Река Колорадо течет по разным ландшафтам, истощая водоразделы семи западных штатов. Эта система протяженностью 1450 миль является важным источником водоснабжения для сельского хозяйства, промышленности и муниципалитетов от Денвера до Тихуаны.
В засушливых районах нижнего бассейна Колорадо, образованного Невадой, Аризоной и Калифорнией, грозы, известные на метеорологическом языке как конвективные осадки, обычно контролируют сток, речной сток, водоснабжение и риск наводнений для населения в дополнение к Доступность воды для растительности.
Конвективные осадки, которые могут привести к огромным наводнениям и последующим стихийным бедствиям, генерируются теплом с поверхности Земли. Влага быстро поднимается в атмосферу, а затем очень быстро конденсируется, образуя внезапные ливни, которые плохо изучены в рамках глобальных климатических моделей и наборов данных.
Ученые используют такую информацию для изучения того, как изменение климата в будущем повлияет на количество осадков, но на сегодняшний день они в основном ничего не делают, когда речь идет о конвективных осадках. Лучшее понимание этого типа осадков может помочь ученым улучшить статистическую оценку и прогнозирование изменения климата с помощью моделирования.
С этой целью гидрологи из Института исследования Земли Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разработали простой генератор ливня (STORM). Их модель имитирует осадки в водосборных бассейнах при различных сценариях изменения климата, которые отражают различия в степени влажности или штормовости. Выводы группы, опубликованные в журнале Environmental Research Letters, дают представление о наблюдаемых или прогнозируемых региональных гидрологических тенденциях.
«Мы решаем общую проблему, которая имеет региональные последствия, особенно в районах с дефицитом воды», - сказал Майкл Сингер, также преподаватель Университета Кардиффа в Уэльсе. «Общая проблема заключается в том, что мы знаем, что изменение климата происходит по всему миру, но мы не знаем, как оно повлияет на конвективные осадки и связанный с ними сток».
Зингер и его соавтор Катерина Михаэлидис решили эту проблему, создав модель, которая позволяет исследователям исследовать различные типы изменения климата. Они применили его к району вокруг экспериментального водораздела Уолнат-Галч в Аризоне, месту с отличными долгосрочными историческими данными об осадках, регистрируемыми на поминутной основе.
«Некоторое время существовала загадка сигнала снижения стока в нижнем течении бассейна реки Колорадо, в частности, в реке Сан-Педро ниже по течению от Уолнат-Галч, что очень важно на региональном уровне в юго-восточной Аризоне», - объяснил Сингер..«В этой части бассейна люди давно подозревали, что в эти ручьи поступает меньше стока из эфемерных притоков - эфемерных, что означает, что они иногда текут, но большую часть времени пересыхают».
Сочетание модели STORM с анализом набора данных об осадках позволило исследователям получить представление о десятилетних тенденциях интенсивности муссонных дождей в условиях изменения климата. Они обнаружили, что количество осадков увеличилось, но во время сильных штормов воды стало меньше. Это противоречит прежним представлениям о том, как осадки должны реагировать на потепление атмосферы. Исследователи объяснили это явление меньшим количеством влаги, поступающей в регион из Калифорнийского залива или Тихого океана во время муссонов.
«Несмотря на то, что в целом дождь идет чаще, каждый шторм становится менее интенсивным и сбрасывает меньше воды», - сказал Сингер. «В то время как количество осадков со временем увеличивается, а небольшие штормы в целом выбрасывают больше осадков, они выпадают меньшими и более частыми всплесками. Этот менее интенсивный дождь подразумевает меньший поверхностный сток, а это означает, что мы должны увидеть снижение стока по всему бассейну. И результаты нашей модели хорошо согласуются с данными о стоке: в этом эфемерном потоке сток уменьшился».
Тем не менее, это изменение эфемерного стока было слишком незначительным, чтобы само по себе повлиять на сток вниз по течению. Сингер предположил, что региональное сокращение снежных покровов и меньшее пополнение запасов грунтовых вод на горных склонах отрицательно сказалось на водных ресурсах.
«Можно сказать, что весь бассейн реки Колорадо во многом пострадал от изменения климата», - пояснил Михаэлидес, также старший преподаватель Бристольского университета в Соединенном Королевстве. «Другие исследования показали снижение стока в верхнем бассейне Колорадо, поэтому наши результаты подтверждают более широкое региональное сокращение водных ресурсов, что, вероятно, мы увидим во многих местах по всему миру».
Несмотря на то, что STORM был разработан с использованием данных сети дождемеров в одном засушливом водосборном бассейне, он применим везде. STORM позволяет ученым за несколько десятилетий изучить детали того, где выпадают осадки и сколько их выпадает в минуту. На сегодняшний день Сингер и Михаэлидес использовали его для определения реального изменения климата в обширном регионе, но они находятся в процессе объединения STORM с моделью стока, чтобы изучить сценарии изменения климата и то, как они могут реально повлиять на масштабы и частоту изменений климата. сток.