических наук, профессор Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти (ВНИИ НП) Тамара Митусова. — Основным документом, по которому в настоящее время вырабатывается дизельное топливо, стал ГОСТ Р 523685–2005 «Топливо дизельное „Евро“. Топливо „Евро“ предназначено для применения в современных дизелях, оно содержит в своем составе пакет присадок различного функционального назначения и отличается более высоким качеством по сравнению с топливом, соответствующим ГОСТ Р 305–82».

Однако и ГОСТ «Евро» — аналог европейского ЕН 590 — не идеален: помимо того что в нем фигурирует все та же температура выкипания 340°C, характерная для зимнего топлива, произведенного прямой перегонкой, в нем отсутствуют стандарты для арктических топлив. Температура применения зимнего дизеля «Евро», обозначенная в ГОСТе, — не ниже –44°C. В то же время низкозастывающее дизельное топливо, произведенное с помощью каталитической депарафинизации, не замерзает при –52°C и может использоваться в условиях Крайнего Севера.

ДИЗЕЛЬНЫЙ ПРОРЫВ

Технология каталитической депарафинизации, повлекшая необходимость разработки нового стандарта, была изобретена еще в конце прошлого века. Ее суть заключается в том, что длинные молекулы нормальных парафиновых углеводородов расщепляются (крекируются) и изомеризуются с помощью специально подобранных кристаллов со сложной структурой — катализаторов (см. схему). То есть фактически — укорачиваются. При этом их температура замерзания значительно понижается и соответствует температурам более легких фракций. В зависимости от типа процесса депарафинизации выход депарафинированного топлива может составлять 85–95%. Кроме того, цетановое число топлива, полученного таким путем, выше, чем у обычного дизеля. На практике это означает снижение потребления топлива и повышение КПД двигателя.

Долгое время метод каталитической депарафинизации не находил промышленного применения из-за дороговизны и сложности производства катализаторов, а также необходимости модернизации соответствующих нефтеперерабатывающих установок. На Западе его внедрение началось несколько раньше, чем в России. У нас в стране в настоящее время каталитическую депарафинизацию применяют всего несколько производств, в том числе и Омский нефтеперерабатывающий завод. Для этого в 2011 году на ОНПЗ было модернизировано оборудование на установке гидроочистки дизельных топлив Л-24/7.

ФАКТОРЫ ОБНОВЛЕНИЯ

Каталитическая депарафинизация на Омском НПЗ была запущена в 2012 году. Это позволило значительно увеличить выпуск зимнего дизельного топлива. Так как получаемое топливо не соответствует существующим ГОСТам (по температуре выкипания), то его выпускали по ТУ — техническим условиям. C юридической точки зрения применение госстандартов носит добровольный характер, обязательно лишь следование Техническому регламенту*, определяющему основные параметры продукта. Это полностью обеспечивается техническими условиями.

Однако разработка нового ГОСТа все же была необходима по нескольким причинам. Во-первых, на рынке существуют крупные потребители, такие как Минобороны или Росрезерв, которые в силу некоторых внутренних особенностей используют только продукты, соответствующие ГОСТу. «Если в договорах на поставку продукции есть ссылки на необходимость соблюдения стандартов, то они рассматриваются как приложение к договору и их неисполнение — это нарушение договора», — уточнил главный технолог ВНИИ НП Владимир Булатников.

Во-вторых, отношение потребителя к гостовской продукции традиционно лучше, чем к продуктам, произведенным по заводским ТУ, отраслевым стандартам и т.д. Так как в перспективах компании масштабное увеличение объема выпуска дизтоплив на МНПЗ, соответствие ГОСТу может стать решающим фактором: московский рынок наиболее капризен и чувствителен к маркетинговым маркерам.

И, наконец, не стоит забывать, что Россия входит в Таможенный союз, имеющий собственный техрегламент. Соответствие продукции ГОСТам обеспечивает их легитимность на территории государств, входящих в Союз. «В соответствии с соглашением „О единых принципах и правилах технического регулирования в Республике Беларусь, Республике Казахстан и Российской Федерации“, национальные стандарты являются документом, дополняющим регламент и облегчающим доказательство соответствия продукции требованиям технического регламента. Технические условия таким документом не являются», — уточнил Владимир Булатников.

Новый ГОСТ Р 55475 «Топливо дизельное зимнее и арктическое депарафинированное» разрабатывался в ВНИИ НП в течение двух лет. Стандарт (а фактически само выпускаемое по новой технологии зимнее дизельное топливо) прошел процедуру согласования с крупнейшими производителями автомобильных двигателей — КамАЗом и Ярославским моторным заводом. Сейчас ГОСТ находится в печати и начнет действовать с 1 июля 2014 года.

В том, что новый зимний дизель будет востребован на рынке, сомнений нет. В настоящее время в России ощущается нехватка низкозастывающих топлив. Выпуск зимнего дизеля от общего объема дизельного топлива составляет всего 14,6%, а арктического топлива — не более 1%. По данным начальника управления рыночного прогнозирования «Газпром нефти» Александра Родионова, в 2012 году все поставки зимнего дизельного топлива (сорта с предельной температурой фильтруемости (ПТФ) не выше –20°C по действующему Техрегламенту на моторные топлива) на рынок РФ в 2012 году составили около 10,6 млн тонн. При этом спрос на ДТз оценивался на уровне 11,7 млн тонн. Недостаток топлива покрывался суррогатными и межсезонными сортами дизтоплив. Всего в 2012 году доля поставок «Газпром нефти» зимнего дизельного топлива, соответствующего Техрегламенту, составила около 15%. С вводом в действие нового ГОСТа выпуск ДТз методом каталитической депарафинизации на ОНПЗ увеличится на 60–80 тыс. тонн в год. После ввода в эксплуатацию процессов депарафинизации и гидрокрекинга на других заводах компании «Газпром нефть» сможет полностью закрыть свои рыночные ниши по зимнему дизелю в 2016–2019 годах.

* Технический регламент — документ, который принят международным договором Российской Федерации, ратифицированным в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, или межправительственным соглашением, или федеральным законом, или указом Президента Российской Федерации, или постановлением Правительства Российской Федерации, или нормативным правовым актом федерального органа исполнительной власти по техническому регулированию, и устанавливает обязательные для применения и исполнения требования к объектам технического регулирования: продукции, в том числе зданиям, строениям и сооружениям, или к связанным с требованиями к продукции процессам проектирования (включая изыскания), производства, строительства, монтажа, наладки, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации.

Игорь Барсуков,
начальник департамента
развития нефтепереработки
и нефтехимии

Утверждение нового стандарта — долгожданное событие, мы приложили немало сил, чтобы оно состоялось. Этот ГОСТ позволит нам нарастить объемы производства зимнего дизеля, тем самым покрыть собственные потребности и занять приличную долю на российском рынке. К тому же дизельное топливо, произведенное по технологии каталитической депарафинизации, будет более качественным и экологичным. Это еще один несомненный плюс.

Российская экономика очень сильно завязана на северные районы, сейчас мы начали активное освоение Арктики, а это значит, что потребление зимних сортов дизтоплива будет только расти, и «Газпром нефть» к этому готова.

Как предотвратить замерзание дизельного топлива?

С наступлением холодов для многих владельцев дизельных автомобилей встает болезненный вопрос о том, как исключить проблемы, связанные с застыванием дизтоплива. Причем наиболее актуален он в межсезонье, когда нет уверенности в том, какое топливо – зимнее или летнее – на самом деле продают АЗС.

Несколько способов предупредить замерзание топлива. 

Один из вариантов – провести личный эксперимент: залить дизтопливо в прозрачную бутылку и оценить реакцию содержимого на низкие температуры. Если уже при нулевой температуре топливо мутнеет, то заправляться на этой заправке не рекомендуется.

Другой вариант – известный «дедовский» способ – разбавить дизтопливо керосином. Но есть важный нюанс! Керосин не содержит смазывающих компонентов. Поэтому, разбавленное таким способом дизтопливо, не может обеспечить топливную аппаратуру дизелей необходимыми смазывающими свойствами. Это приводит к снижению ресурса топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунок, повышается вероятность их поломки и, следовательно, дорогостоящего ремонта. Особое значение это имеет для современных дизельных систем, таких как Common Rail и насос-форсунка. Помимо того, керосин снижает цетановое число топлива, что осложняет запуск двигателя в зимнее время и повышает расход топлива.

Самый надежный способ – это добавление антигелей при каждой заправке. В отличие от керосина, антигель не уменьшает смазывающие свойства и не влияет на цетановое число дизтоплива! Антигель прост в использовании, заливается в бак непосредственно перед заправкой. Действие антигелей направлено на снижение предельной температуры фильтруемости и температуры замерзания дизельного топлива. Но заливать их необходимо до того, как топливо загустело или застыло, потому что разморозить его ни одному антигелю не под силу.

Почему Антигель ASTROhim®?

С 2003 года Антигель ASTROhim® производится по немецкой технологии и из сырья BASF® (Германия). Использование высококачественных импортных компонентов позволило резко увеличить эффективность присадки и обеспечить стабильное качество.

Ниже приведены результаты некоторых испытаний разных торговых марок антигелей, организованные авторитетными автомобильными изданиями.

Результаты тестирования антигелей журналом «Потребитель. Автодела» (№27, 2003 г.)

Антигель	Предельная температура фильтруемости	Температура застывания
Летнее топливо без присадок	-4	-19
Pingo	-13	-24
STP	-13	-28
Shell	-13	-26
Jet-go	-14	-27
Hi Gear	-15	-28
Ligui Moly	-16	-28
ASTROhim	-19	-41

Результаты тестирования антигелей журналом «За рулем» (№1, 2008 г.)

Название препарата	Предельная температура фильтруемости	Температура застывания
База – дизельное топливо ГОСТ 305-82	-10	-27
Diesel Start ASPO	-12	-30
Castrol	-11	-43
STP	-11	-38
Texaflow	-15	-33
Hi Gear	-16	-35
ASTROhim	-27	-43

Исследование влияния антигеля на низкотемпературные свойства топлива.
ВНИИ НП, протокол №29/14-3-846 от 24.12.2012 г. 

Название препарата	Предельная температура фильтруемости	Температура застывания
Базовое топливо – сорт С Ангарского НПЗ без присадок	-9	-19
Дизтопливо с добавлением антигеля ASTROhim®	-26	-40

Необходимо отметить, что эффект от использования антигелей (снижение предельной температуры фильтруемости и температуры застывания) напрямую зависит от сорта и качества дизельного топлива.

Особенности антигеля ASTROhim®.

Антигель ASTROhim® разработан специально для российского дизельного топлива и полностью соответствует требованиям, предъявляемым к обслуживанию современных дизельных систем. Присадка эффективно улучшает показатели текучести дизельного топлива при эксплуатации автомобиля в зимнее время – значительно снижает предельную температуру фильтруемости и температуру замерзания дизтоплива. Благодаря содержанию в присадке диспергаторов, она предотвращает оседание кристаллов парафина на дно топливного бака и расслаивание топлива. За счет этого улучшается прокачиваемость топлива через фильтры тонкой очистки. Кроме того, Антигель ASTROhim® продлевает срок службы форсунок и топливного насоса высокого давления, облегчает пуск двигателя и снижает расход топлива.

Присадка рекомендована для использования в любых дизельных системах (в том числе с турбонаддувом), особенно, для систем Common Rail и насос-форсунка.

В том случае, если невозможно точно определить какое количество топлива содержится в баке, допускается превышение концентрации антигеля. При этом возможно незначительное улучшение температурных значений.

Антигель ASTROhim® выпускается во флаконах и канистрах с разной концентрацией, специально рассчитанной на топливные баки различного объема:

Артикул	Объем топлива, на который рассчитана присадка Антигель ASTROhim®	Вид упаковки
АС-119	30-60 л	флакон 300 мл
АС-120	60-120 л	флакон 300 мл
АС-121	120-240 л	флакон 300 мл
АС-122	250-500 л	жестяная канистра 500 мл
АС-123	500-1000 л	жестяная канистра 1 л
АС-125	2000-4000 л	жестяная канистра 4 л
АС-127	90000-18000 л	жестяная канистра 18 л
АС-128	40-80 т	бочка 200 л
АС-129	100-200 т	бочка 200 л

дизельное топливо летнее и зимнее, дизельное топливо евро

Дизельное топливо или, как говорится в народе, солярка — это топливо, используемое в дизельных двигателях, ДВС с воспламенением от сжатия.

Дизельное топливо — это смесь углеводородов с очень небольшими примесями водорода, азота, кислорода и серы. Дизтопливо подразделяют на маловязкие дистиллятные сорта, применяющиеся в форсированных быстроходных двигателях и сорта остаточные высоковязкие, используемые в судовых, стационарных и тракторных ДВС.

Маловязкие сорта состоят из керосиногазойлевых фракций прямой перегонки и до 20% из газойлей получаемых каталитическим крекингом. Остаточные (вязкие сорта) — это смесь керосиногазойлевых фракций с мазутом.

Также существует сезонная классификация дизельного топлива.

• А — арктическое
• З — зимнее   дизтопливо
• Л — летнее  дизтопливо

Рассмотрим сезонные характеристики дизтоплива подробней:

• А – арктическое дт. Используется при температуре  окружающей среды до – 50 о. Цетановое число – 40, плотность при 20 о – не более 830 кг/м3, вязкость при 20 о – от 1,4 до 4 кв. мм/с, температура застывания составляет –55 о.

• З – дизельное топливо зимнее. Применяется при температуре до –30 о. Цетановое число  – 45, плотность при 20 о – не более 840 кг/м3, вязкость при 20 о – от 1,8 до 5 кв. мм/с, температура застывания составляет –35 о.

• Л – дизельное топливо летнее. Используется при температуре воздуха  до 0 о и выше. Цетановое число – не ниже 45, плотность при 20 о – не более 860 кг/м3, вязкость при 20о – от 3 до 6 кв. мм/с, температура застывания составляет –5 о.

Вышеперечисленные характеристики относятся к устаревшему ГОСТу 305-82.
В 2006г. был введен в строй новый ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2004).

Топливо дизельное евро.

Введена новая система маркировок ДТ:

• СОРТ — предельная температура фильтруемости.
• КЛАСС — температура помутнения.
• ВИД — количество сернистых соединений.

Как пример — ТД ЕВРО Сорт С вид 2 имеет температуру фильтруемости до -5С° и содержание сернистых соединений, которое соответствует стандарту ЕВРО 2.

Область применения этого вида топлива очень и очень широка. Это и автомобильные, судовые, железнодорожные, сельскохозяйственные двигатели внутреннего сгорания, и автономная электроэнергия (дизель генераторы), смазка различных механизмов, кожевенное производство.

Говоря о дизельном топливе, в первую очередь имеется в виду многокомпонентная смесь, содержащая в себе несколько различных фракций – продуктов прямой нефтеперегонки. Данное горючее получило всеобщую популярность – около трети всех транспортных средств, колесящих дороги не только в нашей стране, но и за рубежом, оснащены мотором дизельного типа. К числу достоинств данного двигателя следует отнести его повышенный эксплуатационный ресурс, простоту ухода, достойную мощность, возможность использования внутри территорий с экстремальными погодными условиями. Кроме того, использование соляры (так в обиходе нередко называют указанное выше горючее) позволяет снизить финансовые издержки водителей — реализуется горючее в сети автозаправочных станциях по более доступным, нежели, чем бензин, ценам. На сегодняшний день продажа дизтоплива осуществляется десятками отечественных и зарубежных компаний, занятых в нефтехимической промышленности – вниманию владельцев авто предоставлена возможность выбора горючего, использовать которое возможно при нахождении как в жарких регионах, так и в условиях Крайнего севера.

А что автомобилистам следует знать о самом топливе? Какие требования к его качеству предъявляются в последние годы? Общемировой тенденцией следует считать ужесточение процентного содержания в составе продукта серы. Так, в Швеции в дизтопливе I класса не допускается содержание данного элемента свыше 10 мг/кг, для горючего II класса – свыше 50 мг/кг, соответственно.

