In recente jaren, bosbranden in het westen van de Verenigde Staten hebben zich met toenemende frequentie en schaal voorgedaan. Scenario's voor klimaatverandering in Californië voorspellen langdurige perioden van droogte met potentieel voor omstandigheden die nog vatbaarder zijn voor bosbranden. De Sierra Nevada Mountains bieden tot 70% van de watervoorraden van de staat, toch is er weinig bekend over de invloed van bosbranden op de watervoorraden in de toekomst.

Een nieuwe studie door wetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) gebruikt een numeriek model van een belangrijk stroomgebied in Californië om licht te werpen op hoe bosbranden grootschalige hydrologische processen kunnen beïnvloeden. zoals stroom, grondwaterstanden, en snowpack en snowmelt. Het team ontdekte dat de omstandigheden na de bosbrand resulteerden in een groter sneeuwpakket in de winter en vervolgens een grotere afvoer in de zomer en een grotere grondwateropslag.

De studie, "Watershed Dynamics na bosbranden:niet-lineaire feedback en implicaties op hydrologische reacties, " werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift, Hydrologische processen .

"We wilden begrijpen hoe veranderingen aan het landoppervlak zich kunnen voortplanten naar andere locaties van de waterscheiding, " zei de hoofdauteur van de studie, Fadji Maina, een postdoctoraal onderzoeker in Berkeley Lab's Earth &Environmental Sciences Area. "Eerdere studies hebben gekeken naar individuele processen. Ons model verbindt het met elkaar en kijkt holistisch naar het systeem."

De onderzoekers modelleerden het stroomgebied van de Cosumnes, die zich uitstrekt van de Sierra Nevadas, beginnend net ten zuidwesten van Lake Tahoe, naar de Centrale Vallei, eindigend net ten noorden van de Sacramento Delta. "Het is behoorlijk representatief voor veel stroomgebieden in de staat, " zei Berkeley Lab-onderzoeker Erica Woodburn, co-auteur van de studie. "We hadden dit model eerder geconstrueerd om te begrijpen hoe stroomgebieden in de staat zouden kunnen reageren op extreme klimaatverandering. In deze studie, we gebruikten het model om numeriek te onderzoeken hoe veranderingen in landbedekking na een bosbrand de waterverdeling in het landschap beïnvloedden over een reeks ruimtelijke en temporele resoluties."

Met behulp van high-performance computing om de dynamiek van stroomgebieden over een periode van een jaar te simuleren, en uitgaande van een verbrandingsgebied van 20% op basis van historische gebeurtenissen, de studie stelde hen in staat om de regio's in het stroomgebied te identificeren die het meest gevoelig waren voor bosbranden, evenals de hydrologische processen die het meest worden beïnvloed.

Sommige bevindingen waren contra-intuïtief, aldus de onderzoekers. Bijvoorbeeld, verdamping, of het verlies van water naar de atmosfeer uit de bodem, bladeren, en door planten, neemt doorgaans af na natuurbrand. Echter, sommige regio's in het Berkeley Lab-model zagen een toename als gevolg van veranderingen in de afvloeiingspatronen van oppervlaktewater in en nabij brandwondenlittekens.

"Na een brand zijn er minder bomen, wat leidt tot een verwachting van minder verdamping, " zei Maina. "Maar op sommige locaties zagen we juist een stijging. Dat komt omdat de brand de ondergrondse verdeling van het grondwater kan veranderen. Er zijn dus niet-lineaire en zich voortplantende effecten van het veranderen van de landbedekking die leidt tot tegengestelde trends dan wat je zou verwachten van het veranderen van de landbedekking."

Het veranderen van de landbedekking leidt tot een verandering in de dynamiek van het sneeuwdek. "Dat zal veranderen hoeveel en wanneer de sneeuw smelt en de rivieren voedt, " Woodburn zei. "Dat zal op zijn beurt het grondwater beïnvloeden. Het is een cascade-effect. In het model kwantificeren we hoeveel het beweegt in ruimte en tijd, dat is iets wat je alleen nauwkeurig kunt doen met het type hoge resolutie model dat we hebben gebouwd."

Ze voegde eraan toe:"De veranderingen in de stroomstroming en het grondwaterpeil na een natuurbrand zijn vooral belangrijke maatstaven voor belanghebbenden op het gebied van waterbeheer. die grotendeels afhankelijk zijn van deze natuurlijke hulpbron, maar weinig begrijpen hoe ze in de toekomst kunnen worden beïnvloed door bosbranden. De studie is echt illustratief voor de integratieve aard van hydrologische processen in de Sierra Nevada-Central Valley-interface in de staat."

Onderzoekers van Berkeley Lab bestuderen ook hoe de bosbranden in Sonoma County in 2017 de watersystemen in de regio hebben aangetast. inclusief de biogeochemie van het stroomgebied van de Russische rivier. "Het ontwikkelen van een voorspellend begrip van de invloed van natuurbranden op zowel de waterbeschikbaarheid als de waterkwaliteit is van cruciaal belang voor de waterbestendigheid van Californië, " zei Susan Hubbard, de Associate Laboratory Director of Earth and Environmental Sciences bij Berkeley Lab. "High-performance computing stelt onze wetenschappers in staat om numeriek te onderzoeken hoe complexe stroomgebieden reageren op een reeks toekomstige scenario's, en de bijbehorende neerwaartse effecten die belangrijk zijn voor het waterbeheer."