Undersøgelse tester Salishhavets modstandsdygtighed over for klimaforandringer

Hvordan vil økologien i Salishhavet se ud i år 2095?

Det er et vigtigt spørgsmål for millioner af mennesker, der bor langs og nær kysten af ​​dette indviklede, indbyrdes forbundne netværk af kystvandveje, indløb, bugter, og flodmundinger, der omfatter Puget Sound i staten Washington og det dybe vand i det sydvestlige British Columbia.

Et forskerhold fra PNNL fandt ud af, at det indre Salishhav er modstandsdygtigt, og at den fremtidige reaktion på klimaforandringer - mens den er betydelig - vil være mindre alvorlig end det åbne hav.

Opbygning af et billede af Salishhavets økologi

Klimaændringer er et globalt problem fra troperne til polarområderne, men påvirkningerne er ofte af største bekymring lokalt. Det er grunden til, at Climate Preparedness and Resilience Program fra U.S. Army Corps of Engineers finansierede PNNL for at udvikle en bedre forståelse af Salishhavets fremtid – hvordan dets økologi vil reagere på stigende temperaturer, stigende havniveauer, og voksende næringsstofbelastninger.

Forskningen fokuserede på nøgleparametre, såsom algeopblomstring, forsuring af havet, og årlige forekomster af hypoxi - en tilstand karakteriseret ved lave niveauer af opløst ilt. Disse er alle økologiske spørgsmål, der giver anledning til bekymring i Salishhavet i dag og i de kommende årtier.

Forskere brugte Salish Sea Model, som blev udviklet af PNNL i samarbejde med Washington State Department of Ecology og gennem US Environmental Protection Agency tilskudsstøtte. Modellen er et prædiktivt havmodelleringsværktøj til forskning i kystmundinger, planlægning af restaurering, forvaltning af vandkvalitet, og vurdering af klimaforandringer. I 2018, PNNL-forskere brugte det til nøjagtigt at simulere Salishhavets reaktion på menneskeskabte næringsstofbelastninger, såsom gødningsafstrømning og spildevandsudledninger (Khangaonkar et al., 2018).

Ifølge PNNL-programleder Tarang Khangaonkar, denne milepæl i 2018 – succesfuld forudsigelse af Salishhavets biogeokemiske cyklusser, herunder forekomst, timing, og varigheden af ​​hypoxi på steder, der historisk er kendt for dårlig kvalitet og fiskedræbning - hjalp med at muliggøre den seneste undersøgelse. "Denne forskning viste, at vores model fungerede på en robust måde, så vi kunne anvende det til at besvare nye spørgsmål - for at finde ud af, hvordan denne vandmasse vil ændre sig med klimaændringer, " han sagde.

For at tage udfordringen op, PNNL-forskere anvendte nedskalerede output fra National Center for Atmospheric Research's Community Earth System Model, en velkendt og ofte anvendt global klimamodel, at køre Salish Sea Model. Holdet simulerede en enkelt fremskrivning af 95-års ændring under det repræsentative koncentrationsforløb 8.5 (RCP8.5) drivhusgasemissionsscenariet, i forhold til år 2000. Dette svarer til et scenarie med høje emissioner i Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 5. vurderingsrapport svarende til ukontrollerede drivhusgasemissioner. Økologisk Institut samarbejdede ved at levere inputdata, såsom vandskel og spildevandsudledninger i havet, under hensyntagen til fremtidige ændringer i arealanvendelsen og befolkningstilvækst.

Undersøgelsesresultater:Salishhavet i 2095

Udgivet i tidsskriftet JGR Oceans, "Salish Seas reaktion på globale klimaændringer, Havniveaustigning, og fremtidige næringsstofbelastninger" (Khangaonkar T, En Nugraha, W Xu, og K Balaguru, 2019) projekterer indvirkninger på Salishhavet inden 2095, inklusive højere vandtemperatur (+1,5°C), højere havniveauer (+1,5 meter), større forsuring, og nedsat indhold af opløst ilt.

En region med årligt tilbagevendende hypoksi i denne 6, 900 kvadratkilometer vand forventes at stige fra mindre end 1 procent af det samlede areal i dag til omkring 16 procent i 2095.

Den hurtigt voksende befolkning i de større Seattle og Vancouver, f.Kr., storbyområder – sammen med stigende vandtemperaturer – spiller også en rolle i farvandets fremtidige tilstand. Med flere mennesker kommer større næringsstofbelastninger, der bidrager til algevækst, med biomasse, der forventes at stige med omkring 23 procent. I øvrigt, at biomasse kan skifte fra samfund domineret af kiselalger til samfund domineret af dinoflagellater.

