Vandfremtiden for Jordens tredje pol

Himalaya. Karakoram. Hindu Kush. Navnene på Asiens høje bjergkæder fremkalder eventyr for dem, der bor langt væk, men for mere end en milliard mennesker, disse er navnene på deres mest pålidelige vandkilde.

Sne og gletschere i disse bjerge indeholder den største mængde ferskvand uden for Jordens polaris, førende hydrologer til at kalde denne region den tredje pol. En syvendedel af verdens befolkning er afhængig af floder, der strømmer fra disse bjerge, for vand at drikke og skylle afgrøder.

Hurtige ændringer i regionens klima, imidlertid, påvirker gletsjersmeltning og snesmeltning. Folk i regionen ændrer allerede deres arealanvendelsespraksis som reaktion på den skiftende vandforsyning, og regionens økologi ændrer sig. Fremtidige ændringer vil sandsynligvis påvirke fødevare- og vandsikkerheden i Indien, Pakistan, Kina og andre nationer.

NASA holder et rumbaseret øje med ændringer som disse på verdensplan for bedre at forstå fremtiden for vores planets vandcyklus. I denne region, hvor der er ekstreme udfordringer med at indsamle observationer på jorden, NASAs satellit og andre ressourcer kan producere betydelige fordele for klimavidenskab og lokale beslutningstagere, der har til opgave at styre en allerede knap ressource.

Den mest omfattende undersøgelse nogensinde af sne, is og vand i disse bjerge, og hvordan de ændrer sig, er nu i gang. NASA's High Mountain Asia Team (HiMAT), ledet af Anthony Arendt fra University of Washington i Seattle, er i sit tredje år. Projektet består af 13 koordinerede forskningsgrupper, der studerer tre årtiers data om denne region på tre brede områder:vejr og klima; is og sne; og nedstrøms farer og konsekvenser.

Alle tre af disse fagområder ændrer sig, starter med klima. Opvarmning af luft og ændringer i monsunmønstre påvirker den regionale vandcyklus - hvor meget sne og regn falder, og hvordan og hvornår snepakken og gletsjerne smelter. Ændringer i vandcyklussen øger eller reducerer risikoen for lokale farer, såsom jordskred og oversvømmelser, og har bred indflydelse på tildeling af vand og afgrøder, der kan dyrkes.

Gør umulig videnskab mulig

I det meste af menneskets historie, en detaljeret videnskabelig undersøgelse af disse bjerge var umulig. Bjergene er for høje og stejle, og vejret er for farligt. Satellittiden har givet os den første mulighed for at observere og måle sne- og isdække sikkert på steder, hvor intet menneske nogensinde har sat fod.

"Den eksplosive vækst af satellitteknologi har været utrolig for denne region, "sagde Jeffrey Kargel, seniorforsker ved Planetary Science Institute i Tucson, Arizona, og leder af et HiMAT -team, der studerer gletsjersøer. "Vi kan gøre ting nu, som vi ikke kunne gøre for ti år siden - og for ti år siden gjorde vi ting, vi ikke kunne gøre før det." Kargel krediterede også fremskridt inden for computerteknologi, der har gjort det muligt for langt flere forskere at foretage store databehandlingsindsatser, som er nødvendige for at forbedre vejrudsigten over en så kompleks topografi.

Arendts HiMAT -team har til opgave at integrere de mange, forskellige typer satellitobservationer og eksisterende numeriske modeller for at skabe et autoritativt skøn over vandbudgettet i denne region og et sæt produkter, som lokale politikere kan bruge til at planlægge en skiftende vandforsyning. En række datasæt fra HiMAT -teams er allerede blevet uploadet til NASAs distribuerede aktive arkivcenter på National Snow and Ice Data Center. I fællesskab, pakken med nye produkter kaldes Glacier and Snow Melt (GMELT) Toolbox.

Affaldsdæmning Farer og andre virkninger

Der er en vis hastning i at færdiggøre værktøjskassen, fordi ændringer i smeltemønstre ser ud til at øge regionens farer - hvoraf nogle kun findes i denne form for terræn, såsom skraldedæmning "svigt" på gletsjersøer og stigende gletsjere, der blokerer adgangen til bjerglandsbyer og græsgange. I de sidste årtier har byer og infrastruktur som veje og broer er blevet udslettet af disse begivenheder.

Kargels team studerer katastrofale oversvømmelser fra gletsjersøer. Disse søer starter som smeltebassiner på gletsjernes overflader, men under de rigtige forhold kan de fortsætte med at smelte helt til jorden, samler sig bag en usikker bunke is og affald, der oprindeligt var forenden af ​​gletscheren. Et jordskælv, stenfald eller simpelthen den stigende vægt af vand kan bryde skraldedæmningen og skabe en lynflod.

Søer som denne var næsten ukendte for 50 eller 60 år siden, men da de fleste asiatiske gletsjere på højt bjerg har krympet og trak sig tilbage, gletsjersøer har spredt sig og vokser. Den største Kargel har målt, Nedre Barun i Nepal, er 205 meter dyb med et volumen på næsten 30 milliarder gallon (112 millioner kubikmeter), eller omkring 45, 000 svømmebassiner i olympisk størrelse. HiMAT -teamet har kortlagt hver gletsjersø større end omkring 1, 100 fod (330 meter) i diameter i tre forskellige tidsperioder - omkring 1985, 2001 og 2015 - for at undersøge, hvordan søerne har udviklet sig.

