声学信号可以用于有效地监测冰川径流,并为现有方案提供更便宜、更方便的替代方案。
冰川一直在以惊人的速度融化和萎缩,导致海平面上升并引发洪水爆发。科学家们正在监测这一变化,以衡量融水对全球海洋和淡水资源的贡献,同时也在密切关注冰川洪水带来的风险。然而,冰川水文监测并不是每个国家都能负担得起的奢侈品。这个过程要么需要观察者付出大量努力,要么需要拥有大量数据的复杂技术。
由叶夫根尼·波多尔斯基(Evgeny A. Podolskiy)领导的北海道大学科学家团队提出了一种安全、经济和有效的方法,利用冰川径流现场产生的声音来监测冰川排放。该方法发表在《地球物理研究快报》期刊上,不仅比最新的方法便宜100倍,而且是非侵入性的,快速且易于部署的,可以成为长期冰川监测的工具。
先前的研究,包括该团队的研究,将听不见的(次声)信号与冰川径流联系起来,注意记录的日常变化和夏季的高峰。据推测,这些信号可能是由冰川径流产生的气压波辐射产生的。因此,有人建议可以通过分析冰川融化发出的可听声音来测量冰川排放。
在所提出的方法中,在冰川附近的避风位置(右下角,大岩石下方)部署一个声学传感器,以连续记录声音,是一个更容易和更简单的过程。
研究小组在格陵兰岛的Qaanaaq冰川进行了首次近源研究,该研究显示声学噪声水平与冰川放电成正比,具有易于检测的昼夜模式。“环境声音可以被描述为咆哮的水的持续嗡嗡声,任何走在白水附近的人都会很熟悉,”波多尔斯基说。
为了记录环境声景,该团队在Qaanaaq冰川的终点附近部署了一台市售的鸟鸣录音机。“我们通过水深和流速测量来估计冰川排放,这些测量是在冰川溪流的交叉点和Qaanaaq与当地机场之间的道路的交叉点收集的。分析了声学数据,然后将结果与放电交叉关联,以挑选出最适合冰川流的频带。“Podolskiy解释道。
在50-375Hz的频率范围内,相关性最高。科学家们还发现,噪音水平明显模仿了径流的时间变化。此外,他们观察到声音信号是在放电发生相应变化前50分钟记录的。
显示声学信号(黑色)与测量的冰川前放电(红色)之间的相关性的图表
该研究表明,可听声音信号可用于远程和连续地感知冰川水文变化。该方法降低了仪器丢失的风险,并且不需要前卫的数据处理技术。虽然它不能提供目前使用的光纤工具的高空间分辨率,但它在经济性和整体简单性方面开辟了新天地。该方法可用于建立预警系统,及时发现冰川湖溃决等事件,帮助缓解冰川洪水事件。
研究小组承认,冰川流域的声放电关系可能很复杂。未来的努力可能会用于长期监测,分辨可听见和听不见声音之间的关系,以及评估风的干扰影响。