Общеевропейский стандарт EN 590 предусматривает, чтобы в конечном продукте содержание серы было снижено до 0.035%, цетановое же число было, наоборот, увеличено до 51 единицы. Соответствующие изменения введены и в отношении вязкости углеводорода: 2-4.5 при температуре 400 С, и 2.7-6.5 мм2/с при температуре 200 С.

Как уже было сказано выше, продажа дизельного топлива производится с учетом климатических условий эксплуатации транспортных средств. Низкотемпературные свойства горючего обусловлены показателями температуры застывания, фильтрации. Данный параметр характеризует потерю текучести углеводорода с понижением температуры (вследствие увеличения вязкости). При достижения дизельным топливом данной границы подача его в цилиндры двигателя не представляется возможной. Автовладельцам рекомендуется использовать соляру зимнюю и арктическую, не изменяющую агрегатного состояния при заливе в баки в условиях низкой температуры окружающего воздуха.

В нашей компании вы можете приобрести дизельное топливо отвечающее стандартам ГОСТа, по низким ценам и в точно указанные сроки.

При какой температуре летняя солярка замерзает? До какой температуры можно ездить на летней солярке?

Уже 20 лет занимаюсь дизельными автомобилями, можно сказать «собаку съел» каждую зиму приходиться заводить дизеля, а в переходный период мучатся с топливной системой у горе-автолюбителей.

Итак, можно разложить ответы ваш вопрос, на официальную и неофициальную версию.

Когда замерзает солярка по ГОСТам

Согласно ГОСТ 32511-2013:

Для сортов А, В, С (летнее) составляет предел фильтруемости -5 градусов

Для сорта D (летнее) составляет предел фильтруемости -10 градусов

Для сорта Е (межсезонное) составляет предел фильтруемости -15 градусов

Для сорта F (межсезонное) составляет предел фильтруемости -20 градусов

согласно ГОСТ 305-2013

Для дизельного топлива марки «Л» (летнее) составляет предел фильтруемости -5 градусов

Для дизельного топлива марки «Е» (межсезонное) составляет предел фильтруемости -15 градусов

Из чего делаю заключение, что на заправке вы можете заправить топливо, которое перестаёт фильтроваться при -5 градусов или при -10 градусов, в зависимости от марки.

Но вышеуказанные данные лишь говорят о том, до какой минимально низкой температуры можно использовать летнюю солярку, так как при этих температурах она перестанет фильтроваться, а если быть точным, то начнёт распадаться на парафин и прочие нефтепродукты. Парафин в свою очередь забьёт фильтра и трубопроводы и солярка перестанет поступать по магистрали.

Замёрзнет же солярка при более низкой температуре, начиная от -20 градусов и ниже, зависит это опять же от её марки.

________________­________________­_

Но это только теория и документация, а вот на практике при нулевой отметке большинство летней солярки уже начинает «парафинить» фильтра и ездить на таком топливе нельзя. А вот про замерзание до образования образования твёрдой субстанции только слышал, но в практике не встречал, когда пытались летнюю солярку заморозить при -30 градусов, получилась смесь, похожая на простоквашу и пару кусков льда, но лёд в солярке — это просто вода, которая каким-то образом туда попала, если кому интересно, то вот статья:

Почему ржавеет бак дизельного автомобиля?

Там подробно описаны все моменты, как в солярке появляется вода, которая там не должна находиться.

Итак, из практики сделаю вывод:

Автомобиль с летней соляркой можно эксплуатировать без последствий только до температуры не ниже +1 градуса, так как даже при нулевой отметки по Цельсию солярка может застывать, если в топливной магистрале есть металлические трубки.

А если солярка замёрзла и выделила парафин, оставшийся в фильтрах, то этот парафин уже никакой химией не растворить, только замена фильтров по минимуму и чистка топливной системы по максимуму.

________________­____

В дополнении фото слева — это солярка, которая замёрзла, а справа парафин на фильтре после того, как летняя солярка замёрзла.

Летняя солярка: температура замерзания, как её менять и можно ли ездить на ней зимой? – Дзен – АТИ, Центр: Система грузоперевозок

Всё о современном летнем дизельном топливе, температуре замерзания ДТЛ и нюансах его использования. Обязательные правила, которые важно знать при переходе с летней солярки на зимнюю.

В отличие от бензина дизельное топливо (или как принято говорить в народе — солярка) делится по принципу сезонности на 3 вида: летнее, зимнее и арктическое. Сегодня производство солярки регламентируется общим государственным стандартом ГОСТ 305-82, где также используется эта градация по отношению к дизельному топливу и прописаны основные требования к качеству этого горючего.

Летнее дизтопливо замерзает при температуре -10 градусов по Цельсию, зимнее — при -35, арктическую же солярку можно использовать при -65 °C. Причём это с точки зрения температуры самого топлива. А если говорить о температуре окружающей среды, то летнее дизельное топливо рассчитано на 0 °C и выше, зимнее — на -20 °C, а арктическое — на -50 °C и выше.

На заправках, как правило, марки обозначаются аббревиатурой из трёх букв, первые из которых — ДТ — означают «дизельное топливо», а следующая за ними буква «З», «Л» или «А» указывает на сезонность: зимнее, летнее, арктическое. Также после ДТ можно увидеть и другие буквы, обозначающие какие-либо особенности конкретного дизельного горючего.

Бытует мнение, что раньше соляркой называли именно низкокачественное дизельное топливо, но в современном шофёрском сленге можно услышать этот термин и по отношению к горючему, которое соответствует всем необходимым стандартам. Само название «солярка» пришло к нам из немецкого языка, так словом Solaröl (солнечное масло) в XIX веке именовали тяжёлую фракцию жёлтого цвета, получаемую в процессе перегонки нефти.

В целом, современное дизельное топливо — это не что иное, как горючее, производимое из керосино-газойлевых фракций, образовавшихся вследствие обработки нефти прямой перегонкой. Оно так же, как и его предок Solaröl имеет жёлтый оттенок в жидком агрегатном состоянии.

Солярка получила широкое применение не только в транспортной сфере. На дизельном топливе работают нагревательные приборы и электрогенераторы, используемые на производствах, в строительстве и быту и т.д.

Фото: https://xn—-itbigkijoq.xn--p1ai/uploads/images/product/01.jpg

Особенности летнего ДТ

Летняя солярка, по ГОСТу предназначенная для применения с температурой внешней среды от 0 °C и выше, с температурой «ниже нуля» густеет, а при -10 °C уже застывает. В силу особенностей российского климата большинству наших водителей грузовиков с дизельными двигателями приходится регулярно совершать как минимум переход с ДТЛ на ДТЗ.

Цетановое число летнего топлива, то есть характеристика его воспламеняемости, определяющая период задержки горения рабочей смеси, равна более 51 ед. с температурой воздуха использования до 45°С.

Плотность ДТЛ — не более 860 кг/м 3 с температурой использования 20-25°С, вязкость — 4-6,1 кв. мм/ с при температуре 19-25°С, с температурой вспышки — 62 °C.

При малейшем опускании столбика термометра «ниже нуля», качества, необходимые для нормальной эксплуатации дизельному топливу, теряются.

Основной недостаток ДТЛ — повышенное образование водяного конденсата: вода внутри топливного бака отслаивается и скапливается внизу, образуя так называемые водные пробки. С водными пробками, блокирующими топливный насос высокого давления в основном и связаны сбои работы двигателей внутреннего сгорания в период использования летней солярки.

Многие справляются с этой напастью народным методом: размещают всасывающую трубку в баке повыше и время от времени сливают конденсат, откручивая пробку на дне бака.

Даже с учётом этого нюанса принято считать, что летняя солярка наиболее безопасна для мотора, чем зимняя и арктическая. Поэтому некоторые водители идут на всяческие ухищрения, чтобы не менять ДТЛ на зимние марки.

Замершая летняя солярка. Фото: https://www.blumaq.com

Как правильно выбрать и использовать летнее ДТ?

Для летней солярки отечественного производства характерна повышенная концентрация сернистых соединений, что приводит к окислению и ускоряет износ мотора. Поэтому нужно обязательно использовать только качественное моторное масло и только специально предназначенное для работы ДВС на дизельном топливе.

Специалисты рекомендуют водителям сливать летнее дизтопливо заблаговременно и не ждать наступления первых холодов. Даже при минимальной «минусовой» температуре окружающей среды необходимо перейти на зимнюю солярку, не забывая о том, что и она должна быть качественной.

Во время замены летнего ДТ на зимнее нужно соблюдать инструкцию, к слову, являющуюся общей для аналогичного взаимодействия с любым из видов солярки:

1. Заливайте в бак не более 10% солярки, на которую вы переходите;
2. Промойте новым дизельным топливом все фильтры и теплопроводы;
3. Сливайте остатки старого горючего, прежде чем заливать новое;
4. Пользуйтесь только качественным топливом и присадками, заправляйтесь на проверенных заправках;
5. Не разбавляйте солярку и не смешивайте разные её виды.

Можно ли ездить зимой на летнем дизельном топливе?

Безусловно, ездить зимой на летнем ДТ нельзя, но бывают и случаи, когда деваться некуда. Например, если на сомнительной заправке водителю продали ДТЛ под видом ДТЗ.

К сожалению, точно определить на глаз, какую именно солярку вы купили, почти невозможно. Цвет, запах, консистенцию — это всё недобросовестный продавец легко подделает при помощи присадок и красителей.

Благодаря тому, что заправочные терминалы зачастую находятся под землёй — ниже зоны промерзания, у таких деятелей под видом ДТЗ может храниться и не замерзать всё тот же ДТЛ, который водитель собрался заменить в баке своего автомобиля с приходом холодного сезона.

Этот обман вскрывается лишь тогда, когда этот псевдо-ДТЗ замерзает в прямо в баке.

При небольших морозах в подобной ситуации водители заливают в бак флакон антигеля, а в суровые холода ещё с советских времён — к летнему дизельному топливу добавляют керосин (в идеале — авиационный).

Роман Кадулин

Почему замерзает дизтопливо и как его разморозить – Топливо, масла и автохимия – АТИ, Центр: Система грузоперевозок

Зимой у дизельного топлива есть один недостаток — после морозной ночи автомобиль может попросту не завестись из-за того, что «дизель» замерз. Однако, это не станет катастрофой, если знать, что делать.

Для начала стоит разобраться, почему «дизель» все же замерзает. Тут все дело в химическом составе нефти, из которой его производят. Несмотря на то, что при производстве будущее топливо проходит множество очисток, в готовом продукте присутствую практически все химические вещества, что и в нефти. И качество топлива будет напрямую зависеть от качества нефти, которое разнится в зависимости от месторождения.

Одним из веществ, содержащихся в топливе, является парафин. В зависимости от того, из какого месторождения добывалась нефть, будет отличаться количество в готовом продукте парафина. Летом содержание его в дизельном топливе не приносит никаких проблем, но вот зимой именно по его вине топливо может заметно загустеть. Именно поэтому для производства зимнего топлива производится процедура депарафинизации, которая призвана удалить парафин.

Имеются и установленные температурные нормы для каждого типа топлива. Например, летний «дизель» замерзает, когда температура «за бортом» опускается до -10°, зимний же вариант должен сохранять свое рабочее состояние до -35°. Есть и специальные, так называемые арктические марки, которые замерзают лишь при достижении критической отметки в -65°. Вот только это не всегда соответствует действительности. На самом же деле показатели сильно отличаются от установленных. Полностью им соответствует лишь топливо очень высокого качества.

Замерзание топлива довольно распространенная ситуация. Погода в нашей стране частенько выдает сюрпризы в виде внезапного похолодания, и если водитель не успел сменить топливо на зимнее, то утром его ждет авто, которое наотрез откажется заводиться. Топливо под воздействием низкой температуры густеет и забивает систему.

Однако, не лишним будет сказать, что использование зимнего топлива еще не дает гарантии того, что вы не столкнетесь с подобной проблемой. К сожалению, практика показывает, что частенько очистка топлива далека от прописанной в ГОСТе. Да и никто не застрахован от того, что на заправке под видом зимней солярки вам продадут обычную летнюю, но только по более высокой цене.

Первым распространенным способом борьбы с замерзшим топливом можно назвать добавление в бак керосина. Опытные водители совершают сей ритуал, чтобы предотвратить превращение солярки в кусок льда. К тому же, способ пользуется популярность и потому, что он не наносит вреда двигателю и автомобилю в целом. Смесь работает также, как и чистое дизельное топливо. Кто-то может посоветовать с такой же целью использовать бензин, однако это грозит повышенным износом мотора.

Более радикальный способ, который рекомендуется использовать лишь в крайних случаях — добавление к топливу тормозной жидкости. Однако, если у вас есть другие варианты, лучше этого избежать. Агрессивные вещества, которые образуются при контакте тормозной жидкости с топливом, могут привести к сильному износу топливной системе. Да, в результате химической реакции топливо сразу станет жидким, но стоит помнить о рисках.

Еще один способ — разогреть автомобиль. Для этого подойдет любой источник тепла, конечно, стоит воздержаться от использования открытого огня. Наиболее безопасным будет накрыть бак тряпкой и при этом поливать его очень теплой водой. Если же вы считаете, что без источников сильного нагрева не обойтись, то стоит делать это через какой-либо защитный экран.

Виктория Рафальсон

льда в озерах и реках

лед в озерах и реках , пласт или полоса льда, образующаяся на поверхности озер и рек, когда температура опускается ниже нуля (0 ° C [32 ° F]). Природа ледяных образований может быть такой же простой, как плавучий слой, который постепенно утолщается, или может быть чрезвычайно сложной, особенно когда вода быстро течет.

Географическая протяженность

На большей части мира погода значительно ниже точки замерзания, и в этих регионах ежегодно в озерах и реках образуется лед.Около половины поверхностных вод Северного полушария ежегодно замерзают. В более теплом климате вода может замерзать только изредка в периоды необычно холодного климата, а в очень холодных регионах мира, таких как Антарктида, озера могут иметь постоянный ледяной покров.

В большинстве регионов, где есть лед, образование носит сезонный характер: начальный ледяной покров образуется через некоторое время после того, как средняя дневная температура воздуха упадет ниже точки замерзания; ледяной покров в зимний период сгущается; и лед тает и тает по мере повышения температуры весной.В периоды образования и утолщения энергия вытекает из ледяного покрова, а в период распада энергия течет в ледяной покров. Этот поток энергии состоит из двух основных режимов обмена энергией: (1) излучение длинноволновой и коротковолновой электромагнитной энергии (, т. Е. Инфракрасный и ультрафиолетовый свет ) и (2) передача тепловой энергии, связанная с испарением. и конденсация, с конвекцией между воздухом и поверхностью, и (в меньшей степени) с осадками, падающими на поверхность.Несмотря на важность передачи излучения, преобладающим обменом энергии при образовании и разложении льда является передача тепла, связанная с испарением и конденсацией, а также с турбулентной конвекцией, причем последняя называется ощутимой передачей. Поскольку этот перенос тепла обусловлен разницей между температурой воздуха и температурой поверхности, протяженность и продолжительность ледяного покрова более или менее совпадают с размером и продолжительностью средних температур воздуха ниже точки замерзания (с запаздыванием осенью из-за охлаждение воды из-за ее летнего нагрева и отставание весной из-за таяния льда, образовавшегося за зиму).

