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積雪水文学は、水文学の分野における科学的研究であり、雪や氷の組成、分散、移動に焦点を当てている。積雪水文学の研究は西暦紀元前から行われていたが、大きな進展が見られたのは18世紀半ばになってからである。
降雪、積雪、融雪は、高地や高緯度の流域における重要な水文過程である。アメリカ合衆国の多くの西部州では、融雪水が春の流出水の大部分を占め、貯水池、都市住民、農業活動への水源となっている。[ 1 ]
雪水文学グループの大部分は、理論開発、モデル開発、フィールドおよびリモートセンシングデータセットによるテストを通じて、複雑な地形上の分布モデルに雪水文学を組み込むための新しい方法を追求しています。雪水文学は非常に複雑で、流域内の空間的位置、植生との相互作用、風による再分布の影響を受ける時間的に変化する積雪層上の質量とエネルギー収支の計算の両方を含みます。一部の研究者は、リモートセンシングから積雪面積の空間パターンを容易に観測できるため、ある地点および領域全体における雪のダイナミクスを正確に捉えようとしています。[ 2 ]
雪と氷は地球全体の淡水量の約75%を占めていますが、信頼できる用途に利用できる能力がありません。それに対し、河川や淡水湖から供給される水は、年間を通じて安定した水源となります。これらの自然の水域は、湧水、降雨、山岳地帯の雪解け水によって形成されます。推定によると、雪は地球表面に到達する降水量の約5%を占めています。[ 3 ]これらの水源に保持されている水の量が多いため、雪水文学は河川の潮汐や季節流量の分野でますます研究が進んでいます。
一般的に信じられていることとは異なり、降雪は寒冷地における有機物の破壊の主な原因ではありません。最も破壊的なのは、積雪面上に存在する低温の風です。研究によると、雪の断熱特性が、環境内の植物や小動物をこれらの極寒の風から守っています。「雪自体が、雪虫や藻類などのさまざまな微生物の生息地です。」[ 4 ]毎年安定した降雪がなければ、多くの植物が霜害で破壊されます。氷虫（Mesenchytraeus Solifugus）と緑藻はどちらも、氷河や雪の生息地で生きることができるユニークな生物です。
雪水文学の分野における知識の大部分は過去2世紀に発見されたものだが、紀元前500年から428年頃のギリシャの都市国家では、ある程度の理解が存在していたことを示す証拠がある。
雪の動きに関する古代の技術的理解を裏付ける最も初期の証拠のいくつかは、ギリシャ人によって生み出された。古代ギリシャのアナクサゴラスは次のように記している。
これらの都市国家の上流階級のギリシャ人は、雪が持つ冷却効果について基本的な理解を持っていたことが分かっている。上流階級の人々は、家の地下に干し草を敷き詰めた穴を掘り、山から雪を運び込んでそこに雪を蓄えた。こうして、腐りやすい食料品を数ヶ月間、これらの穴に保存することができた。
キリスト教の聖書には、水循環の基本的な理解を表す箇所が数多く含まれています。以下の各節は、水循環の過程の背後にある基本的な考え方を示しています。[ 6 ]
雪水文学の実践に関する最も初期の近代的な記録の1つは、17世紀頃に地質学者のアントニオ・ヴァリスニエリによって紹介されました。彼の研究は、「イタリアアルプスの泉から生じる川は、雨や雪解け水が地下水路に浸透することによって生じる」という理論を提唱しました。[ 5 ]
アメリカで最初の研究ラボは、第二次世界大戦中の雪の動きに関連する多くの問題を解決するために1940年代に設立されました。これらの3つのラボは次のとおりです。[ 7 ]
現在、世界中に数百の積雪水文学研究所と観測装置が設置されている。2004年の時点で、南極大陸を除くすべての大陸が観測対象となっていた。それ以降、北極圏にもいくつかの観測装置が設置され、常時観測が可能になった。[ 8 ]これらを衛星画像システムと併用することで、これまで知られていなかった地表の正確な描写が可能になった。
