De nordamerikanska stora sjöarna innehåller ungefär en femtedel av världens ytvatten. I maj, nya högvattenrekord sattes på Lakes Erie och Superior, och det har varit omfattande översvämningar över Ontariosjön för andra gången på tre år. Dessa händelser sammanfaller med ihållande nederbörd och kraftiga översvämningar över stora delar av centrala Nordamerika.

Så sent som 2013, vattennivåerna på de flesta av de stora sjöarna var mycket låga. Vid den tiden föreslog några experter att klimatförändringar, tillsammans med andra mänskliga handlingar som kanalmuddring och vattendragning, skulle få vattennivån att fortsätta sjunka. Detta scenario väckte allvarlig oro. Över 30 miljoner människor bor inom Great Lakes -bassängen, och många är direkt beroende av sjöarna för dricksvatten, industriell användning, kommersiell sjöfart och rekreation.

Men sedan 2014 har problemet varit för mycket vatten, inte för lite. Högt vatten utgör lika många utmaningar för regionen, inklusive stranderosion, fastighetsskador, förskjutning av familjer och förseningar med plantering av vårgrödor. New York -guvernören Andrew Cuomo förklarade nyligen undantagstillstånd som svar på översvämningarna runt Lake Ontario samtidigt som han krävde bättre planeringsbeslut i ljuset av klimatförändringarna.

Som forskare specialiserade på hydrologi och klimatvetenskap, vi tror att snabba övergångar mellan extremt höga och låga vattennivåer i de stora sjöarna representerar det "nya normalen". Vår syn bygger på interaktioner mellan global klimatvariation och komponenterna i den regionala hydrologiska cykeln. Ökande nederbörd, hotet om återkommande perioder med hög avdunstning, och en kombination av både rutinmässiga och ovanliga klimathändelser - till exempel extrema kalla luftutbrott - sätter regionen i okänt område.

Beräknar sjöarnas vattenbudget

Nuvarande vattennivåer på Great Lakes sätter rekord. Lake Superior, den största sötvattensjön på jorden efter yta, överträffade sitt rekord på 602,82 fot under maj månad, och är redo att sätta nytt rekord för juni månad. Lake Erie, världens nionde största sjö efter ytarea, överträffade inte bara rekordvattennivån för maj månad, men också dess rekordnivå per månad på 574,28 fot, som har stått sedan juni 1986.

Dessa ytterligheter beror på förändringar i de stora sjöarnas vattenbudget - förflyttning av vatten till och från sjöarna. Vattennivåerna över sjöarna fluktuerar över tiden, påverkas främst av tre faktorer:regn och snöfall över sjöarna, avdunstning över sjöarna, och avrinning som kommer in i varje sjö från det omgivande landet genom bifloder och floder. Avrinning påverkas direkt av nederbörd över land, snötäcke och jordfuktighet.

Interaktioner mellan dessa faktorer driver förändringar i mängden vatten som lagras i var och en av de stora sjöarna. Till exempel, i slutet av 1990-talet ökade ytvattentemperaturerna på Lakes Superior och Michigan-Huron med ungefär 2 grader C. Vatten avdunstar snabbare när det är varmare, och under denna period var förångningstakten nästan 30% över årsgenomsnittsnivåerna. Vattennivåerna vid Lake Michigan-Huron sjönk till de lägsta nivåer som någonsin registrerats.

Then in 2014 the Midwest experienced an extraordinary cold air outbreak, widely dubbed the "polar vortex." The lakes froze and evaporation rates dropped. Som ett resultat, water levels surged.

At roughly the same time, precipitation was increasing. The 2017 Lake Ontario flood followed a spring of extreme overland precipitation in the Lake Ontario and Saint Lawrence River basins. The 2019 flood follows the wettest U.S. winter in history.

What do these trends mean for water levels? In addition to the current onset of record highs, water levels in Lake Erie have been rising earlier in spring and declining earlier in fall. More winter precipitation is falling, often as snow. The snow is melting earlier in response to rising temperatures and shorter winters. The resulting runoff is then amplified in years like 2019 with large springtime rains. The net effect of this combination of hydrological events is that Lake Erie's current water levels are much higher than usual for this time of year.

Klimatförändringarnas roll

Great Lakes water levels have varied in the past, so how do we know whether climate change is a factor in the changes taking place now?

Precipitation increases in winter and spring are consistent with the fact that a warming atmosphere can transport more water vapor. Converting water from vapor to liquid and ice releases energy. Som ett resultat, increased atmospheric moisture contributes to more precipitation during extreme events. Det är, when weather patterns are wet, they are very wet.

Changes in seasonal cycles of snowmelt and runoff align with the fact that spring is coming earlier in a changing climate. Climate models project that this trend will continue. Liknande, rising lake temperatures contribute to increased evaporation. When weather patterns are dry, this produces lower lake levels.

Wet and dry periods are influenced by storm tracks, which are related to global-scale processes such as El Niño. Liknande, cold air outbreaks are related to the Arctic Oscillation and associated shifts in the polar jet stream. These global patterns often have indirect effects on Great Lakes weather. It is uncertain how these relationships will change as the planet warms.

Tools for better forecasts

Rapid changes in weather and water supply conditions across the Great Lakes and upper Midwest are already challenging water management policy, engineering infrastructure and human behavior. We are undoubtedly observing the effects of a warming climate in the Great Lakes, but many questions remain to be answered.

The Great Lakes are, kollektivt, a critical water resource. Government agencies and weather forecasters need new tools to assess how future climate conditions may affect the Great Lakes water budget and water levels, along with better shorter-term forecasts that capture changing conditions.

Innovative techniques, such as incorporating information from snow and soil moisture maps into seasonal water supply forecasts, can help capture a full picture of what is happening to the water budget. The bigger point is that past conditions around the Great Lakes are not a reliable basis for decision-making that will carry into the future.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.