Как правило, небольшие озера замерзают раньше, чем реки, а весной на озерах лед держится дольше. Там, где есть источники теплой воды — например, в подземных источниках или в тепловых сбросах промышленных электростанций — эта схема может быть нарушена, и вода может быть свободной ото льда в течение всей зимы. Кроме того, в очень глубоких озерах тепловой резерв, накопленный во время летнего нагрева, может быть слишком большим, чтобы обеспечить охлаждение до точки замерзания, или воздействие ветра на большие воды может помешать формированию устойчивого ледяного покрова.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Лед в озерах

Ледообразование

Изменения в структуре температуры

Условия для образования ледяного покрова в озерах — это годовая эволюция температурной структуры воды в озере. В большинстве озер летом слой теплой воды меньшей плотности лежит над более холодной водой внизу. В конце лета, когда температура воздуха падает, этот верхний слой начинает остывать.После того, как он остынет и достигнет той же плотности, что и вода внизу, столб воды становится изотермическим ( т. Е. существует однородная температура на всех глубинах). При дальнейшем охлаждении верхняя вода становится еще плотнее и погружается, смешиваясь с водой внизу, так что озеро остается изотермическим, но при все более низких температурах. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура не упадет до максимальной плотности воды (около 4 ° C или 39 ° F). Дальнейшее охлаждение приводит к расширению пространства между молекулами воды, так что вода становится менее плотной.Это изменение плотности имеет тенденцию создавать новую стратифицированную термическую структуру, на этот раз с более холодной и легкой водой поверх более теплой и плотной воды. Если вода не перемешивается ветром или течениями, этот верхний слой остынет до точки замерзания (0 ° C или 32 ° F). Как только он достигнет точки замерзания, дальнейшее охлаждение приведет к образованию льда на поверхности. Этот слой льда эффективно блокирует обмен энергии между холодным воздухом наверху и теплой водой внизу; поэтому охлаждение будет продолжаться на поверхности, но вместо того, чтобы понизить температуру воды ниже, потери тепла будут проявляться в производстве льда.

Простая логика, изложенная выше, предполагает, что вода на некоторой глубине в озерах зимой всегда будет иметь температуру 4 ° C, температуру максимальной плотности, и действительно, это часто имеет место в небольших озерах, защищенных от ветра. Однако более обычным сценарием является то, что ветровое перемешивание продолжается по мере того, как водяной столб охлаждается ниже 4 ° C, тем самым преодолевая тенденцию к стратификации плотности. Например, между 4 ° и 0 ° C разница в плотности может составлять всего 0,13 кг на кубический метр (3.5 унций на кубический ярд). В конце концов, определенная комбинация температуры холодного воздуха, потерь излучения и слабого ветра позволяет первому ледяному покрову сформироваться и достаточно утолщаться, чтобы противостоять ветровым силам, которые могут его разрушить. В результате даже в достаточно глубоких озерах температура воды подо льдом обычно где-то ниже 4 ° C, а довольно часто ближе к 0 ° C. Температура при начальном образовании льда может меняться из года в год в зависимости от того, насколько сильно произошло похолодание. прежде, чем будут созданы подходящие условия для формирования и стабилизации первого начального покрытия.В некоторых крупных озерах, таких как озеро Эри в Северной Америке, влияние ветра настолько велико, что устойчивый ледяной покров редко образуется по всему озеру, а температура воды в течение зимы очень близка к 0 ° C.

Прежде чем лед сможет образоваться, вода должна переохладиться и кристаллы льда образоваться. Гомогенное зародышеобразование (без влияния посторонних частиц) происходит значительно ниже точки замерзания, при температурах, не наблюдаемых в водоемах. Температура гетерогенного зародышеобразования (зародышеобразование, начинающееся на поверхности инородных частиц) зависит от природы частиц, но, как правило, на несколько градусов ниже точки замерзания.Опять же, переохлаждение такой величины не наблюдается в большинстве природных вод, хотя некоторые исследователи утверждают, что тонкий поверхностный слой воды может обеспечить такое переохлаждение при высоких скоростях теплопотерь. Однако зародышеобразование, начинающееся на частице льда, может происходить только при небольшом переохлаждении, и обычно считается, что частицы льда, возникающие над поверхностью воды, ответственны за начальное образование льда на поверхности озера. Как только лед присутствует, дальнейшее образование зависит от скорости роста кристалла.Это может быть очень быстро: холодной тихой ночью, когда вода в озере остыла до точки замерзания, а затем слегка переохлаждена на поверхности, можно увидеть кристаллы льда, быстро распространяющиеся по поверхности. Обычно эта форма начального образования льда такова, что оси кристалла c ориентированы вертикально — в отличие от обычной горизонтальной ориентации оси c , связанной с последующим утолщением. В идеальных условиях эти первые кристаллы могут иметь размер один метр и более.Ледяной покров, состоящий из таких кристаллов, будет казаться черным и очень прозрачным.

Эффекты ветрового перемешивания

Если поверхность озера подвергается воздействию ветра, начальные кристаллы льда на поверхности будут перемешаны под воздействием волнующего воздействия ветра на воду у поверхности, и будет создан слой мелких кристаллов. Этот слой будет уменьшать перемешивание, и образуется первый ледяной покров, состоящий из множества мелких кристаллов. Независимо от того, состоит ли он из крупных или мелких кристаллов, ледяной покров, пока он не станет достаточно толстым, чтобы противостоять воздействию более поздних ветров, может формироваться, рассеиваться и повторно формироваться повторно.На более крупных озерах, где ветер препятствует первоначальному образованию стабильного ледяного покрова, могут образовываться большие льдины, и ледяной покров может в конечном итоге стабилизироваться, поскольку эти льдины замерзают вместе, иногда образуя большие гребни и груды льда. Ледяные гряды обычно имеют подводную осадку, в несколько раз превышающую их высоту над водой. Если они будут перемещаться ветром, они могут рыскать по дну на более мелких участках. В некоторых случаях — особенно до образования стабильного ледяного покрова — перемешивания ветра может быть достаточно для уноса частиц льда и переохлажденной воды на значительные глубины.Водозаборы глубиной в десятки метров во время таких событий были заблокированы льдом.

Контроль температуры замерзания расхода воды в зимний период для водосбора холодного региона — Ван — 2019 — Исследование водных ресурсов

1 Введение

Базовый или рецессивный сток определяется как процесс истощения водосборного бассейна, когда нет поверхностного стока или вкладов быстрого стока в речные потоки. Анализ базового стока или спада широко использовался для понимания многих аспектов водоносного горизонта, таких как накопление воды, механизм сброса, гидрогеологические характеристики и влияние изменения климата, как это было описано в Hall (1968), Tallaksen (1995) и Smakhtin (2001). .Благодаря общему запасу воды на суше (TWS), предоставленному спутниками GRACE, анализ базового потока был расширен для оценки накопления дренируемой воды и количественной оценки взаимосвязей между накоплением и сбросом (Riegger & Tourian, 2014; Sproles et al., 2015; Tourian et al. ., 2018; Wang et al., 2017; Wang & Russell, 2016).

Модели рецессии обычно выводятся из основного дифференциального уравнения, определяющего расход из безграничного водоносного горизонта. Brutsaert и Nieber (1977) продемонстрировали, что общее поведение рецессии можно изучить, охарактеризовав базовый поток с помощью степенной модели: (1) где Q ( t ) — базовый сток водоносного горизонта в момент времени t и c и d являются постоянными.Значения c и d могут быть получены путем построения графика log (- dQ / dt ) против log ( Q ), где наклон составляет d , а точка пересечения — log ( c ). ). Обычно приращение времени dt , в течение которого рассчитывается наклон dQ / dt спада, остается постоянным. Однако Рупп и Селкер (2006) показали, что использование постоянной dt может ограничить точное представление отношения спада той частью гидрографа, для которой выбранный dt не подходит.Это также может привести к появлению артефактов в верхней и нижней границах графиков. Бисвал и Марани (2010) и Бисвал и Кумар (2014a, 2014b) предложили альтернативную модель потока геоморфологической рецессии для улучшения анализа рецессии для наклонных водоразделов. Их модель учитывает временную эволюцию протяженности активной дренажной сети для рецессионных потоков и продемонстрировала значительное улучшение в оценке свойств кривой спада. Вышеупомянутая степенная модель рецессии согласуется с классом моделей коллектора, которые можно обобщить как (2) где S ( t ) — водные запасы водоносного горизонта в момент времени t и k и b — параметры, представляющие гидравлическую проводимость кусков водораздела и соотношение накопление-расход, соответственно.Когда b = 1, накопление-разряд имеет линейную зависимость. В противном случае модель становится нелинейной ( b b > еще 1 линейная). В уравнении 2 k = [ c (2 — d )] ^{1 / (2 — d )} и b = 1 / (2 — d ) (Clark et al. ., 2009; Kirchner, 2009), так что линейная модель рецессии d = 1 соответствует линейной модели коллектора b = 1. Имеющиеся исследования показали, что b редко меньше 1, а значения больше 1 являются типичен для многих водоразделов (Stoelzle et al., 2013; Таллаксен, 1995). Хотя предположение, что b = 1 применимо не для всех приложений, Фогель и Кролл (1992) обнаружили, что это допущение является допустимым для выбранных водоразделов северо-востока США. Исследование van Dijk (2010) обнаружило на 183 австралийских водосборах, что линейная модель коллектора дает такие же хорошие оценки базового стока, как и оценки, полученные с использованием нелинейного коллектора, и поэтому для практических целей была рекомендована линейная модель коллектора.

Параметр k обычно рассматривается как определяемый физическими и геологическими характеристиками водосбора, включая геоморфологию (например,g., размер водосбора, уклон и плотность дренажа), а также характеристики почвы и водоносного горизонта (например, гидравлическая проводимость, пористость или удельный урожай; Farvolden, 1963; Bloomfield et al., 2009; Stoelzle et al., 2014; Chiverton et al. ., 2015; Пазнекас, Хаяши, 2016). Брандес и др. (2005) обнаружили, что геоморфологические показатели, такие как плотность дренажа, уклон и гидрологический класс почвы, вместе объясняют около 70–80% вариации k для 24 водосборов в Аппалачах (США). Это позволяет получить средние значения k для различных физико-географических регионов или геологических формаций и применить их в качестве показателей репрезентативности в гидрологических регионах.Гидроклиматические условия и вмешательство человека в круговорот воды (например, забор подземных вод) во время рецессии также влияют на оценку k (Bogaart et al., 2016; Patnaik et al., 2018; Price, 2011 ). Например, ван Дейк (2010) связал k с климатическими факторами, включая осадки и эвапотранспирацию, и обнаружил, что 27% дисперсии k можно отнести к изменчивости влажности для засушливых водосборов. Thomas et al.(2013) описали влияние человеческого вмешательства на забор подземных вод на оценку k . Значения параметра b также меняются в зависимости от характеристик водосбора и гидроклиматических условий. Таллаксен (1995) предполагает, что постоянно изменяющиеся отношения между хранением и базовым потоком могут быть объяснены изменениями значений b . Эти результаты позволили получить представление о влиянии водных условий на моделирование расхода воды в водосборном бассейне.

Базовый сток в холодных регионах более сложен из-за сезонных циклов промерзания и оттаивания почвы.Мороз почвы влияет на базовый сток посредством ряда процессов, таких как ограничение инфильтрации воды через вадозную зону для пополнения водоносного горизонта, уменьшение накопления жидкой воды, способной к сбросу, изменение гидравлической проводимости водораздела и даже изменение локальных путей потока воды в водоразделе (Ireson и др., 2013). Было обнаружено, что даже летом относительно холодные предшествующие зимние почвы оказывали распространяющееся влияние на рецессию (Ploum et al., 2019), предполагая, что слои мерзлой почвы, присутствующие в вертикальном профиле почвы, могут влиять на подпитку глубоких грунтовых вод.Анализ базового потока традиционно фокусируется на увязке параметров спада k и b с физическими или геологическими характеристиками водоносного горизонта, которые часто считаются относительно постоянными (Seibert & Meerveld, 2016; Troch et al., 2013). Поскольку сезонное промерзание почвы — это временное динамическое явление, определяемое, главным образом, внешними факторами, такими как температура воздуха, влияние промерзания почвы на параметры расхода k и b изучалось редко и остается малоизученным.

Холодные регионы высоких широт в последние десятилетия испытали более сильное потепление, чем более низкие широты (Bekryaev et al., 2010; Francis et al., 2017). Было обнаружено, что выраженное потепление изменяет многие аспекты гидрологического процесса в холодных регионах, такие как величина и сезонность речного стока, разделение воды на поверхность и подповерхность, активация спящего водоносного горизонта и даже исчезновение озер из-за таяния вечной мерзлоты (Evans et al., 2018; Green et al., 2011; Курылык и др., 2014; Лион и Дестуни, 2010; Смит и др., 2005; Тейлор и др., 2013; Walvoord & Kurylyk, 2016). Durocher et al. (2019) проанализировали в общей сложности 72 реки, которые вносят свой вклад в Северный Ледовитый океан, и обнаружили общую тенденцию к увеличению стока за последние четыре десятилетия. Понимание и количественное определение взаимосвязи между температурой и скоростью сброса в этих регионах важно для оценки и прогнозирования воздействия изменения климата на базисный сток. Поскольку температура воды базового стока из нижележащих водоносных горизонтов может отличаться от температуры поверхностных вод, например таяния снега весной (Hayashi & Rosenberry, 2001), изменение базового стока может повлиять на динамику речного льда, такую ​​как образование и вскрытие льда.Весенние паводки из-за таяния снегов — обычная опасность для многих рек в холодных регионах, и в основном это результат ледяных заторов (Corston, 2016; Rokaya et al., 2018). Традиционно считается, что динамика речного льда контролируется поверхностными водами. Однако растет понимание того, что зимний базовый сток может иметь значительные последствия для динамики речного льда и весеннего паводка.

Основная цель этого исследования состоит в том, чтобы количественно оценить влияние температуры замерзания на базовый сток и изучить взаимосвязь накопления и сброса, чтобы можно было улучшить оценки базового стока для водосборов холодных регионов.Хотя Мур и др. (2002) и Thomas et al. (2013) заметили изменения скорости спада в зависимости от температуры, это исследование является первым, в котором количественно определены динамические изменения параметров базового потока ( k и b ) с температурой замерзания зимой. Предлагаются новые модели накопления-разгрузки, чтобы учесть влияние мороза почвы на разгрузку водоносного горизонта на основе накопленной температуры зимой. В этом исследовании также будет изучена линейность (или нелинейность) зависимости накопления-разряда и то, как эта зависимость изменится с температурой замерзания.Остальная часть этого документа организована следующим образом: в разделе 2 описаны гипотезы, план модельного эксперимента и методы тестирования; в разделе 3 описывается регион исследования и данные, использованные в этом исследовании, включая анализ неопределенностей; результаты представлены в разделе 4 и обсуждаются в разделе 5, после чего следуют заключительные замечания в разделе 6.

2 Гипотезы и методы

Основываясь на вышеупомянутых обсуждениях воздействия заморозков почвы на гидрологические процессы в холодных регионах, это исследование предполагает, что температура замерзания может изменить расход водоносного горизонта путем изменения значений параметров k или b в модели базового потока (уравнение 2).В этом исследовании принята концепция эффективного хранения воды, предложенная Wang et al. (2017) в моделировании базового потока. С этими гипотезами и модификациями уравнение 2 можно записать как (3а) (3b) где Q ( т ) в этом исследовании выражается в глубине воды в единицу времени (время ^-1 ), S ( т ) находится на глубине воды (длина), k ₀ (длина ^{(1 — b)} время ⁻¹ ) и b ₀ (безразмерный) — соответствующие базовые значения параметров k и b при отсутствии инея почвы в настоящее время f ( T ) (безразмерный) является функцией температуры воздуха T (° C), а a (длина, глубина воды) является параметром, представляющим пороговое значение накопления воды, ниже которого расход водоносного горизонта будет равен 0.Уравнение 3a устанавливает динамику k с f ( T ), выдвигая гипотезу о том, что промерзание почвы влияет на сброс за счет снижения гидравлической проводимости водоносного горизонта. Уравнение 3b устанавливает динамику b с f ( T ), выдвигая гипотезу о том, что заморозки почвы влияют на расход за счет снижения жидкой (активной) воды в водоносном горизонте. Поскольку заморозки почвы являются результатом как текущей, так и предшествующей температуры воздуха, накопленная температура используется для определения f ( T ): (4а) (4b) где T _день — суточная температура воздуха (° C), T _acc ( t ) (° C · день) — накопленный T _день с даты начала зима ( т ₀ ) до дня т , т _конец — дата окончания зимы, а T _c (° C · день) — параметр.Определение для т ₀ и т _конец приведено ниже.

