В последние годы лесные пожары на западе США происходят все чаще и в большем масштабе. Сценарии изменения климата в Калифорнии предсказывают длительные периоды засухи с потенциальными условиями, еще более благоприятными для лесных пожаров. Горы Сьерра-Невада обеспечивают до 70% водных ресурсов штата, но мало что известно о том, как лесные пожары повлияют на водные ресурсы в будущем.
Новое исследование, проведенное учеными из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab), использует численную модель важного водораздела в Калифорнии, чтобы пролить свет на то, как лесные пожары могут влиять на крупномасштабные гидрологические процессы, такие как речной сток и уровень грунтовых вод., а также снежный покров и таяние снега. Команда обнаружила, что условия после лесных пожаров привели к большему снежному покрову зимой и, следовательно, к большему стоку летом, а также к увеличению запасов подземных вод..
Исследование «Динамика водоразделов после лесных пожаров: нелинейные обратные связи и влияние на гидрологические реакции» было недавно опубликовано в журнале Hydrological Processes.
«Мы хотели понять, как изменения на поверхности земли могут распространяться на другие участки водораздела», - сказал ведущий автор исследования Фаджи Майна, научный сотрудник в области наук о Земле и окружающей среде лаборатории Беркли. «Предыдущие исследования рассматривали отдельные процессы. Наша модель связывает их воедино и рассматривает систему целостно».
Исследователи смоделировали водораздел реки Косумнес, который простирается от Сьерра-Невадас, начиная к юго-западу от озера Тахо, вниз к Центральной долине, заканчиваясь к северу от дельты Сакраменто. «Это довольно репрезентативно для многих водоразделов в штате», - сказала исследователь лаборатории Беркли Эрика Вудберн, соавтор исследования. «Ранее мы построили эту модель, чтобы понять, как водосборные бассейны в штате могут реагировать на экстремальные изменения климата. и временные разрешения."
Используя высокопроизводительные вычисления для моделирования динамики водосбора в течение одного года и предполагая, что площадь выгорания составляет 20% на основе исторических событий, исследование позволило им определить регионы водосбора, наиболее чувствительные к лесным пожарам. условия, а также наиболее затронутые гидрологические процессы.
Некоторые выводы противоречили интуиции, говорят исследователи. Например, эвапотранспирация или потеря воды в атмосферу из почвы, листьев и растений обычно уменьшается после лесного пожара. Тем не менее, в некоторых регионах в модели Berkeley Lab наблюдалось увеличение из-за изменений в структуре стока поверхностных вод в гарях и вблизи них.
«После пожара остается меньше деревьев, что приводит к ожидаемому меньшему суммарному испарению», - сказал Майна. «Но в некоторых местах мы действительно наблюдали увеличение. Это связано с тем, что пожар может изменить подповерхностное распределение грунтовых вод. Таким образом, существуют нелинейные и распространяющиеся воздействия изменения земного покрова, которые приводят к тенденциям, противоположным тем, которые вы могли бы ожидать от изменения земного покрова.."
Изменение земного покрова приводит к изменению динамики снежного покрова. «Это изменит то, насколько и когда снег тает и питает реки», - сказал Вудберн.«Это, в свою очередь, повлияет на грунтовые воды. Это каскадный эффект. В модели мы количественно определяем, насколько она перемещается в пространстве и времени, а это то, что вы можете сделать точно только с моделью высокого разрешения, которую мы построили».
Она добавила: «Изменения стока ручья и уровня грунтовых вод после лесного пожара являются особенно важными показателями для заинтересованных сторон, занимающихся управлением водными ресурсами, которые в значительной степени полагаются на этот природный ресурс, но плохо понимают, как они могут быть затронуты, учитывая лесные пожары в будущее. Исследование действительно иллюстрирует интегративный характер гидрологических процессов на границе Сьерра-Невада-Центральная долина в штате».
Исследователи лаборатории Беркли также изучают, как лесные пожары в округе Сонома в 2017 году повлияли на водные системы региона, в том числе на биогеохимию водораздела реки Русская. «Развитие прогностического понимания влияния лесных пожаров как на доступность воды, так и на качество воды имеет решающее значение для устойчивости воды в Калифорнии», - сказала Сьюзан Хаббард, заместитель директора лаборатории наук о Земле и окружающей среде в лаборатории Беркли.«Высокопроизводительные вычисления позволяют нашим ученым численно исследовать, как сложные водосборные бассейны реагируют на ряд будущих сценариев, а также связанные с ними воздействия понижения градиента, которые важны для управления водными ресурсами».