Varmere temperaturer forårsager fald i de vigtigste afstrømningsforanstaltninger

Siden midten af ​​1980'erne har procentdelen af ​​nedbør, der bliver til strømning i det øvre Rio Grande -vandskel, er faldet mere stejlt end på noget tidspunkt i mindst 445 år, ifølge en ny undersøgelse ledet af National Center for Atmospheric Research (NCAR).

Selvom dette fald delvist blev drevet af overgangen fra en usædvanlig våd periode til en usædvanlig tør periode, stigende temperaturer forstærkede tendensen, sagde forskerne.

Undersøgelsen tegner et detaljeret billede af, hvordan temperaturen har påvirket afstrømningsforholdet - mængden af ​​sne og regn, der rent faktisk gør det til floden - over tid, og resultaterne kan hjælpe med at forbedre prognoser for vandforsyning for Rio Grande, som er en kilde til vand for anslået 5 millioner mennesker.

Undersøgelsesresultaterne tyder også på, at afstrømningsforhold i øvre Rio Grande og andre nærliggende snefødte vandområder, såsom Colorado River Basin, kan falde yderligere, efterhånden som klimaet fortsætter med at varme.

"Den vigtigste variabel til forudsigelse af strømning er, hvor meget det har regnet eller sneet, "sagde NCAR -forskeren Flavio Lehner, hovedforfatter af undersøgelsen. "Men da vi så hundredvis af år tilbage vi fandt ud af, at temperaturen også har haft en vigtig indflydelse - som i øjeblikket ikke indgår i prognoser for vandforsyning. Vi mener, at indarbejdelse af temperatur i fremtidige prognoser vil øge deres nøjagtighed, ikke kun generelt, men også over for klimaforandringerne. "

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve , blev finansieret af Bureau of Reclamation, Army Corps of Engineers, National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), og National Science Foundation, som er NCAR's sponsor.

Medforfattere af papiret er Eugene Wahl, af NOAA; Andrew Wood, af NCAR; og Douglas Blatchford og Dagmar Llewellyn, begge fra Bureau of Reclamation.

Overforudsigelse af vandforsyning

Født i Rocky Mountains i det sydlige Colorado, Rio Grande skærer sydover i New Mexico, inden de hooker østpå og danner grænsen mellem Texas og Mexico. Sne hober sig op på tinderne, der omgiver udløbet hele vinteren, og om foråret begynder snepakken at smelte og fodre floden.

Den resulterende strømning bruges både af landmænd og byer, herunder Albuquerque, Ny mexico, og El Paso, Texas, og vandbrugere er afhængige af de årlige vandforsyningsprognoser for at afgøre, hvem der får hvor meget af floden. Prognosen bruges også til at afgøre, om yderligere vand skal importeres fra San Juan -floden, på den anden side af Continental Divide, eller pumpes fra grundvand.

Aktuelle prognoser for operationel strømning afhænger af skøn over mængden af ​​sne og regn, der er faldet i bassinet, og de antager, at en bestemt mængde nedbør og snepose altid vil give en bestemt mængde strømning.

I de seneste år, disse prognoser har haft en tendens til at forudsige, hvor meget vand der vil være tilgængeligt, fører til overallokering af floden. I et forsøg på at forstå denne foranderlige dynamik, Lehner og hans kolleger undersøgte, hvordan forholdet mellem nedbør og strømning, kendt som afstrømningsforholdet, har udviklet sig over tid.

Nedbør kontra streamflow:Træringe fortæller en ny historie

Forskerne brugte strømningsdata, der er afledt af træring, fra ydersiden af ​​Upper Rio Grande-bassinet til at rekonstruere estimater af nedbør inden for vandskellet, der strækker sig tilbage til 1571. Derefter kombinerede de disse oplysninger med en separat streamflow-rekonstruktion inden for bassinet i samme periode. Fordi disse to rekonstruktioner var uafhængige, det gjorde det muligt for forskergruppen også at estimere afstrømningsforholdet for hvert år:jo højere forhold, jo større andel af nedbør, der faktisk blev omdannet til strømning.