T _acc представляет собой накопленный холод на определенную дату с начала зимы. Он используется в качестве заменителя условия промерзания почвы и имеет то преимущество, что его легко получить. Насколько мне известно, это первый случай использования T _acc для характеристики морозных условий почвы. Уравнение 4a аналогично функции Михаэлиса-Ментен (Michaelis & Menten, 1913), которая уменьшает k ₀ вдвое, когда T _acc достигает значения T _c .Функция используется для описания взаимосвязи между условиями промерзания почвы и накопленным холодом на определенную дату. Пример этой взаимосвязи, смоделированной моделью EALCO (Wang et al., 2013, 2015; Zhang et al., 2008), показан на Рисунке S1 во вспомогательной информации.

Вышеупомянутые модели содержат до четырех неизвестных параметров ( k , T _c , b и a ), в зависимости от различных гипотез.Значения этих параметров были найдены путем решения схемы вложенных численных итераций с критериями максимальной эффективности моделирования Нэша-Сатклиффа (NSE) для базового потока. Были проведены модельные эксперименты с пятью различными гипотезами. В таблице 1 приведены гипотезы модели и параметры, которые необходимо решить.

Таблица 1. Установки эксперимента модели Baseflow

Модельный эксперимент	Опыт-1	Опыт-2	Опыт-3	Опыт-4	Опыт-5
Модель	Q ( т ) = k ( S ( т ) — a )	Q ( т ) = k ( S ( т ) — a ) b	Q ( т ) = k 0 f ( T ) ( S ( т ) — a )
Гипотеза	Модель линейного резервуара	Нелинейная модель пласта	Модифицированная линейная модель пласта с динамической k	Модифицированная нелинейная модель пласта с динамической k	Модифицированная нелинейная модель коллектора с динамической b
Параметры решены	к , к	к , а , б	k 0 , a , T c	k 0 , a , T c , b 0	k 0 , a , b 0 , T c

• Примечание .Тестируются пять моделей (от Exp-1 до Exp-5) с различными гипотезами (Q: основной расход; T: температура воздуха; S: накопление воды; определения и размеры параметров в таблице можно найти в разделе 2).

Это исследование касается только зимнего сезона, в течение которого речной сток в основном обеспечивается за счет стока водоносного горизонта или основного стока. Начало зимнего сезона ( t ₀ ) определяется критериями (1) среднесуточная температура опускается ниже 0 ° C поздней осенью и (2) накопленная температура после этой даты остается отрицательной.Второй критерий — исключить временные холодные пролеты, которые не привели бы почвы к постоянному промерзанию в начале зимнего сезона. Конец зимнего сезона ( t _конец ) определяется критериями (1) среднесуточная температура поднимается выше 0 ° C весной и (2) накопленная температура после этой даты остается выше 0. Второй критерий применяется для исключения возможных случаев, когда температура на мгновение поднимается выше 0 ° C, но не приводит к продолжительному оттаиванию поверхности суши.Определение «зимнего сезона» довольно консервативно, чтобы избежать периодов времени с возможным вкладом поверхностного стока (например, дождя или таяния снега) в наблюдаемые потоки.

Модели были протестированы с использованием месячных значений базового стока в связи с тем, что (1) временное разрешение GRACE является ежемесячным и (2) поскольку водосборный бассейн большой, а длина основной реки составляет около 1000 км, требуется время для того, чтобы сбросившаяся вода поток к посту в устье реки.Таким образом, между измерением расхода и манометрическим измерением будет задержка по времени. Также будет процесс сглаживания, когда вода стекает в устье реки. Таким образом, было бы проблематично сравнивать смоделированные измерения расхода воды и измерения на постах на дневном временном шаге. Ежемесячный временной шаг снижает влияние вышеупомянутых процессов на моделирование базового потока, хотя и не устраняет проблемы полностью. Водохранилище в месяц м ( S _м , мм) получено из его значения в предыдущем месяце S _{м — 1} (мм) и количества потерь воды из наблюдаемых базовый поток в этом месяце.Потери воды из почвы и водоносных горизонтов из-за эвапотранспирации не учитываются из-за заснеженной почвы. Водохранилище в начале зимнего сезона S ₀ было получено из набора данных GRACE TWS, как подробно описано в следующем разделе.

Производительность модели оценивалась с использованием средней абсолютной ошибки ( MAE ), коэффициента корреляции Пирсона ( R ) и его критерия значимости ( p ), а также коэффициента эффективности модели Нэша-Сатклиффа ( NSE , уравнение 5 ).(5)

NSE — это нормализованная статистика, которая определяет относительную величину дисперсии остатка по сравнению с дисперсией измеренных данных. Он обычно используется для оценки предсказательной силы гидрологических моделей.

3 региона исследования и наборы данных

Вышеупомянутые гипотезы были проверены для водораздела Олбани, расположенного в холодном регионе на крайнем севере Онтарио, Канада (Рисунок 1). Он был выбран на основании того факта, что это самый большой водораздел в Онтарио (с площадью водосбора 137,230 км ² ), чтобы он соответствовал большой площади спутниковой связи GRACE, имел возможность измерения датчиков на исследуемый период и высокую чувствительность. к изменению климата (McLaughlin & Webster, 2014).Водораздел очень уязвим для наводнений, особенно в сезон таяния снегов весной из-за ледяных заторов. Река Олбани имеет длину 982 км и течет на северо-восток от озера Сент-Джозеф на высоте 371 м на северо-западе Онтарио в залив Джеймс. Верхнее течение бассейна реки расположено в физико-географическом районе Канадского щита, который характеризуется тонким слоем почвы над докембрийскими коренными породами и умеренным топографическим рельефом. Средняя и нижняя части водосборного бассейна находятся в пределах физико-географической области низменности Гудзонова залива, которая характеризуется плохо дренированными органическими отложениями и низким топографическим рельефом.В пределах исследуемой территории в ландшафте Канадского щита преобладает бореальный лес, который переходит в бесплодную бореальную и таежную зоны растительности в пределах низменности Гудзонова залива.

Местоположение изучаемого региона.

Использовались три набора данных, которые включают температуру воздуха, речной сток и GRACE TWS. Ограниченные в основном рекордной длиной данных со спутников GRACE, гипотезы были проверены за период 2002–2015 гг., Который включает в общей сложности 13 зимних сезонов.Эти наборы данных и региональные гидроклиматические условия описаны ниже.

3.1 Температура воздуха (

T )

Ежедневное значение T для водосбора было рассчитано на основе метеорологического воздействия Глобальной системы ассимиляции наземных данных (GLDAS). Данные GLDAS были получены в рамках миссии НАСА Отдела наук о Земле, а затем заархивированы и распространены Центром данных и информационных услуг Годдарда (http: // mirador.gsfc.nasa.gov/). Данные предоставляются с 3-часовым временным шагом и пространственным разрешением 0,25 ° на 0,25 ° широты / долготы. Ежедневное значение T сетки принимается как среднее из восьми показаний дня, а водораздел T является средним из значений T всех сеток GLDAS в пределах водораздела. В водоразделе Олбани расположены четыре метеостанции, на которых в течение исследуемого периода доступны измерения температуры воздуха. Сравнение измерений станций и температур GLDAS в соответствующих сетках показывает, что они хорошо согласуются со средними смещениями, варьирующимися от –0.От 85 до 0,01 ° C и коэффициенты линейной корреляции от 0,96 до ~ 0,99 (рисунок S2).

Температура в районе исследования колеблется от холодной зимы до мягкого лета. В исследуемый период температура в среднем опускалась ниже 0 ° C в начале ноября и поднималась выше 0 ° C в середине апреля следующего года. Оба переходных периода имели большие межгодовые колебания в течение более месяца. В конце января температура воздуха в основном достигла самого низкого уровня от −25 до −30 ° C.Суммарная температура T _согл. в зимний период варьировалась от –1 250 до –2 080 ° C · сутки (Рисунок 2). Чрезвычайно низкая температура и низкая солнечная радиация в зимний период приводят к глубокому замерзанию водораздела зимой.

Суммарная температура за зимние сезоны 2002–2015 гг. Для водосбора Олбани.

3.2 Измерение расхода реки (

Q )

На реке Олбани есть несколько гидрометрических станций, находящихся в ведении Управления водного хозяйства Канады.В этом исследовании использовались данные с самой нижней гидрометрической станции, чтобы получить максимально возможную площадь водосбора (гидрометрическая станция № 04HA001, река Олбани возле острова Хэт, широта 51,3306, долгота -83,8333). Наблюдаемое ежедневно Q на гидрометрической станции было загружено с веб-сайта Водной службы Канады (http://www.ec.gc.ca/rhc-wsc/). Исходный Q находится в метрах ³ с ⁻¹ , и он был преобразован в глубину воды (мм) с использованием площади дренажа. Качество данных Q было перекрестно проверено путем взаимных сравнений с измерениями ближайших датчиков по региону.В частности, есть два основных водораздела, примыкающих к водоразделу Олбани: водораздел Аттавапискат на северо-западе (станция № 04LG004) и водораздел лося на юго-востоке (станция № 04FC001; Рисунок 1). Сравнения показали, что Q для Олбани разумно коррелировал с таковыми для Attawapiskat и Moose с коэффициентом линейной корреляции 0,84 и 0,78 (рисунок S3), соответственно. В наборах данных не было обнаружено никаких подозрительных планировщиков. Данные Q также сравнивались с двумя измерениями в водоразделе Олбани, которые представляют два основных суб-водораздела, а именно реку Кеногами (станция № 04JG001) и реку Олбани над островом Ноттик (станция № 04GD001).Коэффициенты линейной корреляции с этими двумя суб-водоразделами составляли 0,91 и 0,83 (Рисунок S3), соответственно. Вышеупомянутые водоразделы расположены в большом плоском районе с аналогичными синоптическими условиями и условиями поверхности суши. Корреляции между этими измерениями являются ожидаемыми, и они демонстрируют согласованность и надежность качества данных Q .

Гидрология реки Олбани характеризуется среднегодовым расходом 1420 м ³ / с (380 мм в год ⁻¹ ) с максимальным расходом до 8000 м ³ / с (5.86 мм день ⁻¹ ), вызванные таянием снега в апреле — конце мая. Расход водосбора в зимний сезон непрерывно уменьшается, и это представляет собой типичный процесс рецессии, поскольку поверхностный сток мало влияет на речной сток (рис. 3). Межгодовые различия в значениях базового стока велики в начале зимы: от более 4600 м ³ / с (3,37 мм в сутки ⁻¹ ) до всего 350 м ³ / с (0,26 мм в сутки ⁻¹ ) за исследуемый период (2002–2015 гг.).Минимальные значения базового стока в конце зимы колебались в небольшом диапазоне 100–200 м ³ / с (0,07–0,15 мм в день ^–1 ). Средний базовый сток в зимний сезон варьировался от 200 до 700 м ³ / с в течение 13 зимних сезонов (0,15–0,51 мм в день ^–1 ), с общим средним значением 430 м ³ / с (0,31 мм в день ⁻¹ ). Стоит отметить, что годовое количество осадков в бассейне Олбани составляет около 700 мм, а годовое суммарное испарение составляет менее половины этого количества (Wang et al., 2013), поэтому в бассейне имеется большой избыток воды для пополнения водоносного горизонта, чтобы поддерживать зимний базовый сток.

Временные ряды наблюдаемого базового стока Q (мм H ₂ O месяц ⁻¹ ) в зимние сезоны 2002–2015 гг. Для водораздела Олбани.

График зависимости логарифма (- dQ / dt ) от логарифма ( Q ) для водораздела Олбани в зимние месяцы 2002–2015 гг. Приведен на Рисунке 4.Во-первых, каждый год можно обнаружить большое внутрисезонное изменение наклона ( d ). В начале зимы наклон оставался относительно постоянным. По мере прохождения зимнего сезона наклон значительно увеличился, что привело к значительному уменьшению значения пересечения (log ( c )). Это большое внутрисезонное изменение является постоянным для каждого года, что позволяет предположить, что параметры модели базового потока являются динамическими и зависят от факторов, связанных со временем зимнего сезона. Во-вторых, существуют большие различия в значениях наклона и пересечения в разные годы.В начале сезона, когда параметры рецессии относительно постоянны, значения уклонов в разные годы варьировались в большом диапазоне от 1,0 до 1,8.

График зависимости бревна (- dQ / dt ) от бревна ( Q ) для зимних сезонов 2002–2015 гг. — dQ / dt (m ³ s ⁻¹ день ⁻¹ ) и Q (m ³ s ⁻¹ ) были рассчитаны с трехдневным временным шагом.

3.3 Хранение воды в водоразделе (

S )

Объем водосбора в начале зимы S ₀ был оценен с использованием продукта TWS из решений сферических гармоник GRACE Release-05. Данные были загружены с веб-сайта GRACE Tellus (ftp://podaac-ftp.jpl.nasa.gov/allData/tellus/L3/land_mass/RL05/), который поддерживается программой NASA MEaSUREs (Swenson, 2012). Модели GRACE содержат извлекаемые сигналы изменения силы тяжести до максимальной сферической гармоники со степенью 60, что приблизительно соответствует пространственному разрешению ~ 330 км (108 900 км ² ).Масштабный коэффициент наземной сети, набор масштабных коэффициентов, предназначенный для восстановления большей части энергии, удаленной фильтрами дестрипинга, гаусса и степени 60 в наземные сети, был применен к наборам данных (Swenson & Wahr, 2006), чтобы минимизировать разница между сглаженными и нефильтрованными изменениями месячного запаса воды в модели в любом географическом месте (Landerer & Swenson, 2012). Наборы данных включают ежемесячные временные ряды TWS из трех центров обработки данных: а именно, Техасского университета / Центра космических исследований (CSR), GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) и Лаборатории реактивного движения (JPL).Различия трех наборов данных TWS на суше Канады были исследованы Ван и Ли (2016). Для водораздела Олбани различия оказались незначительными (средняя абсолютная разница составила 9 мм). В этом исследовании использовалось среднее TWS из трех наборов данных. Базовая линия TWS, которая была основана на среднем значении с января 2004 г. по декабрь 2009 г. в исходных данных, была скорректирована до минимального значения, обнаруженного за период исследования.

TWS для водораздела Олбани имела средний сезонный диапазон колебаний 100 мм в течение 13-летнего периода исследования (Рисунок 5).Самые низкие значения наблюдались в конце лета, примерно в сентябре и октябре, а самые высокие — в конце весны, примерно в апреле, до начала таяния снегов. Очевидно, что увеличение TWS в осенне-зимний сезон в основном связано с накоплением снега и низким эвапотранспирацией, а уменьшение в весенне-летний сезон в основном из-за большого количества сброса талой воды и высокой эвапотранспирации летом. . Межгодовые колебания TWS для конкретного месяца были большими: от 70 мм, появившихся в июне, до 127 мм, появившихся в ноябре.Ежемесячная ошибка измерения, ошибка утечки и суммарная общая ошибка в GRACE TWS были рассчитаны согласно Wahr et al. (2006), и для водораздела они составляли 13,2 мм, 15,8 м и 20,6 мм соответственно. Влияние на оценку ошибки TWS из-за неопределенности в модели поверхности суши CLM4, используемой для расчета масштабного коэффициента, было оценено путем сравнения с другой моделью поверхности суши NOAH в независимом исследовании (Wang et al., 2014). Было обнаружено, что величины ошибок двух моделей земной поверхности схожи.

Вариации общего запаса воды по данным спутниковых наблюдений GRACE для водораздела Олбани в 2002–2015 гг. Базовый уровень данных корректируется до минимального значения за период исследования.

4 Результаты

Традиционная линейная модель коллектора без функции температуры (Exp-1) не могла воспроизвести наблюдаемый процесс рецессии. Конкретно модель объяснила только 12.2% вариаций наблюдаемых месячных значений базового стока за 13 зимних сезонов (Рисунок 6). Тест производительности модели показал низкое значение NSE 0,122 (таблица 2).

