Sinds het midden van de jaren tachtig is het percentage neerslag dat stroom wordt in het stroomgebied van de Boven-Rio Grande is in ten minste 445 jaar steiler gedaald dan ooit, volgens een nieuwe studie onder leiding van het National Center for Atmospheric Research (NCAR).

Hoewel deze daling deels werd veroorzaakt door de overgang van een ongewoon natte periode naar een ongewoon droge periode, stijgende temperaturen verdiepten de trend, aldus de onderzoekers.

De studie geeft een gedetailleerd beeld van hoe de temperatuur de afvoerverhouding heeft beïnvloed - de hoeveelheid sneeuw en regen die daadwerkelijk in de rivier terechtkomt - in de loop van de tijd, en de bevindingen kunnen helpen bij het verbeteren van de watervoorzieningsvoorspellingen voor de Rio Grande, die een bron van water is voor naar schatting 5 miljoen mensen.

De onderzoeksresultaten suggereren ook dat de afvoerverhoudingen in de Boven-Rio Grande en andere aangrenzende met sneeuw gevoede stroomgebieden, zoals het stroomgebied van de Colorado, verder zou kunnen afnemen naarmate het klimaat verder opwarmt.

"De belangrijkste variabele voor het voorspellen van de stroomafname is hoeveel het heeft geregend of gesneeuwd, " zei NCAR-wetenschapper Flavio Lehner, hoofdauteur van de studie. "Maar toen we honderden jaren terugkeken, we ontdekten dat de temperatuur ook een belangrijke invloed heeft gehad, wat momenteel niet wordt meegenomen in de voorspellingen van de watervoorziening. Wij zijn van mening dat het opnemen van temperatuur in toekomstige voorspellingen hun nauwkeurigheid zal vergroten, niet alleen in het algemeen, maar ook in het licht van klimaatverandering."

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven , werd gefinancierd door het Bureau of Reclamation, Legerkorps van ingenieurs, National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), en de Nationale Wetenschapsstichting, dat is de sponsor van NCAR.

Co-auteurs van het artikel zijn Eugene Wahl, van NOAA; Andreas Hout, van NCAR; en Douglas Blatchford en Dagmar Llewellyn, beide van het Bureau of Reclamation.

Over-voorspelling van watervoorziening

Geboren in de Rocky Mountains in het zuiden van Colorado, de Rio Grande snijdt zuidwaarts door New Mexico voordat hij naar het oosten haakt en de grens vormt tussen Texas en Mexico. Sneeuw stapelt zich de hele winter op op de toppen rond de bovenloop, en in het voorjaar begint de sneeuwlaag te smelten en de rivier te voeden.

De resulterende stroom wordt zowel door boeren als steden gebruikt, inclusief Albuquerque, New Mexico, en El Paso, Texas, en watergebruikers zijn afhankelijk van de jaarlijkse watervoorzieningsvoorspellingen om te bepalen wie hoeveel van de rivier krijgt. De voorspelling wordt ook gebruikt om te bepalen of er extra water moet worden geïmporteerd uit de San Juan-rivier, aan de andere kant van de Continental Divide, of uit het grondwater gepompt.

De huidige operationele stroomstroomvoorspellingen zijn afhankelijk van schattingen van de hoeveelheid sneeuw en regen die in het stroomgebied is gevallen, en ze gaan ervan uit dat een bepaalde hoeveelheid neerslag en sneeuwlaag altijd een bepaalde hoeveelheid stroom zal opleveren.

In recente jaren, die voorspellingen hebben de neiging om te veel te voorspellen hoeveel water er beschikbaar zal zijn, leidt tot overtoewijzing van de rivier. In een poging om deze veranderende dynamiek te begrijpen, Lehner en zijn collega's onderzochten hoe de relatie tussen neerslag en stroming, bekend als de afvoerverhouding, is in de loop van de tijd geëvolueerd.

Neerslag versus stroom:boomringen vertellen een nieuw verhaal

De wetenschappers gebruikten van boomringen afgeleide stroomstroomgegevens van buiten het Boven-Rio Grande-bekken om schattingen van neerslag in het stroomgebied te reconstrueren die teruggaan tot 1571. Vervolgens combineerden ze deze informatie met een afzonderlijke reconstructie van de stroomstroom in het bekken voor dezelfde periode. Omdat deze twee reconstructies onafhankelijk waren, het stelde het onderzoeksteam in staat om ook de runoff ratio voor elk jaar te schatten:hoe hoger de ratio, hoe groter het aandeel neerslag dat daadwerkelijk in stroom wordt omgezet.

