Исследование, проведенное Техасским университетом в Остине, показало, что расчеты запасов воды во многих речных бассейнах на основе широко используемых глобальных компьютерных моделей заметно отличаются от независимых оценок запасов, полученных со спутников GRACE.
Выводы, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences 22 января, поднимают вопросы о глобальных моделях, которые использовались в последние годы для помощи в оценке водных ресурсов и потенциально влияют на управленческие решения.
В исследовании использовались измерения со спутников GRACE с 2002 по 2014 год для определения изменений запасов воды в 186 речных бассейнах по всему миру и сравнение результатов с моделированием, сделанным с помощью семи широко используемых моделей.
Спутники GRACE, управляемые НАСА и Немецким аэрокосмическим центром, измеряют изменения силы тяжести на Земле, на значение которой влияют изменения в запасах воды в той или иной области. Компьютерные модели, используемые государственными учреждениями и университетами, были разработаны для оценки исторических и/или основанных на сценариях потоков в гидрологическом цикле, таких как речной сток, эвапотранспирация и изменения запасов, включая влажность почвы и грунтовые воды.
«Люди все больше и больше полагаются на глобальные модели для определения прогнозов воздействия использования воды человеком и климата на водные ресурсы», - сказала ведущий автор Бриджит Скэнлон, старший научный сотрудник Бюро экономической геологии университета. «Теперь мы можем оценить изменения запасов воды на основе моделей с данными GRACE, что говорит о том, что модели могут недооценивать большие изменения запасов воды, как значительные тенденции к снижению, так и к росту».
Например, данные GRACE показывают, что в бассейне реки Амазонки запасы воды увеличились на 41-43 кубических километра за исследуемый период - это самый большой прирост запасов воды среди всех бассейнов в мире. Но большинство моделей предсказывали значительное сокращение запасов воды, а одна из них имитировала потерю 70 кубических километров. Модель, которая наиболее точно соответствовала данным GRACE, рассчитала увеличение всего на 11 кубических километров.
В бассейне реки Ганг GRACE показала потерю от 12 до 17 кубических километров воды в год в течение 12-летнего периода - самое большое уменьшение запасов воды, измеренное исследованием. Модели варьируются от потери 7 кубических километров до увеличения 7 кубических километров.
В целом, результаты модели подсчитали снижение мировых запасов воды в течение периода исследования, в то время как данные GRACE показывают, что они росли. Однако в исследовании отмечается, что, хотя климат увеличил запасы воды во всем мире, люди вызвали значительное снижение в некоторых регионах. Изучаемая территория покрывала около 63 процентов площади суши в мире и не включала Гренландию и Антарктиду, поскольку большая часть воды в этих районах находится в ловушке ледников или ледяных щитов.
Исследование показывает, что есть регионы, где глобальные модели нуждаются в улучшении, сказал соавтор Ханнес Мюллер Шмид, старший научный сотрудник Университета Гёте во Франкфурте. Глобальная перспектива исследования может помочь ученым понять, почему модели работают лучше в одних областях, чем в других, и сосредоточиться на областях, где они не совпадают с данными.
Основываясь на комплексной оценке изменений запасов воды, мы получили важную дополнительную информацию и теперь можем сосредоточиться на сложных регионах и более глубоко проанализировать, какие процессы необходимо включить, например, динамику поймы и эффекты подпора в Амазонка, или ее нужно улучшить, как добыча воды людьми в бассейне реки Ганг», - сказал Мюллер Шмид.
В исследовании также отмечается, что ученые должны работать над улучшением региональных оценок.
«GRACE великолепна, потому что она освещает глобальную картину того, что происходит с глобальными запасами воды, и в крупном масштабе действительно приятно видеть, что происходит», - сказал Скэнлон. «Но обеспечение наличия воды для потребления человеком и сельского хозяйства во многих случаях является региональной или местной проблемой, и мы должны уделять больше внимания анализу в этом масштабе, например, путем интеграции местных данных. Конкретную ситуацию можно было бы изучить гораздо лучше, чем только исследования глобального масштаба».
В команду вошли дополнительные исследователи из Бюро экономической геологии UT Austin, Утрехтского университета (Нидерланды), Лаборатории реактивного движения НАСА, Университета Цинхуа (Китай) и Реннского университета (Франция). Бюро является исследовательским подразделением Школы наук о Земле Джексона.
Исследование финансировалось Школой наук о Земле Джексона.