Сравнение наблюдаемого и смоделированного базового потока с различными гипотезами моделирования. Exp-1: традиционный линейный резервуар; Exp-2: традиционный нелинейный резервуар; Эксп-3: линейный пласт с динамикой к ; Exp-4: нелинейный пласт с динамикой k ; и Exp-5: нелинейный резервуар с динамическим b .Подробные гипотезы моделирования для Exp-1 — Exp-5 можно найти в таблице 1. Таблица 2. Результаты экспериментов с моделью базового потока с различными гипотезами моделирования

Модельный эксперимент		Опыт-1	Опыт-2	Опыт-3	Опыт-4	Опыт-5
Значения параметров	k ( k 0 ) (месяц −1 )	0.06	0,013	0,276	0,257	0,17
	a (мм)	−53	−60	−60	−60	−57
	б 0	–	1.30	–	1,01	1,0
	T c (° C · день)	–	–	−171	−172	-2,392
Характеристики модели (смоделированные vs.наблюдаемый базовый поток)	Среднее (мм месяц −1 )	7,41	7,41	7,41	7,41	7,41
	MAE (мм)	3.36	3,36	1,56	1,53	1,61
	R	0,349	0,362	0.903	0,908	0,892
	NSE	0,122	0,128	0,809	0,809	0.782
	п.	0,025	0,020	<0,001	<0,001	<0,001

• Примечание .Exp-1: традиционный линейный резервуар; Exp-2: традиционный нелинейный резервуар; Эксп-3: линейный пласт с динамикой к ; Exp-4: нелинейный пласт с динамикой k ; и Exp-5: нелинейный резервуар с динамическим b . Подробные гипотезы моделирования для Exp-1 — Exp-5 можно найти в таблице 1 (Среднее = средний базовый поток, MAE = средняя абсолютная ошибка, R = коэффициент корреляции Пирсона, NSE = эффективность модели Нэша-Сатклиффа, p = уровень значимости).

Традиционная нелинейная модель коллектора без включения температурной функции (Exp-2) достигла лучших характеристик модели с показателем степени b = 1,3 (Таблица 2), что свидетельствует о нелинейной зависимости накопления-разгрузки. Однако нелинейная модель лишь немного улучшила производительность линейной модели в Exp-1. В частности, нелинейная модель объяснила 13,1% изменений наблюдаемых значений базового расхода (Рисунок 6).Это лишь ненамного больше, чем получено в линейной модели (12,2%). Ограниченное улучшение также отражается в небольшом увеличении NSE (таблица 2). Плохая производительность модели как в Exp-1, так и в Exp-2 предполагает, что накопление воды не является доминирующим фактором, контролирующим процесс сброса воды в водосбор в зимний период.

С помощью модифицированной линейной модели коллектора (Exp-3), которая включила функцию температуры замерзания в гидравлическую проводимость, характеристики модели были значительно улучшены, как это видно на Рисунке 6.Модель объяснила 81,6% изменений наблюдаемых значений базового стока за 13 зимних сезонов. Значение R между смоделированным и наблюдаемым месячным базовым стоком достигло более 0,9 ( p <0,001). Средние абсолютные ошибки ( MAE ) были уменьшены более чем наполовину по сравнению с таковыми в Exp-1 и Exp-2. Улучшение также можно увидеть по высокому значению NSE 0,809. Это значительное улучшение характеристик модели ясно демонстрирует доминирующую роль температуры замерзания в процессе разряда.Значение параметра для T _c в Exp-3 указывает, что k было уменьшено на 50%, когда накопленная температура достигла -171 ° C · день с начала зимы.

За счет включения температурной функции в гидравлическую проводимость в нелинейной модели коллектора (Exp-4) результаты были дополнительно улучшены по сравнению с Exp-3, но улучшение небольшое (Таблица 2). Это согласуется со сравнением между Exp-1 и Exp-2, которое предполагает использование нелинейной зависимости накопления-разряда, либо со статическим k (Exp-1 и Exp-2) или динамическим k (Exp-3 и Exp-4) имеет ограниченное значение для улучшения моделирования базового стока зимой для водосбора Олбани.Приведенные выше результаты основаны на статических b . Интересно отметить, что параметр b имеет значение 1,01 в Exp-4, что незначительно отличается от b в Exp-3 (= 1,0) при допущении уровня неопределенности 10% в измерениях расхода. (Ван и др., 2014). Таким образом, Exp-4 практически сходился с Exp3, и это предполагает линейную зависимость накопления-разряда, когда k установлено динамически. Параметр T _c в Exp-4 имеет значение -172 ° C · день, что согласуется с полученным в модели Exp-3.Для простоты модели результат Exp-3 используется на иллюстрациях ниже.

Динамические значения k , полученные в модели Exp-3 и рассчитанные обратно с использованием наблюдаемого базового потока для всех месяцев в период исследования, имеют коэффициент корреляции Пирсона, близкий к 0,9 ( p <0,001; Рисунок 7). Высокая корреляция демонстрирует доминирующую роль температуры замерзания в управлении вариациями гидравлической проводимости водораздела зимой.Зависимость T — k , определенная моделью Exp-3, хорошо сравнивается с зависимостью, рассчитанной обратно с использованием наблюдаемого базового потока (Рисунок 8). Он показывает, что значение k снизилось с его предзимнего значения 0,15 месяца ^-1 до 0,022 месяца ^-1 , или примерно на 85%, в очень холодные зимы, когда накопленная температура достигала примерно −2,000 ° C · день в конце сезона. При таком соотношении, потепление климата на +1, +2 и +4 ° C предполагает увеличение на 7.7%, 16,7% и 41,0% при значениях k соответственно. Это приведет к увеличению зимнего расхода воды на 6,8%, 14,7% и 35,0% или на 3,53 × 10 ⁸ , 7,60 × 10 ⁸ и 1,81 × 10 ⁹ м ³ по объему воды, соответственно для трех сценариев потепления для водораздела Олбани. Стоит отметить, что эти оценки основаны только на влиянии температуры на сток, что предполагает, что другие климатические условия водосбора остаются такими же.

Сравнение параметра базового потока k , оцененного с использованием наблюдений ( k наблюдения) и модели Exp-3 (модель k ). Exp-3 — это линейная модель коллектора с динамическими k (подробности см. В Таблице 1). Динамическое изменение параметра базового потока k в зависимости от накопленной температуры зимой (точки: оценка с использованием наблюдаемого базового потока, линия: оценка с использованием модели Exp-3). Exp-3 — это линейная модель коллектора с динамическими k (подробности см. В Таблице 1).

Когда коэффициент экспоненты b был установлен на динамический с функцией температуры замерзания (Exp-5), характеристики модели также показали значительное улучшение по сравнению с традиционными линейными и нелинейными моделями коллектора Exp-1 и Exp-2 (Рисунок 6) . В частности, результаты Exp-5 объяснили 79,6% изменений наблюдаемых значений базового стока за 13 зимних сезонов. NSE достиг значения 0,782. Результаты показывают, что рабочие гипотезы влияния промерзания почвы на расход водоносного горизонта за счет снижения содержания жидкой (активной) воды являются верными.Стоит отметить, что значение b ₀ , полученное в Exp-5, составляет 1,0, что предполагает линейную зависимость накопления-разгрузки при отсутствии заморозков почвы (т. Е. f ( T ) = 1,0) в водораздел. Это согласуется с выводами Exp-3 и Exp-4. Exp-5 немного уступает Exp-3 и Exp-4. Однако наибольшая разница в характеристиках модели произошла между моделями со статическими k и b (то есть Exp-1 и Exp-2) и моделями с динамическими k и b (т.е.е., Опыт-3, Опыт-4 и Опыт-5). Это ясно демонстрирует, что параметры k и b в модели основного потока (уравнение 2) на самом деле являются динамическими по своей природе и на них сильно влияют условия промерзания почвы зимой.

Динамические значения b , полученные в модели Exp-5 и рассчитанные обратно с использованием наблюдаемого базового потока для всех месяцев в период исследования, имеют коэффициент корреляции Пирсона 0,876 ( p <0.001; Рисунок 9). Зависимость T — b , полученная с помощью модели Exp-5 и рассчитанная обратно с использованием наблюдаемого базового потока, сравнивается на Рисунке 10. Диапазон значений b в течение периода исследования отличался от его предзимнего значения 1,0, когда Это отсутствие заморозков почвы до минимального значения 0,53 в конце зимы 2013 и 2014 гг., когда значение T _acc достигло минимального значения –2000 ° C · день.

Сравнение динамических значений экспоненциального фактора ( b ) в модели основного потока (уравнение 2). b наблюдение: оценка с использованием наблюдений, b модель : оценка по модели Exp-5. Exp-5 — это нелинейная модель коллектора с динамическими b (подробности см. В Таблице 1). Динамическое изменение экспоненциального фактора ( b ) в модели базового потока (уравнение 2) с накопленной температурой зимой (точки: оценка с использованием наблюдаемого базового потока, линия: оценка с использованием модели Exp-5). Exp-5 — это нелинейная модель коллектора с динамическими b (подробности см. В Таблице 1).

5 Обсуждение

Анализ базового потока сталкивается с многочисленными проблемами. Во-первых, важно, чтобы модель включала доминирующие факторы, контролирующие процесс разряда. В этом исследовании традиционные модели резервуаров (Exp-1 и Exp-2) оказались неспособными воспроизвести базовый поток, наблюдаемый зимой в водоразделе Олбани, что свидетельствует о том, что расход водоносного горизонта в холодных регионах в основном контролировался физическими факторами, помимо накопления воды. .За счет использования функции температуры замерзания для модификации моделей коллектора (уравнение 2) было достигнуто значительное улучшение модели. Это демонстрирует, что температура замерзания является доминирующим фактором в контроле за расходом водоносного горизонта зимой. Процесс управления может быть смоделирован путем установки k или b dynamic с функцией температуры или путем уменьшения либо гидравлической проводимости, либо жидкого (активного) содержания воды при температурах замерзания. Другой важный вывод заключается в том, что путем включения функции температуры замерзания в модели коллектора, отношения накопления и расхода водосбора в Exp-3, Exp-4 и Exp-5 были сведены к b ₀ = 1.0, что свидетельствует о линейной зависимости при отсутствии заморозков почвы. Линейная зависимость накопления-разгрузки, полученная для водораздела Олбани, не вызывает удивления. Водораздел расположен в равнинной местности с большим профицитом водного баланса для подпитки водоносного горизонта перед зимним сезоном. Зимний базовый сток относительно прост и в основном обеспечивается поверхностными водоносными горизонтами, включая водно-болотные угодья. Гидрогеологические условия водораздела в значительной степени отличаются от водоразделов с глубокими откосами и сложными системами водоносных горизонтов с большими вариациями состояния воды, которые часто включают динамические сети каналов (например.g., изменяющаяся во времени геометрия насыщенных каналированных участков) и приводят к нелинейным отношениям накопления и основного потока (Biswal & Kumar, 2014b; Biswal & Marani, 2010; Tallaksen, 1995).

Во-вторых, анализ базового потока часто затруднен выбором характерных сегментов рецессии. Определение сегментов рецессии требует больших различий в последующем моделировании базового потока. Это связано с тем, что выбранные сегменты рецессии могут представлять различные водные условия до рецессии, разные этапы временной эволюции его активной дренажной сети и разные климатические условия во время процесса рецессии.Например, в многочисленных исследованиях сообщается, что расчетные параметры рецессии зависят как от начала и продолжительности сегмента рецессии, так и от сезонного изменения эвапотранспирации (например, Biswal & Kumar, 2014a; Federer, 1973; Ficklin et al., 2016). Во время теплого и активного вегетационного периода растений, особенно в регионах с неглубоким уровнем грунтовых вод, где за высыханием верхнего слоя почвы может последовать капиллярный перенос из грунтовых вод, эвапотранспирация может привести к снижению базового потока и завышению значения c в уравнении 1 или k в уравнении 2 (Федерер, 1973; Таллаксен, 1995).Во многих случаях выбранные сегменты рецессии включают вклад воды из поверхностного стока, поэтому требуется разделение основного и поверхностного стока от общего измерения потока. Это часто приводит к еще одному источнику большой неопределенности в данных о базовом потоке. Это исследование позволило преодолеть вышеупомянутые проблемы, выбрав зимний сезон для анализа рецессии. Во-первых, поверхностный сток зимой минимален из-за отсутствия жидких осадков и снежного покрова, поэтому зимний сток в основном был обеспечен за счет разгрузки водоносного горизонта.Это позволяет избежать процесса разделения основного потока и поверхностного стока и, следовательно, связанных с ним больших неопределенностей. Во-вторых, выбор сегментов рецессии с использованием температуры воздуха довольно объективен и меньше зависит от пользователей, чем процесс выбора из данных гидрографии. В-третьих, эвапотранспирация оказывает минимальное влияние на процесс спада, поскольку в зимний период поверхность земли покрыта снегом, а потеря грунтовых вод за счет эвапотранспирации минимальна. Процесс разгрузки водоносного горизонта зимой также в значительной степени упрощается за счет уменьшения обмена между поверхностными и грунтовыми водами из-за мерзлой почвы.Более того, продолжительный зимний сезон для водоразделов холодных регионов дает преимущество максимальной доступности данных для тестирования модели. В данном исследовании используется GRACE TWS для первоначальной оценки запасов воды. Определение крупных запасов воды в водоносном горизонте традиционными методами чрезвычайно сложно. Это исследование демонстрирует инновационное применение спутниковых наблюдений GRACE в исследованиях разгрузки и спада водоносных горизонтов.

Хорошо известно, что разные модели базового стока часто приводят к значительным вариациям в оценках параметров модели или даже к различным соотношениям накопление-расход для одного и того же водосбора (например,g., линейное против нелинейного; Патнаик и др., 2018; Stoelzle et al., 2013; Таллаксен, 1995). Это хорошо видно, сравнив результаты пяти модельных экспериментов. Например, значения k варьировались от минимума 0,013 месяца ^-1 в Exp-2 до максимума 0,276 месяца ^-1 в Exp-3 (Таблица 2). Однако, как упоминалось в разделе 1, k традиционно рассматривается как физический параметр, который представляет характеристики водосбора, почвы и водоносного горизонта, которые часто считаются относительно постоянными.Значительные различия k между различными моделями ясно указывают на то, что это действительно динамический характер. Для водораздела холодного региона в этом исследовании обнаружено, что динамика k сильно связана с условиями промерзания почвы зимой, которое снизилось по сравнению с его предзимним значением, когда промерзание почвы отсутствовало, примерно на 85% в конце зимы, когда почва находилась в глубоко промерзшем состоянии. Без учета динамических изменений температуры замерзания в модели коллектора (Exp-1 и Exp-2) статические значения k представляют собой совокупное среднее динамических значений k в течение всего зимнего сезона.Таким образом, они были намного меньше, чем значения k ₀ , полученные в Exp-3, Exp-4 и Exp-5, которые представляют собой предзимние условия, когда не было заморозков почвы. Это дополнительно демонстрирует важность включения в модель доминирующих факторов, контролирующих процесс разряда.