"Disse ændringer har en betydelig effekt på sammensætningen af ​​planteplanktonarter. Nogle arter som dinoflagellater kan have gavn, og andre som kiselalger vil ikke. Det er arten, der favoriserer varmere vand, der bliver mere dominerende, "Khangaonkar sagde, bemærker, at resultaterne er baseret på matematiske vurderinger, der ikke tager højde for biologisk tilpasning.

En modstandsdygtig vandmasse

På trods af betydelige forventede ændringer, undersøgelsen indikerer, at den fremtidige reaktion på klimaændringer i Salishhavet vil være mindre alvorlig i forhold til forudsagte ændringer i det åbne hav. Større modstandsdygtighed kan tilskrives stærk vertikal cirkulation og blanding af overfladelag med dybt vand, der giver en fysisk buffer til at holde Salishhavets vand køligere, mere iltet, og mindre sure.

"En af grundene til, at vi startede denne undersøgelse var at lære, hvad klimaændringer vil betyde for vores kystnære områder af Salishhavet, " sagde Khangaonkar. "Vil det blive påvirket mere end de kystnære Stillehavets farvande? Bliver det mindre?"

Forskerholdet fandt ud af, at blanding og dybvandscirkulation i Salishhavet giver lindring fra meget stærkere globale klimaforandringer. Mens gennemsnitstemperaturerne ved den åbne havhylde grænser forventes at stige med 2,6 ° C, Salishhavets gennemsnit forventes at stige med 1,5°C. Tilsvarende den gennemsnitlige opløste ilt ved grænsen til den åbne havsokkel forventes at falde med 1,7 milligram pr. inde i Salishhavet, det gennemsnitlige niveau af opløst ilt falder halvdelen af ​​denne mængde.

Cirkulation er vigtig for vandkvaliteten. "Når folk tænker på klimaændringer, " forklarede Khangaonkar, "deres første antagelser er de højere temperaturer og stigende havniveau, og at det vil ændre strømmønstre og tidevandsbevægelser væsentligt. Men vi fandt ud af, at dette ikke var tilfældet for Salishhavet."

Forskerholdet brugte modellen til at undersøge volumenfluxen (udvekslingsstrømmen) af vand, der bevæger sig ind i Salishhavet fra Stillehavet. Ville denne mængde, der er næsten 20 gange så stor som al ferskvandstilstrømning tilsammen, ændre sig? Og hvis ja, vil det påvirke skylning og vandkvalitet? Undersøgelsens resultater viste, at to faktorer ser ud til at modvirke hinanden for at gøre cirkulationsændringen ubetydelig.

Smeltende polaris påvirker havets saltholdighed og reducerer flodmundingens cirkulationsstyrke drevet af saltholdighedsgradienter. På samme tid, Havniveaustigning øger cirkulationsstyrken, og de to faktorer udligner i det væsentlige hinanden for det dybe fjordlignende vand i Salishhavet.

Khangaonkar advarer om, at Salishhavets modstandsdygtighed er begrænset til den dybere estuarine blandingsregion mellem kontinentalsoklen og floder. "Når vi går ind i tidevandsområderne og stiger op ad floden, vi finder, at virkningerne af klimaændringer er større, " han sagde.

For eksempel, tidevandsudløbene af Snohomish-flodens udmunding, som er et indre Salish Sea subbasin, forventes at opleve op til 3°C årlig gennemsnitlig overfladetemperaturstigning. Tilsvarende som følge af stigning i havniveau, saltholdighedsindtrængningen forventes at strække sig så langt opstrøms som 18 km fra flodmundingen i forhold til 7 km under historiske forhold for Snohomish-mundingen.

At bringe Salish Sea Model til verden

PNNL udfører adskillige anvendelser af Salish Sea-modellen for at hjælpe med planlægning og design af restaurering af habitater nær kysten, analyse til støtte for genetablering af fiskevandringsveje, og vurdering af vandkvalitetspåvirkninger i hele bassinet. Metoderne, modeller, og procedurer, der bruges til at nedskalere globale klimaforandringer for Salish Sea-regionen, kunne anvendes til lignende analyse i andre regioner. Salish Sea Model -applikationsresultater og løsningsfiler stilles rutinemæssigt til rådighed for samarbejdspartnere efter anmodning.