"Voor de eerste keer, we waren in staat om deze twee hoeveelheden te nemen en ze te gebruiken om de afvoerverhoudingen van de afgelopen 445 jaar te reconstrueren, ' zei Wahl.

Ze ontdekten dat de afvoerverhouding aanzienlijk varieert van jaar tot jaar en zelfs van decennium tot decennium. De grootste factor in verband met deze variatie was neerslag. Als het minder sneeuwt boven de bergen in de bovenloop van de Rio Grande, niet alleen is er minder water beschikbaar om stroom te worden, maar de afvoerverhouding neemt ook af. Met andere woorden, een kleiner percentage van het snowpack wordt stroom tijdens drogere jaren.

Maar de wetenschappers ontdekten ook dat een andere factor de afvoerverhouding beïnvloedde:temperatuur. In de afgelopen eeuwen, de afvoerverhouding werd verminderd wanneer de temperaturen warmer waren. En de invloed van de temperatuur werd sterker tijdens drogere jaren:toen het sneeuwdek ondiep was, warme temperaturen verminderden de afvoerverhouding meer dan wanneer het sneeuwdek diep was, droogte verder verergeren. De lage afvoerverhoudingen in droge jaren waren twee en een half tot drie keer zo waarschijnlijk als de temperaturen ook hoger waren.

"Het effect van temperatuur op de afvoerverhouding is relatief klein in vergelijking met neerslag, "Zei Lehner. "Maar omdat de grootste impact is wanneer de omstandigheden droog zijn, een warmer jaar kan een toch al slechte situatie nog veel erger maken."

Een aantal factoren kan de invloed van temperatuur op de afvoerverhouding verklaren. Als het warmer is, planten nemen meer water op uit de bodem en er kan meer water direct in de lucht verdampen. Aanvullend, warmere temperaturen kunnen ertoe leiden dat sneeuw eerder in het seizoen smelt, wanneer de dagen korter zijn en de stand van de zon lager. Hierdoor smelt de sneeuw langzamer, waardoor het smeltwater in de grond kan blijven hangen en planten extra gelegenheid krijgen om het te gebruiken.

De uitgebreide reconstructie van de historische afvoerverhouding in de Boven-Rio Grande onthulde ook dat de daling van de afvoer in de afgelopen drie decennia ongekend is in het historische record. De jaren tachtig waren een ongewoon natte periode voor de Boven-Rio Grande, terwijl de jaren 2000 en 2010 ongewoon droog waren. Combineer dat met een stijging van de temperatuur in dezelfde periode, en de daling van de afvoerverhouding tussen 1986 en 2015 was anders dan alle andere stukken van die lengte in de afgelopen 445 jaar.

De oude benaderingen upgraden

Dit nieuwe begrip van hoe temperatuur de afvoerverhouding beïnvloedt, zou kunnen helpen bij het verbeteren van de watervoorzieningsvoorspellingen, die momenteel niet overwegen of de komende maanden naar verwachting heter of koeler zullen zijn dan gemiddeld. De auteurs beoordelen nu de waarde van het opnemen van seizoensgebonden temperatuurvoorspellingen in watervoorzieningsvoorspellingen om rekening te houden met deze temperatuurinvloeden.

De studie vormt een aanvulling op een meerjarig NCAR-project dat wordt gefinancierd door het Bureau of Reclamation en het Army Corps of Engineers en dat de vooruitzichten evalueert voor het verbeteren van de seizoensprognoses voor stroomstromingen voor reservoirbeheer.

"Voorspellinggebruikers en belanghebbenden stellen steeds vaker vragen over de betrouwbaarheid van voorspellingstechnieken als het klimaat onze hydrologie verandert, " zei Hout, die de inspanning leidde. "Deze studie helpt ons na te denken over manieren om een ​​van onze oudste benaderingen - statistische voorspelling van de watervoorziening - te upgraden om te reageren op recente trends in temperatuur. Onze huidige uitdaging is om manieren te vinden om ervoor te zorgen dat de lessen uit dit werk ten goede kunnen komen aan operationele stroomstroomvoorspellingen. "

Omdat de bestaande voorspellingsmodellen zijn gekalibreerd op omstandigheden eind jaren tachtig en negentig, het is niet verwonderlijk dat ze de stroming in de drogere periode sinds 2000 te veel hebben voorspeld, zei Lehner.

"Deze statistische modellen gaan er vaak van uit dat het klimaat stabiel is, " zei Lehner. "Het is een veronderstelling die soms werkt, maar statistische voorspellingstechnieken zullen worstelen met sterke veranderingen in de hydroklimatologie van decennium tot decennium, zoals degene die we zojuist hebben meegemaakt."