Модели

Baseflow могут быть протестированы с использованием либо одного сегмента рецессии, либо группы сегментов рецессии в разное время и в разных условиях. Biswal & Marani, 2010, Biswal & Kumar, 2014b) продемонстрировали, что в случае, когда в dQ / dt преобладает изменение длины активной дренажной сети, анализ модели, основанный на одном сегменте рецессии, может избежать серьезного спада. занижение показателя экспоненты при объединении всех сегментов спада вместе.Кроме того, модельный тест, основанный на одном сегменте рецессии, часто легко дает относительно хорошие результаты. Действительно, когда традиционные модели коллектора применялись отдельно к каждому из зимних сезонов в этом исследовании, их характеристики были в основном лучше, чем у Exp-1 и Exp-2. Однако были замечены большие вариации значений параметров модели базового потока в разные годы, что неудивительно из-за вариаций климатических условий в разные годы. Напротив, модельный тест, основанный в совокупности на всех сегментах рецессии, представляет собой серьезную проблему из-за воздействия различных факторов на процесс рецессии, как обсуждалось выше.Эта задача также является возможностью помочь обнаружить важные физические факторы или механизмы, контролирующие изменения наблюдаемых значений разряда. В этом исследовании модельные испытания, в которых использовались все данные за 13 зимних сезонов, помогли найти проблемы с традиционными моделями резервуаров и выявить динамическое влияние отрицательной температуры на процесс разгрузки. Температурная функция, используемая в модели базового потока, эффективно консолидировала большие вариации значений параметров модели в разные годы.Это также привело к сближению с линейной моделью резервуара для водораздела Олбани при отсутствии заморозков почвы. Полученные данные демонстрируют важность подходов к моделированию для объяснения изменчивости наблюдений в различных условиях и времени. Полученные данные также могут помочь в проведении более значимых сравнений различных исследований в разных регионах. Результаты весьма обнадеживают, учитывая результаты модельного теста и продолжительность периода обучения. Как было обнаружено в Perzyna (1993), оценки параметров рецессии можно считать надежными, когда период исследования достигает примерно 10 лет.

6 Выводы

Это исследование обнаружило и количественно оценило влияние отрицательной температуры на зимний сток в водоразделе холодного региона в Канаде. Он обеспечивает важную связь между потеплением климата и изменением базового стока в холодных регионах. Результаты показывают, что традиционные линейные и нелинейные модели коллектора не смогли воспроизвести наблюдаемые изменения базового стока зимой, и они предположили, что накопление воды не является доминирующим фактором, контролирующим процесс разгрузки.Благодаря включению функции температуры замерзания в модели коллектора, характеристики модели были значительно улучшены. Это значительное улучшение демонстрирует доминирующую роль температуры замерзания в регулировании расхода воды в водоносный горизонт. Этот процесс управления может быть смоделирован путем уменьшения гидравлической проводимости водоносного горизонта или, в частности, путем уменьшения значений параметра уклона k в моделях пласта. Результаты показывают, что значение k снизилось вдвое, когда температура достигла –172 ° C · день после начала зимы для водосбора Олбани.В некоторые чрезвычайно холодные зимы во время периода исследования температура k снизилась на 85%, когда накопленная температура достигла –2000 ° C · день в конце сезона. Процесс управления температурой замерзания в разгрузке водоносного горизонта также может быть смоделирован за счет уменьшения содержания жидкой (активной) воды или, в частности, за счет уменьшения значений параметра экспоненты b в моделях пласта. С этой гипотезой модельный эксперимент показывает, что значения b варьировались в диапазоне от его предзимнего значения 1.От 0 до 0,53 в конце зимы во время периода исследования. Другой важный вывод заключается в том, что путем установки параметров ( k или b ) в моделях водохранилища, динамических с функцией температуры замерзания, отношения накопления и расхода водосбора были сведены к предзимнему базовому значению b _0. = 1,0, что предполагает линейную зависимость при отсутствии заморозков почвы. С учетом температурной зависимости, обнаруженной в этом исследовании, потепление климата на +1, +2 и +4 ° C предполагает увеличение на 7.7%, 16,7% и 41,0% гидравлической проводимости или увеличение зимнего расхода воды на 6,8%, 14,7% и 35,0% соответственно. Это эквивалентно объему в 3,53 × 10 ⁸ , 7,60 × 10 ⁸ и 1,81 × 10 ⁹ м ³ большего количества пресной воды, поступающей в залив Джеймс из реки Олбани, соответственно. В этом исследовании для демонстрации использовался водораздел Олбани, исходя из соображений пригодности и доступности данных, чувствительности к изменению климата и важности для социальной экономики, но гипотеза и подход не являются специфическими для водораздела.В приложениях подход может быть ограничен разрешением данных GRACE, когда размер водосбора небольшой. Еще одним ограничением является то, что данные GRACE доступны только с 2002 года, что делает период исследования относительно коротким. Ожидается, что с продолжением миссии GRACE Follow-On и улучшением обработки данных вышеуказанные ограничения будут улучшены. Тем не менее, это исследование дает представление о влиянии температуры замерзания на расход водоносного горизонта в холодных регионах. Результаты могут быть особенно полезны для разработки гидрологических моделей на основе процессов, оценки изменений базового стока и оценки воздействия изменения климата на гидрологию холодных регионов.

Благодарности

Это исследование было поддержано Проектом кумулятивных эффектов и Программой геолого-геофизических исследований по изменению климата Министерства природных ресурсов Канады. Exp-5 в это исследование включен после комментария анонимного рецензента. Вклад высоко оценен. Мы очень ценим внутреннюю рецензию и комментарии д-ра А. П. Трищенко. Данные, использованные в этом исследовании, находятся в открытом доступе и могут быть загружены по следующим ссылкам: температура воздуха, http: // mirador.gsfc.nasa.gov/; речной сток, http://www.ec.gc.ca/rhc-wsc/; и общее изменение объема воды, ftp://podaac-ftp.jpl.nasa.gov/allData/tellus/L3/land_mass/RL05/.

Имя файла	Описание
wrcr24320-sup-0001-2019WR026030-SI.pdf Документ PDF, 695 КБ	Дополнительная информация S1

Обратите внимание: издатель не несет ответственности за содержание или функциональность любой вспомогательной информации, предоставленной авторами.Любые запросы (кроме отсутствующего контента) следует направлять соответствующему автору статьи.

Ссылки

• Бекряев, Р.В., Поляков, И.В., и Алексеев, В.А. (2010). Роль полярного усиления в долговременных вариациях приземной температуры воздуха и современном потеплении Арктики. Журнал климата , 23, 3888–3906.https://doi.org/10.1175/2010JCLI3297.1
• Бисвал Б. и Кумар Д. Н. (2014a). Изучение динамического поведения кривых спада. Гидрологические процессы , 28 (3), 784–792. Https://doi.org/10.1002/hyp.9604
• Бисвал Б. и Кумар Д. Н. (2014b). Что в основном контролирует рецессионные потоки в речных бассейнах? Развитие водных ресурсов , 65, 25–33.https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2014.01.001
• Бисвал Б. и Марани М. (2010). Геоморфологическое происхождение кривых спада. Письма о геофизических исследованиях , 37, L24403. https://doi.org/10.1029/2010GL045415
• Блумфилд, Дж. П., Аллен, Д. Дж., И Гриффитс, К. Дж. (2009). Изучение геологического контроля над индексом базового потока (BFI) с использованием регрессионного анализа: иллюстрация из бассейна Темзы, Великобритания. Журнал гидрологии , 373 (1-2), 164–176. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.04.025
• Bogaart, P. W., Van Der Velde, Y., Lyon, S. W., & Dekker, S. C. (2016). Модели рецессии рецессии могут помочь разгадать роль климата и человека в совместной эволюции ландшафта. Гидрология и науки о земных системах , 20, 1413–1432. https://doi.org/10.5194/hess-20-1413-2016
• Брандес, Д., Хоффманн, Дж. Г., и Мангарилло, Дж. Т. (2005). Скорость спада базового стока, низкий сток и гидрологические особенности малых водосборов в Пенсильвании, США. Журнал Американской ассоциации водных ресурсов , 41 (5), 1177–1186. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2005.tb03792.x
• Brutsaert, W. & Nieber, J. L. (1977). Региональные гидрографы засушливых потоков на зрелом ледниковом плато. Исследование водных ресурсов , 13 (3), 637–643.https://doi.org/10.1029/WR013i003p00637
• Чивертон, А., Ханнафорд, Дж., Холман, И., Корстанье, Р., Прюдом, К., Блумфилд, Дж., И Хесс, Т. М. (2015). Какие характеристики водосбора определяют структуру временной зависимости суточного стока рек? Гидрологические процессы , 29, 1353–1369. Https://doi.org/10.1002/hyp.10252
• Кларк, М. П., Рупп, Д.Э., Вудс, Р. А., Тромп-ван Меервельд, Х. Дж., Петерс, Н. Э., и Фрир, Дж. Э. (2009). Согласованность между гидрологическими моделями и полевыми наблюдениями: увязка процессов в масштабе склонов с гидрологическими реакциями в масштабе водоразделов. Гидрологические процессы , 23, 311– 319. https://doi.org/10.1002/hyp.7154
• Корстон, К. (2016). Осведомленность и понимание условий вскрытия льда и наводнений на крупных реках, впадающих в Джеймс и Гудзонов залив в 1989–2015 годах.Министерство природных ресурсов и лесного хозяйства Онтарио, Moosonee.
• Дюроше, М., Рекена, А. И., Берн, Д. Х., и Пеллерин, Дж. (2019). Анализ тенденций годового стока в Северный Ледовитый океан. Гидрологические процессы , 33 (7), 1143–1151. https://doi.org/10.1002/hyp.13392
• Evans, S. G., Ge, S., Voss, C. I., & Molotch, N.П. (2018). Роль мерзлого грунта в прогнозах расхода подземных вод для потепления альпийских водосборов. Исследование водных ресурсов , 54, 1599– 1615. https://doi.org/10.1002/2017WR022098
• Фарволден Р. Н. (1963). Геологический контроль запасов грунтовых вод и основного стока. Journal of Hydrology , 1 (3), 219–249. https://doi.org/10.1016/0022-1694(63)-0
• Федерер, К.А. (1973). Транспирация лесов значительно ускоряет спад рецессии. Исследование водных ресурсов , 9 (6), 1599–1604. https://doi.org/10.1029/WR009i006p01599
• Фиклин, Д. Л., Робсон, С. М., и Кнуфт, Дж. Х. (2016). Воздействие недавнего изменения климата на тенденции базового и ливневого стока в водосборных бассейнах США. Письма о геофизических исследованиях , 43, 5079– 5088. https://doi.org/10.1002/2016GL069121
• Фрэнсис, Дж.А., Ваврус, С. Дж., И Коэн, Дж. (2017). Усиленное потепление в Арктике и погода в средних широтах: новые взгляды на возникающие связи. Междисциплинарные обзоры Wiley: изменение климата , 8 (5), e474.
• Грин Т. Р., Танигучи М., Куи Х., Гурдак Дж. Дж., Аллен Д. М., Хискок К. М., Трейдел Х. и Аурели А. (2011). Под поверхностью глобальных изменений: воздействие изменения климата на грунтовые воды. Journal of Hydrology , 405 (3-4), 532–560. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.05.002
• Холл, Ф. Р. (1968). Спад базового потока: обзор. Исследование водных ресурсов , 4 (5), 973–983. https://doi.org/10.1029/WR004i005p00973
• Хаяси, М., и Розенберри, Д. О. (2001). Влияние обмена грунтовых вод на гидрологию и экологию поверхностных вод. Грунтовые воды , 40, 309–316.
• Иресон, А.М., ван дер Камп, Г., Фергюсон, Г., Нахшон, У., и Уитер, Х.С. (2013). Гидрогеологические процессы в сезонно замерзших северных широтах: понимание, пробелы и проблемы. Hydrogeology Journal , 21 (1), 53–66. https://doi.org/10.1007/s10040-012-0916-5
• Кирхнер, Дж.W. (2009). Водосборы как простые динамические системы: характеристика водосбора, моделирование дождевого стока и обратная гидрология. Исследование водных ресурсов , 45, W02429. https://doi.org/10.1029/2008WR006912
• Курылык, Б. Л., Маккуорри, К. Т. Б., и Маккензи, Дж. М. (2014). Влияние изменения климата на температуру грунтовых вод и почвы в регионах с холодным и умеренным климатом: последствия, математическая теория и новые инструменты моделирования. Обзоры наук о Земле , 138, 313– 334. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2014.06.006
• Ландерер, Ф. В. и Свенсон, С. С. (2012). Точность масштабированных оценок запасов наземной воды GRACE. Исследование водных ресурсов , 48, W04531. https://doi.org/10.1029/2011WR011453
• Lyon, S. W., & Destouni, G. (2010). Изменения свойств рецессионного потока в масштабе водосбора в ответ на таяние вечной мерзлоты в бассейне реки Юкон. International Journal of Climatology , 30, 2138–2145. https://doi.org/10.1002/joc.1993
• Маклафлин, Дж., И Вебстер, К. (2014). Влияние изменения климата на торфяники на крайнем севере Онтарио, Канада: синтез. Исследования Арктики, Антарктики и Альп , 46, 84–102.
• Михаэлис, Л., и Ментен, М. Л.(1913). Die kinetik der invertinwirkung. Biochemische Zeitschrift , 49, 333–369.
• Мур Р. Д., Гамильтон А. С. и Шибек Дж. (2002). Зимняя изменчивость стока, территория Юкон, Канада. Гидрологические процессы , 16, 763–778. https://doi.org/10.1002/hyp.372
• Патнаик, С., Бисвал, Б., Кумар, Д. Н., и Сивакумар, Б.(2018). Региональная вариация экспоненты степенного закона потока рецессии. Гидрологические процессы , 32 (7), 866–872. https://doi.org/10.1002/hyp.11441
• Пазнекас, А., & Хаяси, М. (2016). Вклад грунтовых вод в зимний сток в Канадских Скалистых горах. Canadian Water Resources Journal , 41 (4), 484–499. https://doi.org/10.1080/07011784.2015.1060870
• Perzyna, Г.(1993). Оценка параметров из коротких серий наблюдений за малыми стоками. В G. Perzyna (Ed.), Производное частотное распределение для малых потоков, Dr. Sci. Тезис. Осло: Inst. Geophys., Университет Осло. Часть 3. Университет Осло, Осло
• Ploum, S. W., Lyon, S. W., Teuling, A. J., Laudon, H., & van der Velde, Y. (2019). Влияние заморозков почв на спады стока в субарктическом водосборе. Гидрологические процессы , 1–13.https://doi.org/10.1002/hyp.13401
• Прайс, К. (2011). Влияние топографии водосбора, почв, землепользования и климата на гидрологию базового стока во влажных регионах: обзор. Прогресс в физической географии: Земля и окружающая среда , 35, 465–492. Https://doi.org/10.1177/03011402714
• Риггер, Дж., И Туриан, М. Дж. (2014). Характеристика взаимосвязи стока-накопления с помощью спутниковой гравиметрии и дистанционного зондирования. Исследование водных ресурсов , 50, 3444– 3466. https://doi.org/10.1002/2013WR013847
• Рокая П., Будхатхоки С., Линденшмидт К. Э. (2018). Тенденции в отношении сроков и величины заторов в Канаде. Scientific Reports , 8 (1), 5834. https://doi.org/10.1038/s41598-018-24057-z
• Рупп Д. Э. и Селкер Дж. С. (2006). Информация, артефакты и шум в анализе рецессии dQ / dt-Q. Достижения в области водных ресурсов , 29 (2), 154–160. Https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2005.03.019
• Зайберт Дж. И Меервельд И. (2016). Моделирование гидрологических изменений: проблемы и возможности. Гидрологические процессы , 30, 4966–4971. https://doi.org/10.1002/hyp.10999
• Смахтин В. У. (2001). Гидрология малых потоков: обзор. Гидрологический журнал , 240 (3-4), 147–186.https://doi.org/10.1016/S0022-1694(00)00340-1
• Смит, Л. К., Шенг, Ю., Макдональд, Г. М., и Хинзман, Л. Д. (2005). Исчезающие арктические озера. Наука , 308 (5727), 1429. https://doi.org/10.1126/science.1108142
• Спролес, Э. А., Лейбовиц, С. Г., Рейджер, Дж. Т., Вигингтон, П. Дж. Мл., Фамильетти, Дж. С., и Патил, С. Д. (2015). Гистерезисы накопления-стока GRACE раскрывают динамику региональных водосборов. Гидрология и науки о земных системах , 19 (7), 3253–3272. https://doi.org/10.5194/hess-19-3253-2015
• Stoelzle, M., Stahl, K., Morhard, A., & Weiler, M. (2014). Чувствительность речного стока к сценариям засухи в водосборах с разной геологией. Письма о геофизических исследованиях , 41, 6174–6183. https://doi.org/10.1002/2014GL061344
• Stoelzle, M., Шталь, К., и Вейлер, М. (2013). Действительно ли характерны характеристики спада водотока? Гидрология и науки о земных системах , 17, 817–828. https://doi.org/10.5194/hess-17-817-2013
• Свенсон, С. С. (2012). Ежемесячные сетки наземных водных масс GRACE NETCDF RELEASE 5.0; Вер. 5.0; PO.DAAC: Пасадена, Калифорния, США.
• Свенсон, С.К. и Вар Дж. (2006). Удаление коррелированных ошибок в данных GRACE после обработки. Письма о геофизических исследованиях , 33, L08402. https://doi.org/10.1029/2005GL025285
• Таллаксен, Л. М. (1995). Обзор анализа спада базового потока. Journal of Hydrology , 165 (1-4), 349– 370. https://doi.org/10.1016/0022-1694(94)02540-R
• Тейлор, Р.Г., Скэнлон, Б., Дёлл, П., Роделл, М., ван Бик, Р., Вада, Ю., Лонгевернь, Л., Леблан, М., Фамиглиетти, Дж. С., Эдмундс, М., Коников, Л., Грин, Т. Р., Чен, Дж., Танигучи, М., Биркенс, МФУ, Макдональд, А., Фан, Ю., Максвелл, Р. М., Йехиели, Ю., Гурдак, Дж. Дж., Аллен, Д. М., Шамсуддуха, М., Хискок, К., Йе, PJF, Холман, И., и Трейдел, Х. (2013). Подземные воды и изменение климата. Nature Climate Change , 3 (4), 322–329. https://doi.org/10.1038/nclimate1744
• Томас, Б.Ф., Фогель, Р. М., Кролл, К. Н., Фамильетти, Дж. С. (2013). Оценка постоянной спада базового стока при вмешательстве человека. Исследование водных ресурсов , 49, 7366–7379. https://doi.org/10.1002/wrcr.20532
• Tourian, M. J., Reager, J. T., & Sneeuw, N. (2018). Общие запасы дренируемой воды в бассейне реки Амазонки: первая оценка с использованием GRACE. Исследование водных ресурсов , 54, 3290–3312.https://doi.org/10.1029/2017WR021674
• Troch, PA, Berne, A., Bogaart, P., Harman, C., Hilberts, AGJ, Lyon, SW, Paniconi, C., Pauwels, VRN, Rupp, DE, Selker, JS, Teuling, AJ, Uijlenhoet , R., & Verhoest, NEC (2013). Важность теории гидравлических подземных вод в гидрологии водосбора: наследие Вильфрида Бруцарта и Жан-Ива Парланжа. Исследование водных ресурсов , 49, 5099– 5116.https://doi.org/10.1002/wrcr.20407
• ван Дейк, А. И. Дж. М. (2010). Факторы климата и местности, объясняющие реакцию речного стока и спад в водосборных бассейнах Австралии. Гидрология и науки о земных системах , 14 (1), 159–169. https://doi.org/10.5194/hess-14-159-2010
• Фогель Р. М. и Кролл К. Н. (1992). Региональные геогидролого-геоморфологические зависимости для оценки статистики меженного стока. Исследование водных ресурсов , 38 (9), 2451–2458.
• Вар Дж., Свенсон С. и Великогна И. (2006). Точность оценки массы GRACE. Письма о геофизических исследованиях , 33, L06401. https://doi.org/10.1029/2005GL025305
• Уолвоорд, М. А., и Курылык, Б. Л. (2016). Гидрологические последствия таяния вечной мерзлоты — обзор. Журнал зоны Вадосе , 15, 1–20.https://doi.org/10.2136/vzj2016.01.0010
• Ван С., Хуанг Дж., Ли Дж., Ривера А., МакКенни Д. В. и Шеффилд Дж. (2014). Оценка водного баланса шестнадцати крупных водосборных бассейнов Канады. Гидрологический журнал , 512, 1–15. Https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.02.058
• Ван С. и Ли Дж. (2016). Климатология наземных водохранилищ Канады по данным спутниковых наблюдений GRACE в 2002–2014 гг. Канадский журнал дистанционного зондирования , 42, 190–202. Https://doi.org/10.1080/07038992.2016.1171132
• Ван, С., Пан, М., Му, К., Ши, X., Мао, Дж., Брюммер, К., Джассал, Р.С., Кришнан, П., Ли, Дж., И Блэк, Т.А. ( 2015). Сравнение суммарного испарения на основе измерений ковариации вихрей, баланса воды, дистанционного зондирования и моделей земной поверхности над Канадой. Гидрометеорологический журнал , 16, 1540–1560. https: // doi.org / 10.1175 / JHM-D-14-0189.1
• Ван С. и Рассел Х. (2016). Прогнозирование наводнений, вызванных таянием снегов, с использованием спутниковых данных GRACE: тематическое исследование для водосбора Красной реки. Канадский журнал дистанционного зондирования , 42, 203–213. Https://doi.org/10.1080/07038992.2016.1171134
• Ван С., Янг Ю. и Ривера А. (2013). Пространственные и сезонные колебания фактического суммарного испарения над сушей Канады. Гидрология и науки о земных системах , 17, 3561–3575. https://doi.org/10.5194/hess-17-3561-2013
• Ван С., Чжоу Ф. и Рассел Х. А. Дж. (2017). Оценка снежной массы и пикового стока реки в бассейне реки Маккензи с использованием спутниковых наблюдений GRACE. Дистанционное зондирование , 9, 256. https://doi.org/10.3390/rs56
• Чжан Ю., Ван С., Барр, А.Г., и Блэк, Т.А. (2008). Влияние снежного покрова на температуру почвы и его моделирование в модели EALCO. Наука и технологии холодных регионов , 52, 355– 370. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2007.07.001

