Хотя это снижение было частично вызвано переходом от необычно влажного периода к необычно засушливому, повышение температуры усугубило эту тенденцию, говорят исследователи.Исследование дает подробную картину того, как температура повлияла на коэффициент стока — количество снега и дождя, которые фактически попадают в реку — с течением времени, и его результаты могут помочь улучшить прогнозы водоснабжения для реки Рио-Гранде, которая является источник воды для примерно 5 миллионов человек.Результаты исследования также предполагают, что коэффициенты стока в Верхнем Рио-Гранде и других соседних водосборах, питаемых снегом, таких как бассейн реки Колорадо, могут еще больше снизиться, поскольку климат продолжает нагреваться.«Самая важная переменная для прогнозирования речного стока — это количество дождей или снега», — сказал ученый NCAR Флавио Ленер, ведущий автор исследования. «Но когда мы оглянулись на сотни лет назад, мы обнаружили, что температура также оказала важное влияние, что в настоящее время не учитывается в прогнозах водоснабжения.
Мы считаем, что включение температуры в будущие прогнозы повысит их точность не только в целом, но и также перед лицом изменения климата ».Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, финансировалось Бюро мелиорации, Инженерным корпусом армии, Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) и Национальным научным фондом, который является спонсором NCAR.
Соавторы статьи: Юджин Валь, NOAA; Эндрю Вуд из NCAR; и Дуглас Блатчфорд и Дагмар Ллевеллин, оба из Бюро мелиорации.Завышенный прогноз водоснабженияРио-Гранде, родившаяся в Скалистых горах на юге Колорадо, пересекает юг штата Нью-Мексико, а затем пересекает восток и образует границу между Техасом и Мексикой.
Зимой на вершинах, окружающих истоки, скапливается снег, а весной снежный покров начинает таять и подпитывать реку.Полученный речной сток используется как фермерами, так и городами, включая Альбукерке, штат Нью-Мексико, и Эль-Пасо, штат Техас, а водопользователи зависят от годовых прогнозов водоснабжения, чтобы определить, кому достается какая часть реки. Прогноз также используется для определения того, нужно ли дополнительно импортировать воду из реки Сан-Хуан, по другую сторону континентального водораздела, или откачивать ее из грунтовых вод.Текущие оперативные прогнозы речного стока зависят от оценок количества снега и дождя, выпавших в бассейне, и они предполагают, что определенное количество осадков и снежного покрова всегда будет давать определенное количество речного стока.
В последние годы эти прогнозы имели тенденцию к завышению прогнозов, сколько воды будет доступно, что привело к чрезмерному распределению воды в реке. Пытаясь понять эту изменяющуюся динамику, Ленер и его коллеги исследовали, как взаимосвязь между осадками и стоком, известная как коэффициент стока, менялась с течением времени.
Осадки против ручья: годичные кольца рассказывают новую историюУченые использовали данные о речном потоке, полученные из годичных колец, за пределами бассейна Верхнего Рио-Гранде, чтобы восстановить оценки осадков в пределах водораздела, начиная с 1571 года.
Затем они объединили эту информацию с отдельной реконструкцией стока в бассейне за тот же период. Поскольку эти две реконструкции были независимыми, это позволило исследовательской группе также оценить коэффициент стока для каждого года: чем выше коэффициент, тем больше доля осадков, фактически преобразованных в сток.«Впервые мы смогли взять эти две величины и использовать их для восстановления коэффициентов стока за последние 445 лет», — сказал Валь.Они обнаружили, что коэффициент стока значительно меняется от года к году и даже от десятилетия к десятилетию.
Самым большим фактором, связанным с этим изменением, были осадки. Когда над горами в верховьях Рио-Гранде выпадает меньше снега, не только меньше воды становится доступным для речного стока, но и уменьшается коэффициент стока.
Другими словами, меньшая часть снежного покрова становится речным стоком в более засушливые годы.Но ученые также обнаружили, что на коэффициент стока влияет еще один фактор: температура.
За последние несколько столетий коэффициент стока снижался при повышении температуры. И влияние температуры усиливалось в более засушливые годы: когда снежный покров был неглубоким, теплые температуры снижали коэффициент стока больше, чем когда снежный покров был глубоким, что еще больше усугубляло засушливые условия.
Низкий коэффициент стока, наблюдаемый в засушливые годы, был в два с половиной-три раза более вероятным при более высоких температурах.«Влияние температуры на коэффициент стока относительно невелико по сравнению с осадками», — сказал Ленер. «Но поскольку наибольшее воздействие оказывают засушливые условия, более теплый год может значительно усугубить и без того плохую ситуацию».Ряд факторов может объяснить влияние температуры на коэффициент стока. Когда становится теплее, растения забирают больше воды из почвы, и больше воды может испаряться прямо в воздух.
Кроме того, более теплые температуры могут привести к таянию снега раньше в сезоне, когда дни короче и угол наклона солнца ниже. Это заставляет снег таять медленнее, позволяя талой воде задерживаться в почве и давая растениям дополнительную возможность использовать ее.Обширная реконструкция исторического коэффициента стока в Верхнем Рио-Гранде также показала, что снижение коэффициента стока за последние три десятилетия является беспрецедентным в истории. 1980-е годы были необычно влажным периодом для Верхнего Рио-Гранде, а 2000-е и 2010-е годы были необычно засушливыми.
Соедините это с повышением температуры за тот же период, и снижение коэффициента стока в период с 1986 по 2015 год не было похоже ни на какой другой отрезок такой длины за последние 445 лет.Обновление старых подходовЭто новое понимание того, как температура влияет на коэффициент стока, может помочь улучшить прогнозы водоснабжения, которые в настоящее время не учитывают, будут ли в ближайшие месяцы жарче или холоднее, чем в среднем. В настоящее время авторы оценивают ценность включения сезонных прогнозов температуры в прогнозы водоснабжения для учета этих температурных воздействий.
Исследование дополняет многолетний проект NCAR, финансируемый Бюро мелиорации и Инженерным корпусом армии, который оценивает перспективы улучшения прогнозов сезонного стока для управления водохранилищами.«Пользователи прогнозов и заинтересованные стороны все чаще поднимают вопросы о надежности методов прогнозирования, если климат изменяет нашу гидрологию», — сказал Вуд, руководивший работой. «Это исследование помогает нам подумать о способах усовершенствования одного из наших старейших подходов — статистического прогнозирования водоснабжения — в соответствии с последними тенденциями изменения температуры. Наша текущая задача состоит в том, чтобы найти способы сделать так, чтобы уроки этой работы могли принести пользу операционному потоку. прогнозы ".
По словам Ленера, поскольку существующие модели прогнозирования были откалиброваны для условий конца 1980-х и 1990-х годов, неудивительно, что они переоценили речной сток в более засушливый период с 2000 года.«Эти статистические модели часто предполагают, что климат стабильный», — сказал Ленер. «Это предположение, которое иногда работает, но методы статистического прогнозирования будут бороться с любыми сильными изменениями в гидроклиматологии от десятилетия к десятилетию, такими как те, которые мы только что испытали».