"For første gang, vi var i stand til at tage disse to mængder og bruge dem til at rekonstruere afstrømningsforhold i løbet af de sidste 445 år, "Sagde Wahl.

De fandt ud af, at afstrømningsforholdet varierer betydeligt fra år til år og endda årti til årti. Den største faktor forbundet med denne variation var nedbør. Når det sner mindre over bjergene i Rio Grande, ikke kun er mindre vand tilgængeligt for at blive strøm, men afstrømningsforholdet falder også. Med andre ord, en mindre procentdel af snepakken bliver til strømning i tørre år.

Men forskerne fandt også ud af, at en anden faktor påvirkede afstrømningsforholdet:temperatur. I løbet af de sidste århundreder har afstrømningsforholdet blev reduceret, når temperaturen var varmere. Og temperaturens indflydelse blev styrket i de tørre år:Da snesækken var lav, varme temperaturer reducerede afstrømningsforholdet mere end da snesækken var dyb, yderligere forværring af tørkeforholdene. De lave afstrømningsforhold, der blev set i tørre år, var to og en halv til tre gange større sandsynlighed, når temperaturerne også var varmere.

"Temperaturens effekt på afstrømningsforholdet er relativt lille i forhold til nedbør, "Sagde Lehner." Men fordi dens største indvirkning er, når forholdene er tørre, et varmere år kan gøre en allerede dårlig situation meget værre. "

En række faktorer kan forklare temperaturens indflydelse på afstrømningsforholdet. Når det er varmere, planter optager mere vand fra jorden, og mere vand kan fordampe direkte i luften. Derudover varmere temperaturer kan få sne til at smelte tidligere på sæsonen, når dagene er kortere og solens vinkel er lavere. Dette får sneen til at smelte langsommere, tillader smeltevandet at blive hængende i jorden og give planterne ekstra mulighed for at bruge det.

Den omfattende rekonstruktion af det historiske afstrømningsforhold i Upper Rio Grande afslørede også, at faldet i afstrømningsforholdet i løbet af de sidste tre årtier er uden fortilfælde i den historiske rekord. 1980'erne var en usædvanlig våd periode for Upper Rio Grande, mens 2000'erne og 2010'erne har været usædvanligt tørre. Par det med en stigning i temperaturerne i samme periode, og faldet i afstrømningsforholdet mellem 1986 og 2015 var ulig nogen anden strækning af den længde i de sidste 445 år.

Opgradering af de gamle tilgange

Denne nye forståelse af, hvordan temperaturen påvirker afstrømningsforholdet, kan hjælpe med at forbedre prognoser for vandforsyning, som i øjeblikket ikke overvejer, om de kommende måneder forventes at blive varmere eller køligere end gennemsnittet. Forfatterne vurderer nu værdien af ​​at indarbejde sæsonbetonede temperaturprognoser i vandforsyningsprognoser for at tage højde for disse temperaturpåvirkninger.

Undersøgelsen supplerer et flerårigt NCAR-projekt finansieret af Bureau of Reclamation og Army Corps of Engineers, der evaluerer udsigterne til at forbedre sæsonbetonede streamflow-prognoser for reservoirforvaltning.

"Prognosebrugere og interessenter rejser i stigende grad spørgsmål om pålideligheden af ​​prognoseteknikker, hvis klimaet ændrer vores hydrologi, "sagde Wood, der ledte indsatsen. "Denne undersøgelse hjælper os med at tænke på måder at opgradere en af ​​vores ældste tilgange - statistisk vandforsyningsprognose - til at reagere på de seneste tendenser i temperatur. Vores nuværende udfordring er at finde måder at sikre, at lektierne fra dette arbejde kan gavne operationelle strømflowprognoser. "

Fordi de eksisterende prognosemodeller blev kalibreret på forholdene i slutningen af ​​1980'erne og 1990'erne, det er ikke overraskende, at de forudsagde streamflow i den tørrere periode siden 2000, Sagde Lehner.

"Disse statistiske modeller antager ofte, at klimaet er stabilt, "Sagde Lehner." Det er en antagelse, der nogle gange virker, men statistiske prognoseteknikker vil kæmpe med stærke ændringer i hydroklimatologi fra årti til årti, sådan som den, vi lige har oplevet. "