Летняя омывающая жидкость замерзает?

Летняя жидкость для стеклоочистителей может ЗАМЕРЗАТЬ теперь, когда температура опускается ниже 32 градусов, что может вызвать повреждение вашего насоса стеклоочистителя или резервуара .Использование этой жидкости зимой также опасно, потому что она может мгновенно заморозить к вашему лобовому стеклу , создавая ледяной покров и ухудшая ваше зрение.

Щелкните, чтобы увидеть полный ответ.

Кроме того, можно ли летом использовать зимнюю омывающую жидкость?

Да, вы, , можете смешивать их, это просто снизит эффективность вашей зимней жидкости . Например. Если у вас есть -40c Winter Fluid и вы смешиваете его половину с вашей Summer Fluid , тогда у вас , вероятно, получится жидкость , которая имеет сопротивление замерзанию -20c.

Аналогичным образом, как узнать, замерзла ли омывающая жидкость? Если ваша жидкость вообще не распыляется, а на форсунках нет снега, то это хороший признак того, что резервуар для жидкости либо пустой, либо замерзший . Последнее плохо, потому что может треснуть ваш танк. Лучший способ проверить — просто заглянуть под капот и увидеть , если резервуар пуст.

Может ли замерзнуть жидкость для стеклоочистителя?

В зависимости от типа жидкости , которая была залита в ваш резервуар, она может застыть , если температура упадет достаточно низко.Некоторые из них имеют точки замерзания точки -20 ° F, -27 ° F, -40 ° F или даже до -50 ° F. Эта омывающая жидкость содержит спирт, который значительно снижает точку замерзания омывающей жидкости .

Можно вместо омывающей жидкости заливать воду?

Разработана для удаления грязи и насекомых, жидкость для омывателя ветрового стекла представляет собой смесь растворителя, моющего средства и антифриза. При добавлении воды дистиллированную воду рекомендуется смешивать с промывочной жидкостью , поскольку водопроводная вода часто содержит минералы, которые могут забивать форсунки омывателя и оставлять отложения на стекле.

Холодостойкость насекомых и других членистоногих [и обсуждение] на JSTOR

Абстрактный

Членистоногие, как пойкилотермы, приспосабливаются к холодным условиям различными способами, включая расширение двигательной активности до низких температур, повышение скорости метаболизма и поддержание положительного энергетического баланса, когда это возможно. Экологические последствия для многих таких животных заключаются в продлении жизненного цикла и необходимости перезимовки особи несколько раз.Продолжительные отрицательные температуры увеличивают риск замерзания тканей, поэтому были разработаны две основные стратегии: во-первых, предотвращение замерзания путем переохлаждения, а во-вторых, устойчивость к внеклеточному льду. В первой стратегии замораживание неизменно приводит к летальному исходу, и обширное переохлаждение (до -30 ⚬C и ниже) происходит за счет устранения или маскировки потенциальных зародышеобразователей льда в организме и накопления криозащитных веществ, таких как многоатомные спирты и сахара. Такие виды называют нетерпимыми к замораживанию.Вторая стратегия, толерантность к замораживанию, необычна для членистоногих и других беспозвоночных и обычно возникает на одной стадии жизни вида. Замораживанию жидкости во внеклеточном пространстве способствуют белковые нуклеаторы льда. Следовательно, замораживание является защитным действием, и летальная температура значительно ниже точки переохлаждения у устойчивых к замораживанию людей, тогда как у большинства видов, не переносящих замерзание, она близка к точке переохлаждения или находится на ее уровне. Белки также действуют как антифризы у насекомых обеих стратегий, создавая тепловой гистерезис за счет снижения точки замерзания гемолимфы неколлигативным образом, не влияя на температуру точки плавления.На этом фоне обсуждаются недавние исследования и разработки в области толерантности к холоду членистоногих, и предлагается более широкий подход, чем до сих пор, который объединяет экологическую информацию с физиологическими данными.

Информация об издателе

Королевское общество — это самоуправляемое товарищество многих самых выдающихся ученых мира, представляющих все области науки, техники и медицины, и старейшая научная академия, которая постоянно существует.Основная цель Общества, отраженная в его учредительных документах 1660-х годов, заключается в признании, продвижении и поддержке передового опыта в науке, а также в поощрении развития и использования науки на благо человечества. Общество сыграло роль в некоторых из самых фундаментальных, значительных и изменяющих жизнь открытий в истории науки, и ученые Королевского общества продолжают вносить выдающийся вклад в науку во многих областях исследований.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Taco Bell — Лето наступило рано. Арбузная заморозка — это …

Во Христе — Тайное место Всевышнего
Псалом 91 Версия короля Иакова (KJV)
91 Тот, кто обитает в тайном месте Всевышнего, пребудет под тенью Всевышнего.
Колоссянам 1:27
Кому Бог хотел бы открыть, какое богатство славы этой тайны среди язычников; который есть Христос в вас, надежда славы:

Давид сказал, что если бы вы жили в Тайном Месте Всевышнего, мы бы Пребывали или Жили Под Тенью Всемогущего. Тайное место — это пребывание во Христе, а тайна Бога — это Христос в вас, надежда славы !! Иисус сказал, что мы пребываем или живем в союзе с ним, как ветвь пребывает в живом союзе с лозой Иисусом.Слово «пребывать» означает «жить», «жить в». Мы живем, пребываем во Христе, а Он в нас.
Иоанна 15: -5 Версия короля Якова (KJV)
4 Пребудьте во Мне, и Я в вас. Как ветвь не может приносить плода сама по себе, кроме как 4 пребудьте во мне, и я в вас. Как ветвь не может приносить плода сама по себе, если не пребывает на виноградной лозе; вы больше не сможете, если не пребудете во Мне.
5 Я — виноградная лоза, а вы — ветви. Кто пребывает во Мне, и Я в нем, тот приносит много плода; ибо без Меня вы ничего не можете сделать.
Целью Иисуса Смерти Воскресения было простить нам наши грехи и воссоздать Нас, дав нам Зою жизнь и поместив нас в живой союз с Ним. Пребывание — это живой союз. Мы живем под тенью Вседержителя во Христе!

Колоссянам 3: 1-4 Версия короля Иакова (KJV)
3 Итак, если вы воскреснете со Христом, ищите того, что наверху, где Христос сидит одесную Бога.
2 Обращайте внимание на то, что наверху, а не на земное.
3 Ибо вы мертвы, и жизнь ваша сокрыта со Христом в Боге.
4 Когда явится Христос, жизнь наша, тогда и вы явитесь с Ним во славе.
Мы умерли с Иисусом, наша жизнь сокрыта в тайном месте, мы во Христе, в Боге, под Его тенью, Иисус — наша жизнь!

2 Скажу от Господа: Он прибежище мое и крепость моя; Бог мой; в него я буду доверять.
Евреям 6: 17-19 Версия короля Якова (KJV)
17 В котором Бог, желая с большей полнотой явить наследникам обетования неизменность Своего совета, подтвердил его клятвой:
18 То, что двумя непреложными вещами, в которых Бог не мог солгать, мы могли бы получить сильное утешение, которые бежали в поисках убежища, чтобы ухватиться за надежду, предстающую перед нами. входит в то, что за завесой;
Мы бежали в убежище во Христе, и эта надежда привязывает наши души к Иисусу, который вошел за завесу в Небесные места, восседая по правую руку от Небесного Отца.Наш Бог — Иисус, наше прибежище, мы в Нем, во Христе! Иисус — Истинный Бог и Вечная Жизнь!
1 Иоанна 5:20
И мы знаем, что Сын Божий пришел и дал нам разумение, чтобы мы познали Истинного, и мы в Истинном, в Сыне Его Иисусе Христе. Это истинный Бог и вечная жизнь.

3 Он избавит тебя от сетей ловца птиц и от ядовитой язвы.
4 Он покроет тебя перьями своими, и ты будешь уповать под крылья его; истина его будет твоим щитом и щитом.
Колоссянам 1: 13-14 Версия короля Иакова (KJV)
13 Который избавил нас от власти тьмы и перевел нас в царство Своего дорогого Сына:
14 В Котором мы имеем искупление через Его кровь, даже прощение грехов:
Галатам 3:13 Версия короля Иакова (KJV)
13 Христос избавил нас от проклятия закона, сделавшись проклятием за нас: ибо написано: проклят всякий, висящий на дереве.

5 Не бойся ужаса ночью; ни стрелы, летящей днем;
6 ни язвы, ходящей во тьме; ни для разрушения, которое разоряется в полдень.
7 Тысяча падет сбоку от тебя и десять тысяч по правую руку твою; но он не приблизится к тебе.
8 Только глазами твоими будешь созерцать и видеть возмездие нечестивым.
9 за то, что Ты сделал Господа, прибежище мое Всевышний, жилищем твоим;
10 Не случится с тобою зла, и язва не приблизится к жилищу твоему.
Colossians 2: 9-11 King James Version
9 Ибо в Нем обитает вся полнота Божества телесно.
10 И вы полны в Нем, Который есть глава всякого начальства и власти:
2 Thessalonians 3: 3
Но верен Господь, Который укрепит вас и сохранит от лукавого
11 ибо Он даст Ангелов Своих заряжайся над тобою, чтобы охранять тебя на всех путях твоих.
12 Они поднимут тебя на руках, дабы ты не разбил ногу твою о камень.
Hebrews 1:14
Не все ли они служебные духи, посланные на служение для наследников спасения?
Всевышний — это наша обитель, мы полны в Нем, Господь избавит нас от всего зла. Ангелы несут ответственность за нас, они служат нам, наследникам спасения. Они несут нас на руках. Он нас укрепляет.
13 Попирай льва и гадюку; попирай молодого льва и дракона ногами.
Luke 10:19
Вот, Я даю вам власть наступать на змей и скорпионов и на всю силу врага, и ничто не причинит вам вреда.

Во Христе у нас есть власть наступать на змей, скорпионов и всю силу дьявола. Во Имя Иисуса мы изгоняем бесов.
14 За то, что он возлюбил меня, избавлю его; поставлю его на высоту, потому что он познал имя мое.
Ефесянам 2: 4-6 Версия короля Якова (KJV)
4 Но Бог, богатый милосердием, за свою великую любовь, которой Он возлюбил нас,
5 Даже когда мы были мертвы во грехах, оживил нас вместе со Христом, (благодатью вы спасены;)
6 И воскресил нас вместе, и посадил вместе на небесах во Христе Иисусе:
15 Он призовет меня, и я отвечу ему: буду с ним в беде ; Я избавлю его и прославлю
Romans 10:13
Ибо всякий, кто призовет имя Господне, спасется ему.

