Satellitundersøgelser finder store ændringer i det globale ferskvand

En ny global, satellitbaseret undersøgelse af Jordens ferskvandsfordeling fandt ud af, at Jordens våde områder bliver vådere, mens tørre områder bliver tørre. Dataene tyder på, at dette mønster skyldes en række faktorer, herunder menneskelig vandforvaltning, menneskeskabte klimaforandringer og naturlige klimakredsløb.

Det NASA-ledede forskerhold, som omfattede Hiroko Beaudoing, en fakultetsspecialist ved University of Marylands Earth System Science Interdisciplinary Center (ESSIC), brugt 14 års observationer fra Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission til at spore globale tendenser i ferskvand i 34 regioner rundt om i verden.

Studiet, offentliggjort den 17. maj, 2018 -udgaven af ​​tidsskriftet Natur , indarbejdede også satellitudfældningsdata fra det ESSIC-ledede Global Precipitation Climatology Project; Landsat -billeder fra NASA og U.S. Geological Survey; kunstvandingskort; og offentliggjorde rapporter om menneskelige aktiviteter i forbindelse med landbrug, minedrift og reservoiroperationer. Undersøgelsesperioden strækker sig fra 2002 til 2016.

"Det er første gang, vi har vurderet, hvordan ferskvandstilgængeligheden ændrer sig, overalt på Jorden, ved hjælp af satellitobservationer, "sagde Matt Rodell, hovedforfatter af papiret og chef for Hydrological Sciences Laboratory ved NASAs Goddard Space Flight Center. "Et centralt mål var at skelne forskydninger i terrestrisk vandlagring forårsaget af naturlig variation - våde perioder og tørre perioder forbundet med El Niño og La Niña, for eksempel - fra tendenser relateret til klimaændringer eller menneskelige konsekvenser, som at pumpe grundvand ud af en akvifer hurtigere, end det fyldes op. "

Ferskvand findes i søer, floder, jord, sne, grundvand og isis. Dens tab i iskapper ved polerne - tilskrevet klimaforandringer - har konsekvenser for havstigningen. På land, det er en af ​​Jordens vigtigste ressourcer til drikkevand og kunstvanding. Mens nogle regioners vandforsyninger er relativt stabile, andre oplever normalt stigninger eller fald. Men den nuværende undersøgelse afslørede et nyt og foruroligende mønster.

"Det vi er vidne til er store hydrologiske ændringer, "sagde medforfatter James Famiglietti fra NASAs Jet Propulsion Laboratory." Vi ser, for første gang, et meget karakteristisk mønster af de våde landområder i verden, der bliver vådere - det er de høje breddegrader og troperne - og de tørre områder imellem at blive tørre. Indlejret i de tørre områder ser vi flere hotspots som følge af nedbrydning af grundvand. "

Famiglietti bemærkede, at mens vandtab i nogle regioner klart er drevet af opvarmning af klimaet, såsom de smeltende indlandsis og alpine gletschere, det vil tage mere tid, før andre mønstre utvetydigt kan tilskrives klimaforandringer.

"Mønsteret med at blive vådt, tør-bliver-tørre forudsiges af mellemstatslige panel om klimaændringer modeller for slutningen af ​​det 21. århundrede, men vi har brug for et meget længere datasæt for endegyldigt at kunne sige, at klimaændringer er ansvarlige for fremkomsten af ​​et lignende mønster i GRACE -dataene, "Sagde Famiglietti." Men den nuværende bane er bestemt grund til bekymring. "

De to GRACE -satellitter, lanceret i 2002 som en fælles mission med German Aerospace Center (DLR), målte nøjagtigt afstanden mellem de to satellitter for at detektere ændringer i Jordens tyngdekraftsfelt forårsaget af massebevægelser på planeten nedenfor. Ved hjælp af denne metode, GRACE sporede variationer i terrestrisk vandlagring på månedlige til årlige tidsskalaer, indtil dets videnskabelige mission sluttede i oktober 2017.

Imidlertid, GRACE satellitobservationerne alene kunne ikke fortælle Beaudoing, Rodell, Famiglietti og deres kolleger, hvad der forårsagede en tilsyneladende tendens.

"Vi undersøgte oplysninger om nedbør, agriculture and groundwater pumping to find a possible explanation for the trends estimated from GRACE, " said Beaudoing, who also has a joint appointment at NASA Goddard.

One of the big causes of groundwater depletion across the board was agriculture, which can be complicated by natural cycles as seen in California, Famiglietti said. Decreases in freshwater caused by the severe drought from 2007 to 2015 were compounded by groundwater withdrawals to support the farms in the state's Central Valley.

Southwestern California lost 4 gigatons of freshwater per year during the same period. A gigaton of water is the equivalent of the mass of water in 400, 000 Olympic swimming pools. A majority of California's freshwater comes in the form of rainfall and snow that collects in the Sierra Nevada as snowpack and then is managed through a series of reservoirs as it melts. When natural cycles led to dry years, causing diminished snowpack and surface waters, people relied on groundwater more heavily.

Downward trends in freshwater seen in Saudi Arabia also reflect agricultural pressures. From 2002 to 2016, the region lost 6.1 gigatons per year of stored groundwater. Imagery from the Landsat series of satellites shows the growth of irrigated farmland in the arid landscape from 1987 to the present, which explains the increased drawdown.

Natural cycles of rainy and dry years can also cause a trend in the 14-year data record that is unlikely to persist, Rodell said. An example is the western Zambezi basin and Okavango Delta, a vital watering hole for wildlife in northern Botswana. In this region, terrestrial water storage increased at an average rate of 29 gigatons per year from 2002 to 2016. This wet period during the GRACE mission followed at least two decades of dryness. Rodell believes this is a case of natural variability that occurs over decades in this region of Africa.

The researchers found that a combination of natural and human pressures can lead to complex scenarios in some regions. Previously undocumented water declines occurred in northwestern China in Xin Jiang province. Denne region, about the size of Kansas, is bordered by Kazakhstan to the west and the Taklamakan desert to the south and encompasses the central portion of the Tien Shan Mountains.

Rodell and his colleagues had to piece together multiple factors to explain the disappearance of 5.5 gigatons of terrestrial water storage per year in Xin Jiang Province. Less rainfall was not the culprit. Additions to surface water were also occurring from climate change-induced glacier melt and the pumping of groundwater out of coal mines. But these additions were more than offset by depletions caused by an increase in water consumption for the irrigation of cropland and evaporation of river water from the desert floor.

The successor to GRACE, called GRACE Follow-On, a joint mission with the German Research Centre for Geosciences (GFZ), is at Vandenberg Air Force Base in California undergoing final preparations for launch.

Forskningspapiret, "Emerging Trends in Global Freshwater Availability, " Matthew Rodell, James Famiglietti, David Wiese, J.T. Reager, Hiroko Beaudoing, Felix Landerer and Min-Hui Lo, was published in the journal  Natur  on May 17, 2018.