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2022年6月13日

那棵树上有雪吗? 公民科学有助于揭示雪对夏季供水的影响

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森林中的树木. 树木被大雪覆盖着.

188金宝搏下载址研究人员创建的一个公民科学项目中, 参与者观看了来自科罗拉多州和华盛顿州的延时照片,并标记了树枝上有雪时拍摄的照片. 这里显示的是一个延时图像从相机上 AmeriFlux塔 在科罗拉多州的尼沃特岭. 此映像存档在 PhenoCam网络 这是公民科学家在这个项目中分析的图像之一.AmeriFlux塔

山上落下的雪不仅仅是用来滑雪的, 雪鞋和令人惊叹的景色. 它产生的积雪最终会融化, 这些水可以用于水力发电, 灌溉和饮用水.

研究人员希望根据积雪来预测今年晚些时候188金宝搏下载址能获得多少水. 但在森林地区,树木会影响计算. 当飘落的雪花被树木拦截时, 有时它永远不会落到地面上, 目前的模型很难预测会发生什么.

为了改进模型并调查这些被拦截的雪发生了什么, 188金宝搏下载址的研究人员创建了一个公民科学项目 雪测位仪. 参与者观看了来自科罗拉多州和华盛顿州的延时照片,并标记了树枝上有雪时拍摄的照片. 这些信息让188金宝搏下载址第一次看到了雪树之间的相互作用在不同气候下是如何变化的,以及这将如何影响对夏季水供应的预测.

这个团队 这些研究结果发表 5月18日在AGU水资源研究.

“We, 作为滑雪者或雪上爱好者, 科罗拉多的雪和华盛顿的雪是完全不同的. 但, 直到现在, 目前还没有一种简单的方法来观察这些差异在树冠上是如何发挥作用的,第一作者说。 卡西Lumbrazo她是188金宝搏下载址土木与环境工程专业的博士生. “这个项目利用志愿者来获得188金宝搏下载址这些差异的一些确凿数据. 另一个好处是,它向188金宝搏下载址的志愿者介绍了研究是如何进行的,以及雪水文学是什么.”

有三种可能的情况下,雪被树木捕捉. 它可能会以雪的形式落到地面,增加目前的积雪. 它可能会被吹走,变成水蒸气,因此不会增加任何积雪. 或者雪会融化,滴到地上, 哪一个, 视情况而定, 可能增加也可能不增加积雪的总水量.

目前描述这些过程的数学模型的一个问题是,研究人员不知道时间——一年的过程, 树上多久下一次雪, 然后发生了什么? 以及这个时间在不同的气候条件下是如何变化的.

但延时相机可以通过每小时拍摄照片来记录偏远地区发生的事情, 多年来的每一天, 创建一个巨大的图像数据集.

这就是公民科学家的用武之地. 雪测位仪给志愿者们看了一张照片,上面的问题是:“树枝上有雪吗??然后,志愿者们选择“是”、“不是”、“不确定”或“天很黑”,然后再看下一张照片.

使用雪测位仪, 共6个,700名公民科学家扫描了13,来自美国西部多个地点的600张图片. 研究小组将研究重点放在四个地点:霍珀山, Washington; Niwot Ridge, 科罗拉多州; 和 two different sites in Gr和 Mesa, 科罗拉多州.

当项目开始的时候, 我认为没有人真的知道它会有多成功,”Lumbrazo说, 他目前在挪威做研究 山谷奖学金 & 斯堪的纳维亚交流项目. “但公民科学家处理它的速度太快了,188金宝搏下载址一直没有图像供人们分类. 188金宝搏下载址收到的反馈是这个任务真的很轻松. 公民科学家可以在动物宇宙应用程序中调出这些照片,他们可以坐在沙发上快速浏览.”

显示森林照片的截图. 有一只大鸟在一棵树上. 在截图的底部,有人在问这只鸟是不是北方苍鹰.

公民科学家经常参与他们分类的照片, 例如, 找出出现在画面里的动物. 这里显示的是一个参与者的截图,他指出图片右下角有一只鸟.Screenshot: 188金宝搏下载址; image from the AmeriFlux塔

每张照片都有9到15名不同的志愿者进行分类, 95%到98%的志愿者表示同意. 从那里, 研究人员可以拼凑出每个地点一年中树上的雪是什么样子的.

188金宝搏下载址的数据物理地显示了雪的不同,”Lumbrazo说. “你可以看到华盛顿的雪是如何粘在树冠上,永远不会离开, 你在雪地上滑雪是什么感觉. 与科罗拉多州的降雪不同,那里经常下雪,但被风吹走了. 干燥多尘.”

研究人员使用这个数据集来评估当前的降雪模型. 然而,有一个限制是,目前该团队只知道什么时候树上有雪. 这个方法没有说明树上有多少雪, 另一个组件需要使模型变得更好.

“但一个不存在的限制是愿意处理这些图像的公民科学家的数量,”Lumbrazo说. “188金宝搏下载址为学生们签下了无数的志愿时间, 他们甚至会就某些图像进行一些很棒的讨论,这就变成了更科学的对话.”

除了, 这些志愿者生成的数据集将来可以用来训练机器学习算法对图像进行分类, 研究小组称.

看到一个 近期相关研究论文 从团队.

研究人员正在努力扩大他们的图像数据集,包括来自世界各地的照片,这样他们就可以继续了解不同的气候和降水模式如何影响积雪, 这也将有助于使模型更准确.

其他的合作者 安德鲁·班尼特威廉“瑞恩”的制革匠, both of whom completed this research as 188金宝搏下载址 civil 和 environmental engineering doctoral students; 和 巴特Nijssen杰西卡伦德奎斯特两人都是188金宝搏下载址土木和环境工程教授. 雪地探测者是由 马克斯不好, 是谁作为188金宝搏下载址土木与环境工程专业的本科生开始了这个项目. 这项研究由美国国家科学基金会和史蒂夫和西尔维娅·伯吉斯捐赠的总统奖学金资助.

欲了解更多信息,请联系Lumbrazo,他目前在中欧时间,在 lumbraca@uw.edu.

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