Når størrelsen og antallet af gletsjersøer stiger, det samme gør den trussel, de udgør for lokalbefolkningen og infrastrukturen. Dalia Kirschbaum fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, leder en gruppe, der bruger satellitdata til at forudsige, hvilke områder der er mest modtagelige for jordskred i højbjerget Asien, som derefter kan informere placeringen af ​​ny infrastruktur i regionen.

Mørkere sne, Hurtigere snesmeltning

En kritisk faktor i fremtidige sne- og issmeltninger er støvets rolle, sod og forurening, der sætter sig på de frosne overflader. Uberørt hvid sne afspejler mere end 90% af indgående solstråling tilbage i atmosfæren. Men når sneen er dækket af mørkere partikler af sod eller støv, denne belægning absorberer mere varme, og sneen smelter hurtigere. Forskning har vist, at årsagen til at den lille istid sluttede i Europa var belægningen af ​​sod, der blev aflejret på Alperne ved den industrielle revolution. I Asien, i de sidste 35 år har der været betydelige stigninger i mængden af ​​sod, der sætter sig på bjergsne. Om disse asiatiske områder vil reagere på samme måde, som Alperne gjorde for århundreder siden, er et vigtigt spørgsmål.

Flere HiMAT -teams er fokuseret på dette spørgsmål. Si-Chee Tsay fra NASA Goddard bruger satellitdata til at få en bedre forståelse af sneens egenskaber, is, og støv og sodpartikler i denne region. Hans gruppe arbejder også i samarbejde med regionale forskere i Nepal for at installere sensorer på jordhøjde på gletsjere placeret på Mount Everest, Annapurna og Dhaulagiri, blandt andre websteder. Disse sensorer giver forskere mulighed for at kontrollere nøjagtigheden af ​​satellitmålinger opnået på de samme steder.

Tom Painter fra University of California, Los Angeles, leder et team, der bruger satellitdata fra NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) og NOAA/NASA Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) i samfundets Weather Research and Forecasting model til at kvantificere tidligere og mulige fremtidige variationer i snedække og andre faktorer som sod og støv ændrer sig. Et andet hold, ledet af Sarah Kapnick fra NOAA, står for støv og sod inden for globale klimamodeller, at forbedre forståelsen af ​​både historiske og forudsagte fremtidige regionale ændringer.

De højeste bjerge i verden skaber unikke udfordringer i vejrudsigterne. Et team ledet af Summer Rupper fra University of Utah i Salt Lake City har taget fat på en af ​​disse udfordringer ved at udvikle en model, der skelner mellem is og sne, der blev deponeret på regionen i løbet af monsunsæsonen, og dem, der kom fra vinterstorme, så forskere kan undersøge, hvor og hvornår sne sandsynligvis falder i løbet af året.

Tidlige konklusioner

I HiMAT -undersøgelsens sidste år, Arendt sagde, forskningen samles, og teamets videnskabelige artikler er på vej til offentliggørelse. En af de mere alarmerende konklusioner er, at gletsjerne vil være 35 til 75% mindre i volumen i 2100 på grund af hurtig smeltning. Et papir udgivet den 19. juni i Videnskab fremskridt af HiMAT -teammedlemmer understøtter denne konklusion med en analyse af 40 års satellitdata om gletschere i Himalaya -området. (De tidlige år med data, som forskere brugte til denne undersøgelse, stammer fra deklassificerede spionsatellitter.) Ikke kun er alle gletschere i Himalaya -området ved at miste is, den gennemsnitlige hastighed for istab fordoblet mellem de første 25 år med satellitdata, 1975-2000, og de seneste 16 år, 2000-2016.

Om regn og snefald også vil ændre sig, og om ændringer ville forstærke eller afbøde virkningerne af istab, er endnu ikke klare. Nedbør varierer allerede betydeligt fra et område til et andet i denne region, afhængigt af monsunen og strømmen af ​​vinterstorme ind i området. For eksempel, nedbør stiger i øjeblikket i Karakoram -området, hvor gletsjere enten er stabile eller fremskridt, men i alle andre områder i denne region, næsten alle gletschere trækker sig tilbage. Om den anomali fortsætter, blive stærkere, eller omvendt, da klimaet fortsætter med at ændre sig, er endnu ikke klart. "Den globale klimadynamik vil diktere, hvor storme ender, og hvordan de opfanger bjergene, "Selv sagde Arendt." Selv små ændringer i sporing af storme kan skabe betydelig variation. "

Fund som disse er grunden til, at HiMAT -teams er ivrige efter at fuldføre deres GMELT -værktøjskasse, Arendt noterede sig. De nye produkter vil tilbyde beslutningstagere den bedste kompilering af viden, der i øjeblikket kan gøres om, hvor højt bjergasien har ændret sig i de seneste årtier, sammen med et nyt sæt ressourcer til at hjælpe dem med at planlægge, hvordan de bedst forbereder sig på fremtiden for denne svært at forudsige region.