Kustnära ekosystem och akviferer kommer att påverkas kraftigt av klimatförändringar, inte bara från stigande temperaturer och mer flyktigt väder, inklusive förändringar i nederbördsmönster, men också från havsnivåhöjning.

I sökandet efter metoder för att analysera dessa effekter, forskare vid NJIT har identifierat kraftfulla statistiska verktyg som bör hjälpa kustforskare att både mäta och förutse förändringar i förhållanden som vattentemperatur och salthalt under ytan. Resultat från studien, finansierat av National Oceanic and Atmospheric Administration, har publicerats i Vetenskapliga rapporter .

Verktygen, känd som spektrala och samspektrala tekniker, krävde en stor datamängd för validering, som författarna hämtat från två stränder i Prince William Sound i Alaska. Särskilt, de tittade på effekterna av havsnivåvariationer på dessa stränder, samla in ett års data om vattentrycket, vattentemperatur och salthalt med trettio minuters intervall från sensorer inbäddade i sanden.

Genom att använda dessa tekniker för att identifiera trender i data, de fann att på de flesta platser, effekterna av havsnivåhöjningen sågs först i vattentrycket i akviferer, följt av förändringar i salthalt och sedan temperatur. I kölvattnet av de andra två ledande indikatorerna, eller varningssignaler, det verkar som om förändringar i temperatur skulle ta längre tid att kännas inåt landet än stigande salthalt.

"Ändringar i temperaturen sågs ibland en vecka senare än både stigande vattentryck och salthalt. Vi tillskriver detta till jordkorn som fungerar som en termisk buffert, absorberar en icke försumbar del av värmen som transporteras av havsvatten och färskt grundvatten. Således, även om havstemperaturen skulle ändras plötsligt, det skulle ta en vecka eller mer för dess effekter på kustnära akviferer att avta, sa Michel Boufadel, chef för NJIT:s centrum för utveckling och skydd av naturresurser (NRDP), en professor i miljöteknik och en författare till studien.

Vattentrycket var det första som ändrades eftersom vattnet är inkompressibelt och överför trycket snabbt. stigande salthalt, i jämförelse, lindras av spridning och utspädning av havsvatten när det interagerar med färskt grundvatten som kommer från upplandet bakom stranden.

"Alla dessa förändringar, inklusive off-kilter-sekvensen av salthalt och temperaturfronter på en viss plats, kan få konsekvenser för djur- och växtlivet i akvifärens ekosystem, sa Xiaolong Geng, en postdoktor vid NJIT och en författare till studien. "Vi tror att regelbunden datalagring med korta intervaller gör det möjligt för oss att också övervaka förändringstakten och dynamiken i dessa sårbara regioner."

Särskilt, säger forskarna, under förhållanden med låg jordpermeabilitet där förändringar i vattentryck och temperatur vanligtvis är avlägset sammankopplade, nuvarande prediktiva modeller som sträcker sig längre än en vecka skulle sannolikt minska i noggrannhet. Sådana tillvägagångssätt skulle behöva "förankras" till regelbunden insamling av data om vattentryck, salthalt, och temperatur på det sätt som meteorologiska modeller korrigeras genom mätningar vid givna tidpunkter och platser, som vid regnstationer på flygplatser. Forskarna drar slutsatsen att mätningar av kustekosystemens egenskaper bör ske en gång i veckan eller mer.