雪水文学者は、水文学の分野において、雪と氷の動きと組成に特化して研究を行います。この分野で得られる知識は、主に気象予報や、雪の移動が及ぼす影響に関する知識を必要とする生態学・農業関連の仕事で活用されます。彼らは、積雪深、密度、組成の測定に加え、様々なリモートセンシング技術を用いて必要な情報を取得します。この分野の専門家は、政府機関、研究機関、公共情報サービスなどで働くことができます。
雪や氷河の動きの研究は、現在では主にリモートセンシング装置に依存しているものの、データの妥当性を正確に判断するためには、依然として現場での技術が必要である。これらのツールや技術は、深度スパイクのような単純なものから、氷の組成の変化を調べるために使用されるコアサンプリングマシンのような複雑なものまで多岐にわたる。一般的な地上測定の3つのタイプは次のとおりである。[ 9 ]
リモートセンシング技術は、雪水文学の分野における比較的新しいツールであり、 19世紀半ばに確立された水文学のパラメトリック研究（時間経過に伴う対象物の調査）への関心の高まりを受けて開発されました。以前の時代に用いられていた決定論的アプローチ（ランダムな事象は存在しないという概念）と比較すると、この技術は環境や現場機器への人間の介入を最小限に抑えています。現在、世界中に数千ものセンシングサイトが存在し、各サイトは様々なリモートセンシング技術からのデータを受信することが可能です。
Landsat -MSSは、最も一般的に使用されているツールの1つです。積雪を検出して、データ計算のために3つのゾーンに分類することができます。最初のゾーンは、積雪が100%の領域です。2番目のゾーンは遷移ゾーンとして知られており、積雪領域と非積雪領域が混在しています。このゾーンは、一般的に積雪構成値が50%と測定されます。最後のゾーンは、積雪のない領域です。これら3つの測定値を組み合わせることで、スキャンされた領域内の積雪量を比較的正確に推定できます。この手法に悪影響を与える変数には、雲量、強い日差し、密集した植生などがあります。[ 10 ]
2004年現在、南極大陸を除くすべての大陸は、リモートセンシング衛星を用いた定期的な監視下に置かれている。
以下にいくつかのセンシングツールを示します。[ 11 ]
気象学は、天候に関する科学的研究です。気象学は、気象現象が発生する前に予測するために天気予報に使用されます。雪水文学は、さまざまな地形地域での降雪の特性を推定するために使用されます。これには、雪の深さ、密度、組成、および考えられる流出パターンに関する情報が含まれます。また、吹雪、雪崩、氷粒、雹などの自然現象の研究にも広く使用され、自然災害の予測に役立ちます。[ 12 ]
氷河学は、積雪水文学と類似した研究分野であり、特に氷河の動きに焦点を当てています。氷河は、積雪の過程を通じて時間をかけてゆっくりと移動する巨大な氷の塊です。この研究では、氷河の過去および現在の成長と組成を分析し、氷河が存在する陸地の形状をどのように形成してきたかを予測します。氷河学に関連する主要な研究テーマは、地球温暖化と氷河期最盛期（氷河期）です。
近年、雪水文学に関連する最も主要なトピックは地球温暖化です。その根底にある概念は、人間の建設と排出物の生成により、既存の温室効果ガスに加わる多数の気体状化学物質が生成されたというものです。CO 2やCH 4などのガスは、大気中に熱を閉じ込め、地球規模の気候変動を悪化させます。これらのガスは通常、光合成などの環境プロセスによって比較的速やかに分解されますが、近年、大気中のこれらのガスの組成が増加していることが研究で示されています。[ 13 ]一部の研究は、これが地球のサイクルの自然な一部であると考えていますが、他の研究では、化石燃料の排出量の増加と酸素を生成する植物の森林破壊の漸進的な進行が原因だと主張しています。この理論は、これらの温度変化が、地球の地殻上の氷と雪の形成方法に影響を与え、氷河の移動プロセスを開始し、おそらく海面を 0.5 メートルから 1.5 メートル上昇させる可能性があると示唆しています。この変化は海洋の塩分濃度に影響を与え、環境変化を引き起こし、海流やそこに生息する生物を変化させる可能性がある。[ 14 ]