По данным нового исследования, проведенного Национальным центром атмосферных Исследования (NCAR).
Хотя это снижение было частично вызвано переходом от необычно влажного периода к необычно засушливому периоду, повышение температуры усугубило эту тенденцию, говорят исследователи.
Исследование рисует подробную картину того, как температура повлияла на коэффициент стока - количество снега и дождя, которые фактически попадают в реку - с течением времени, и результаты могут помочь улучшить прогнозы водоснабжения для Рио-Гранде., который является источником воды для примерно 5 миллионов человек.
Результаты исследования также показывают, что коэффициент стока в Верхнем Рио-Гранде и других соседних водосборных бассейнах, питаемых снегом, таких как бассейн реки Колорадо, может еще больше снизиться по мере того, как климат продолжает нагреваться.
«Самая важная переменная для прогнозирования речного стока - это количество дождей или снегопадов», - сказал ученый NCAR Флавио Ленер, ведущий автор исследования. «Но когда мы оглянулись на сотни лет назад, мы обнаружили, что температура также оказала важное влияние, которое 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 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 из NOAA; Эндрю Вуд из NCAR; и Дуглас Блатчфорд и Дагмар Ллевеллин, оба из Бюро мелиорации.
Завышенный прогноз водоснабжения
Рожденный в Скалистых горах на юге Колорадо, Рио-Гранде пересекает Нью-Мексико на юг, а затем зацепляется на восток и образует границу между Техасом и Мексикой. Зимой на вершинах, окружающих истоки, скапливается снег, а весной снежный покров начинает таять и питать реку.
Полученный речной сток используется как фермерами, так и городами, включая Альбукерке, Нью-Мексико, и Эль-Пасо, Техас, а водопользователи зависят от ежегодных прогнозов водоснабжения, чтобы определить, кто получает часть реки. Прогноз также используется, чтобы определить, нужно ли импортировать дополнительную воду из реки Сан-Хуан, на другой стороне континентального водораздела, или закачивать ее из подземных вод.
Текущие оперативные прогнозы речного стока зависят от оценок количества снега и дождя, выпавших в бассейне, и предполагают, что определенное количество осадков и снежного покрова всегда будут давать определенное количество речного стока.
В последние годы эти прогнозы, как правило, завышали количество доступной воды, что приводило к перераспределению ресурсов реки. Пытаясь понять эту меняющуюся динамику, Ленер и его коллеги исследовали, как взаимосвязь между осадками и речным стоком, известная как коэффициент стока, развивалась с течением времени.
Осадки и речной сток: кольца деревьев рассказывают новую историю
Ученые использовали данные о речных потоках, полученные по годичным кольцам деревьев за пределами бассейна Верхнего Рио-Гранде, чтобы реконструировать оценки осадков в пределах водораздела, начиная с 1571 года. Затем они объединили эту информацию с отдельной реконструкцией речного стока в бассейне для 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 речной сток.
«Впервые мы смогли взять эти две величины и использовать их для реконструкции коэффициентов стока за последние 445 лет», - сказал Валь.
Они обнаружили, что коэффициент стока значительно варьируется от года к году и даже от десятилетия к десятилетию. Самым большим фактором, связанным с этим изменением, были осадки. Когда в горах в верховьях Рио-Гранде выпадает меньше снега, не только меньше воды становится речным стоком, но и снижается коэффициент стока. Другими словами, меньший процент снежного покрова становится речным течением в более засушливые годы.
Но ученые также обнаружили, что на коэффициент стока влияет еще один фактор: температура. За последние несколько столетий коэффициент стока уменьшился, когда температура стала выше. И влияние температуры усиливалось в более засушливые годы: когда снежный покров был неглубоким, высокие температуры уменьшали коэффициент стока больше, чем когда снежный покров был глубоким, что еще больше усугубляло условия засухи. Низкий коэффициент стока, наблюдаемый в засушливые годы, был в два с половиной-три раза более вероятным, когда температура также была более высокой.
«Влияние температуры на коэффициент стока относительно невелико по сравнению с осадками», - сказал Ленер. «Но поскольку наибольшее влияние оказывает сухая погода, более теплый год может значительно усугубить и без того плохую ситуацию».
Ряд факторов может объяснить влияние температуры на коэффициент стока. Когда становится теплее, растения поглощают больше воды из почвы, и больше воды может испаряться прямо в воздух. Кроме того, более высокие температуры могут привести к таянию снега в начале сезона, когда дни короче, а 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 были необычно влажным периодом для Верхнего Рио-Гранде, а 2000-е и 2010-е были необычно засушливыми. В сочетании с повышением температуры за тот же период и снижением коэффициента поверхностного стока в период с 1986 по 2015 год это было не похоже ни на один другой участок такой длины за последние 445 лет.
Обновление старых подходов
Это новое понимание того, как температура влияет на коэффициент стока, может помочь улучшить прогнозы водоснабжения, которые в настоящее время не учитывают, будут ли предстоящие месяцы более жаркими или прохладными, чем в среднем. В настоящее время авторы оценивают ценность включения сезонных прогнозов температуры в прогнозы водоснабжения для учета этих температурных влияний.
Исследование дополняет многолетний проект NCAR, финансируемый Бюро мелиорации и Инженерным корпусом армии, который оценивает перспективы улучшения сезонных прогнозов речного стока для управления водохранилищами.
«Пользователи прогнозов и заинтересованные стороны все чаще задают вопросы о надежности методов прогнозирования, если климат меняет нашу гидрологию», - сказал Вуд, который руководил работой. «Это исследование помогает нам подумать о том, как усовершенствовать один из наших самых старых подходов - статистическое прогнозирование водоснабжения - с учетом последних тенденций изменения температуры. Наша текущая задача состоит в том, чтобы найти способы убедиться, что уроки этой работы могут быть полезны для оперативных прогнозов речного стока».
Поскольку существующие модели прогнозирования были откалиброваны с учетом условий конца 1980-х и 1990-х годов, неудивительно, что они завышали прогнозы речного стока в более засушливый период с 2000 года, сказал Ленер.
«Эти статистические модели часто предполагают, что климат стабилен», - сказал Ленер. «Это предположение иногда работает, но методы статистического прогнозирования будут бороться с любыми сильными изменениями в гидроклиматологии от десятилетия к десятилетию, такими как то, что мы только что испытали».