Hebrews 9:12
Ни кровью козлов и тельцов, но своей кровью вошел однажды во святое место, получив за нас вечное искупление.
Мы призвали Имя Господа Иисуса и были спасены. У нас есть Искупление, Избавление Его Кровью, Мы ожили, оживились с Зоей, воскресили и усадили с Иисусом на Небесах во Христе!

16 Долголетием насыщу его и явлю ему спасение Мое
Romans 10:10 King James Version (KJV)
10 Ибо сердцем человек верует к праведности; и устами исповедуется ко спасению.
Ефесянам 2: 7 Дабы в грядущие века явить несметное богатство благодати Своей в милосердии к нам через Христа Иисуса.

У нас есть спасение во Христе, нам было показано Его Спасение и мы были спасены. Нам показывают богатство нашего наследия во Христе Иисусе!


Влияние арктического морского льда на энергетический баланс Арктики и на климат средних широт Севера

Облачность

В наших экспериментах по чувствительности облачный покров, вертикально интегрированное жидкое содержание воды и вертикально интегрированное содержание льда (рис.4) незначительное уменьшение летом, возможно, из-за несколько меньшего потока скрытого тепла над Северным Ледовитым океаном в этом сезоне (рис. 5). Это позволяет большему количеству поступающего коротковолнового излучения достигать поверхности.

Фиг.4

a Общая облачность [%], b вертикально интегрированная жидкая вода [г / кг] и c вертикально интегрированная льдистость [г / кг], усредненная по 70–90 ° с.ш., как климатологические среднемесячные значения с 1960 по 2000 год. Сплошная линия эталонный эксперимент, пунктирная линия эксперимент с уменьшенным льдом, пунктирная линия эксперимент без льда

Фиг.5

Скрытый поток тепла [Вт / м ² ] над Арктикой и средними северными широтами как климатологические сезонные средние для зимы 1960–2000 годов из эталонного эксперимента , b разница в скрытом тепловом потоке [Вт / м ² ] без льда минус контрольный эксперимент для зимы 1960–2000 гг., c разница в скрытом тепловом потоке [Вт / м ² ] без льда минус контрольный эксперимент для зимы 1960–2000 годов. d — f то же, что a — c , но для весны 1960–2000, g — i на лето 1960–2000 и j — l на осень 1960–2000

Зимой и ранней весной облачный покров немного увеличивается в эксперименте IR до 2%, тогда как в эксперименте IF он сильно уменьшается примерно на 10%.Здесь могут конкурировать два эффекта: более сильное испарение из-за более высокой температуры поверхности и менее стабильная ситуация, приводящая к большему перемешиванию и меньшему количеству облаков, индуцированных инверсией. Кроме того, могут играть роль изменения кровообращения. Точно так же вертикально интегрированная льдистость увеличивается в эксперименте IR, а в эксперименте IF она уменьшается зимой и ранней весной. Однако вертикально интегрированное содержание воды увеличивается в эксперименте IR и тем более в эксперименте IF.Это означает, что соотношение содержания жидкости и льда в облаках не сильно меняется в ИК-эксперименте, в то время как оно явно изменяется в сторону большей доли жидкой воды в IF-эксперименте из-за сильного повышения температуры. Таким образом, оптическая толщина облаков остается в основном неизменной в ИК-эксперименте, в то время как облака становятся оптически толще в ИК-эксперименте зимой и ранней весной.

Поздней весной и осенью облачный покров в экспериментах по чувствительности меньше, чем в контрольном эксперименте, при этом немного больше жидкой воды и меньше льда, что делает облака оптически толще в обоих экспериментах по чувствительности в эти сезоны.

Энергетический бюджет

Как и ожидалось, компоненты баланса поверхностной энергии (Таблица 4) и баланса энергии TOA (Таблица 5) существенно изменились в наших экспериментах по чувствительности IR и IF по сравнению с эталонным экспериментом REF. Сравнивая ИК с моделированием REF, как чистая поверхность, так и суммарное коротковолновое излучение TOA увеличиваются на 24–37 Вт / м ² весной и летом из-за сильно уменьшенного морского ледяного покрова (рис. 1, 2), уменьшение облачности и связанное с этим уменьшение альбедо поверхности и планет.В моделировании ПЧ это увеличение составляет до 44 Вт / м ² весной. Осенью и зимой изменения в поверхности и чистом коротковолновом излучении TOA невелики, потому что поступающее коротковолновое излучение мало или отсутствует.

Таблица 4 Составляющие баланса поверхностной энергии, усредненные по территории к северу от 70 ° с.ш. Таблица 5 Компоненты баланса энергии верхней границы атмосферы, усредненные по области к северу от 70 ° с.ш.

Чистая длинноволновая радиация поверхности и общего TOA немного более отрицательна во все сезоны, кроме лета, когда температура поверхности почти не изменяется в экспериментах по чувствительности по сравнению с REF.В зимний сезон эксперимента IF наблюдается существенное изменение в сторону более сильных отрицательных значений на 23 Вт / м ² в чистом длинноволновом излучении поверхности и 20 Вт / м ² в чистом длинноволновом излучении TOA.

Поверхностные потоки явного и скрытого тепла обычно немного сильнее направлены вверх в ИК-диапазоне по сравнению с моделированием REF. В моделировании ПЧ эти изменения больше, особенно зимой. Сильные изменения в эксперименте IF по сравнению с экспериментом REF зимой ожидаются из-за сильно увеличенной температуры поверхности в этом эксперименте.

Описанные изменения поверхностных радиационных и турбулентных потоков в экспериментах на чувствительность по сравнению с экспериментом REF приводят к более положительным значениям бюджета весной и летом и более отрицательным — осенью и зимой. Среднегодовая потеря энергии с поверхности земли (моря и суши) в атмосферу уменьшается на 7 Вт / м ² в ИК-диапазоне по сравнению с экспериментом REF и увеличивается на 8 Вт / м ² в IF по сравнению с REF эксперимент.

Также в TOA моделируются более положительные значения бюджета в наших экспериментах на чувствительность весной и летом и более отрицательные — осенью и зимой.В TOA потеря энергии уменьшается примерно на 10 Вт / м ² в обоих экспериментах по чувствительности, усредненных за год.

Для экспериментов IR и IF среднегодовое общее теплосодержание арктической атмосферы в начале и в конце моделирования очень похоже на эксперимент REF (Таблица 3). Таким образом, можно сделать вывод, что 96 Вт / м ² переносятся из средних широт через 70 ° северной широты в ИК эксперименте и 82 Вт / м ² в эксперименте IF, 4 и 18 Вт / м ^{2 На} меньше, чем в эксперименте REF.

Крупномасштабная циркуляция

В то время как на энергетический баланс сильно влияют предписанные поверхностные изменения наших экспериментов по чувствительности во все сезоны, крупномасштабная циркуляция показывает самые сильные изменения зимой и самые слабые летом.

Зимой и весной отрицательные аномалии среднего давления на уровне моря наблюдаются над морскими акваториями Западной Арктики и положительные аномалии над восточно-континентальной Арктикой (рис. 6). Аномалии сильнее зимой по сравнению с весной и в IF по сравнению с IR.Среднее давление на уровне моря снижается на 6 гПа к северу от Гренландии и увеличивается на 4 гПа над Северной Норвегией и над Сибирью зимой в эксперименте IF по сравнению с экспериментом REF. Летом моделируются лишь незначительные перепады до 1 гПа с положительными аномалиями над Центральной Арктикой. В эксперименте IF моделируются незначительные отрицательные аномалии к югу от Алеутских островов, над некоторыми частями Сибири и к северу от Великобритании.

Рис. 6

Среднее давление на уровне моря [гПа] над Арктикой и средними северными широтами как климатологические сезонные средние для зимы 1960–2000 гг. Из эталонного эксперимента , b средняя разность давлений на уровне моря [гПа] эксперимент без льда минус контрольный эксперимент для зимы 1960–2000 гг., c средний перепад давления на уровне моря [гПа] без льда минус контрольный эксперимент для зимы 1960–2000 годов. d — f то же, что a — c , но для весны 1960–2000, g — i на лето 1960–2000 и j — l на осень 1960–2000

Осенью реакция гораздо более симметрична, чем зимой и весной. Асимметричный отклик зимой и весной и симметричный отклик осенью, вероятно, связаны с воздействием температуры поверхности. Зимой и весной положительное воздействие температуры поверхности сильно не только в Центральной Арктике, но и в Гудзоновом заливе и на Канадском архипелаге (рис.3). Осенью положительное воздействие приземной температуры более симметрично и сосредоточено в Центральной Арктике. Это воздействие приводит к увеличению потоков явного и скрытого тепла вверх (рис. 5). Поэтому зимой и весной в Западной Арктике может образоваться поверхностный желоб, а осенью — в Центральной Арктике. Летом незначительное уменьшение восходящих потоков скрытого тепла при незначительном изменении потоков явного тепла над открытой водой приводит к обратному эффекту в Центральной Арктике.

Геопотенциальная высота увеличивается на 40 м в Восточной Арктике в IR по сравнению с REF и на 80 м в экстремальном эксперименте IF (рис.7). Весной сигнал несколько слабее (30 м в ИК и 60 м в ПЧ) и больше смещен от Северного полюса в сторону побережья Сибири. Увеличение геопотенциальной высоты над всей Арктикой можно объяснить повышением температуры в нижней тропосфере, а смещение максимума в сторону побережья Сибири — аномалией давления на среднем уровне моря. Летом и осенью изменения обычно невелики (10 м, за исключением эксперимента IF осенью: 30 м), и увеличение геопотенциала сосредоточено в Центральной Арктике, за исключением эксперимента IF летом, где увеличение геопотенциала смещено в сторону Аляски.

Рис. 7

Геопотенциальная высота 500 гПа [м] над Арктикой и средними северными широтами как климатологические сезонные средние для зимы 1960–2000 гг. Из эталонного эксперимента , b разница в геопотенциальной высоте 500 гПа [м ] Обледенение минус эталонный эксперимент для зимы 1960–2000 гг., c разница в геопотенциальной высоте 500 гПа [м] Свободный ото льда минус эталонный эксперимент для зимы 1960–2000 гг. d — f то же, что a — c , но для весны 1960–2000, g — i на лето 1960–2000 и j — l на осень 1960–2000

На рис. 8 показаны усредненные по зонам сечения реакции Северного полушария на изменение условий морского льда и температуры поверхности в зимний период.Отклик геопотенциальной высоты присутствует во всей арктической тропосфере и увеличивается с увеличением высоты. Это связано с повышенной температурой тропосферы в Арктике, которая наиболее выражена вблизи поверхности, но все еще составляет около 1 ° C в ИК-диапазоне и 2 ° C в эксперименте IF при 600 гПа. Моделируется ослабление ячеек циркуляции с более высоким геопотенциалом в Арктике, меньшим западным ветром в северных средних широтах и ​​в некоторых частях Арктики, меньшим восточным течением в субтропиках, а также меньшим вертикальным движением.Относительное адиабатическое охлаждение из-за аномалий восходящего движения может иметь место, что можно увидеть около 40–50 ° с.ш. в средней тропосфере.

Рис. 8

Усредненные по зонам сечения разностей геопотенциальной высоты [м] для a безо льда минус эталонный эксперимент и b безледный минус эталонный эксперимент в качестве климатологического средства для зимы 1960–2000 гг. c , d то же, что a , b , но для температуры [° C], e , f то же самое, что a , b , но для зонального ветра [м / с].Интервалы между контурами 5 м ( a ), 20 м ( b ), 0,2 ° C дюйма ( e ), 0,5 ° C дюйма ( f ). Контурные линии в c и d при −0,2, −0,1, 0, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5, 10 и 20 м / с

Поверхностный климат в средних широтах Севера

Хотя самые сильные различия между экспериментами по чувствительности и эталонным экспериментом наблюдаются в Арктике, существенные изменения также происходят в средних широтах Севера.Температура поверхности (рис. 3) выше во всех прибрежных районах, окружающих Северный Ледовитый океан, в обоих экспериментах по чувствительности по сравнению с REF. Различия наиболее сильны зимой и самые слабые летом и сильнее в IF, чем в IR. Они составляют до 10 ° C зимой в моделировании IF над Восточной Сибирью и Канадским архипелагом и до 2 ° C летом в моделировании IR над теми же районами. В то время как зимой, весной и осенью различия вызваны меньшей адвекцией холодного воздуха из-за воздействия температуры поверхности в соседнем районе Северного Ледовитого океана, летом Северный Ледовитый океан имеет аналогичную температуру поверхности в трех моделях, и различия могут быть вызваны более теплым температура почвы.

Примечательно, что в Европе эксперименты по чувствительности показывают, что приземные температуры сходны с REF во все сезоны, в то время как на приземную температуру в Северной Америке и Сибири больше влияет более теплая температура поверхности Арктики. Причина в том, что Европа находится под сильным влиянием ТПМ Северной Атлантики, которая не изменилась в экспериментах по чувствительности, в то время как Северная Америка и Сибирь представляют собой более значительные участки суши. Зимой более холодная приземная температура моделируется в ИК-диапазоне по сравнению с REF в некоторых частях Восточной Европы, возможно, из-за менее выраженного западного потока и, следовательно, меньшего переноса тепла из Северной Атлантики.

Экстремальные холода зимой, как правило, менее интенсивны в ИК и ПЧ по сравнению с REF на большей части средних северных широт. В Канаде есть большие регионы, в которых 1-й процентиль средней дневной температуры на 2 м зимой повышается более чем на 2 ° C в ИК и более чем на 5 ° C в IF (рис. 9). Это неудивительно, поскольку в ситуациях с северным течением воздуха адвектируется меньше холодного воздуха из-за предписанных более высоких температур поверхности в Арктике. Изменения 50-го процентиля менее выражены и ограничиваются областями, близкими к тем, где применяется поверхностное воздействие.Примечательно также то, что в некоторых регионах Центральной и Восточной Европы имитируется снижение 1-го и 50-го процентилей средней дневной температуры на 2 м, особенно в ИК-моделировании, что может быть связано с более высокой частотой адвекции континентальных воздушных масс при уменьшении среднего значения на западе. поток.

Рис. 9

Разница в 1-м процентилях среднесуточной 2-метровой температуры [° C] зимой 1960–2000 годов над Арктикой и северными средними широтами a уменьшенный лед минус эталонный эксперимент и b лед- бесплатный минус эталонный эксперимент. c , d то же, что a , b , но для 50-го процентиля

Моделируется меньше зимних осадков в субарктических регионах, таких как северо-восточная Атлантика, части Центральной и Восточной Европы и Аляска, а также в Беринговом море (рис. 10). Здесь сильно увеличенные потоки явного и скрытого тепла над Арктикой (таблица 4; рис. 5b, c) приводят к изменениям вертикальной циркуляции в сторону более восходящего движения над Арктикой и более нисходящего движения над прилегающими территориями и, следовательно, к региональному смещению осадки от субарктики до Арктики.Сильное уменьшение количества осадков над северо-восточной Атлантикой, кроме того, вызвано меньшей адвекцией холодного воздуха и, следовательно, меньшей конвекцией из-за аномального южного / юго-западного течения в этой области (рис. 6b, c). Весной сигнал о меньшем количестве осадков ограничивается участками, близкими к приложенному форсированию. Летом и осенью четкого сигнала не видно.

Рис. 10

Осадки [мм / день] над Арктикой и средними северными широтами как климатологические сезонные средние для зимы 1960–2000 гг. Из эталонного эксперимента , b изменение количества осадков [%] уменьшение количества льда по сравнению с эталонный эксперимент для зимы 1960–2000 гг., c изменение осадков [%] без льда по сравнению с эталонным экспериментом для зимы 1960–2000 гг. d — f то же, что a — c , но для пружины

.