Hur kommer ekologin i Salishhavet att se ut år 2095?

Det är en viktig fråga för miljontals människor som bor längs och nära stranden av denna invecklade, sammankopplade nätverk av kustvattenvägar, inlopp, vikar, och flodmynningar som omfattar Puget Sound i delstaten Washington och det djupa vattnet i sydvästra British Columbia.

En forskargrupp från PNNL fann att det inre Salishhavet är motståndskraftigt, och att framtida svar på klimatförändringar – även om de är betydande – kommer att vara mindre allvarliga än det öppna havet.

Bygga en bild av Salish Sea ekologi

Klimatförändringar är en global fråga från tropikerna till polarområdena, men effekterna är ofta av störst oro lokalt. Det är därför som Climate Preparedness and Resilience Program från U.S. Army Corps of Engineers finansierade PNNL för att utveckla en bättre förståelse för Salishhavets framtid – hur dess ekologi kommer att reagera på ökande temperaturer, stigande havsnivåer, och växande näringsmängder.

Forskningen fokuserade på nyckelparametrar, som algblomning, havsförsurning, och årliga förekomster av hypoxi - ett tillstånd som kännetecknas av låga nivåer av löst syre. Dessa är alla ekologiska frågor av oro i Salishhavet idag och under de kommande decennierna.

Forskare använde Salish Sea Model, som utvecklades av PNNL i samarbete med Washington State Department of Ecology och genom U.S. Environmental Protection Agency anslagsstöd. Modellen är ett prediktivt havsmodelleringsverktyg för kustnära estuarinforskning, restaureringsplanering, vattenkvalitetshantering, och bedömning av klimatförändringar. Under 2018, PNNL-forskare använde den för att exakt simulera Salishhavets känslighet för antropogena näringsämnen, såsom avrinning av gödselmedel och utsläpp av avloppsvatten (Khangaonkar et al., 2018).

Enligt PNNL programchef Tarang Khangaonkar, denna milstolpe 2018-prestation – framgångsrik förutsägelse av Salish Sea biogeokemiska cykler inklusive förekomst, timing, och varaktigheten av hypoxi på platser som historiskt är kända för dålig kvalitet och fiskdöd – hjälpte till att möjliggöra den senaste studien. "Den forskningen visade att vår modell fungerade på ett robust sätt, så vi kunde använda det för att svara på nya frågor – för att ta reda på hur denna vattenförekomst kommer att förändras med klimatförändringarna, " han sa.

För att anta utmaningen, PNNL-forskare tillämpade nedskalade utdata från National Center for Atmospheric Researchs Community Earth System Model, en välkänd och ofta tillämpad global klimatmodell, att köra Salish Sea Model. Teamet simulerade en enda prognos av 95 års förändring under den representativa koncentrationsvägen 8.5 (RCP8.5) utsläppsscenario för växthusgaser, i förhållande till år 2000. Detta motsvarar ett scenario med höga utsläpp i Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 5:e utvärderingsrapport motsvarande okontrollerade utsläpp av växthusgaser. Ekologiska institutionen samarbetade genom att tillhandahålla inmatningsdata, såsom vattendelare och avloppsvattenbelastningar i havet, med hänsyn till framtida markanvändningsförändringar och befolkningstillväxt.

Studieresultat:Salish Sea 2095

Publicerad i tidskriften JGR Oceans, "Salish Seas svar på globala klimatförändringar, Höjning av havsnivån, och framtida näringsmängder" (Khangaonkar T, En Nugraha, W Xu, och K Balaguru, 2019) projekterar effekter på Salishhavet till 2095, inklusive högre vattentemperatur (+1,5°C), högre havsnivåer (+1,5 meter), större försurning, och minskade upplösta syrehalter.

Ett område med årligt återkommande hypoxi i dessa 6, Vattenförekomsten på 900 kvadratkilometer förväntas öka från mindre än 1 procent av den totala ytan idag till cirka 16 procent år 2095.

Den snabbt växande befolkningen i större Seattle och Vancouver, FÖRE KRISTUS, storstadsområden – tillsammans med stigande vattentemperaturer – spelar också en roll för vattnets framtida tillstånd. Med fler människor kommer en större mängd näringsämnen som bidrar till algtillväxt, med biomassa som beräknas öka med cirka 23 procent. Dessutom, att biomassa kan skifta från samhällen som domineras av kiselalger till sådana som domineras av dinoflagellater.

"Dessa förändringar har en betydande effekt på sammansättningen av växtplanktonarter. Vissa arter som dinoflagellater kan gynnas och andra som kiselalger inte. Det är arterna som gynnar varmare vatten som kommer att bli mer dominerande, "Khangaonkar sa, noterar att fynden är baserade på matematiska bedömningar som inte tar hänsyn till biologisk anpassning.

En spänstig vattenmassa

Trots betydande prognostiserade förändringar, studien indikerar att framtida svar på klimatförändringar i Salishhavet skulle vara mindre allvarliga i förhållande till förändringar som förutspås i det öppna havet. Större motståndskraft kan tillskrivas stark vertikal cirkulation och blandning av ytskikt med djupt vatten som ger en fysisk buffert för att hålla Salishhavets vatten svalare, mer syresatt, och mindre surt.

"En av anledningarna till att vi startade den här studien var att lära oss vad klimatförändringar kommer att innebära för våra kustnära områden i Salishhavet, "Khangaonkar sa. "Kommer det att påverkas mer än de kustnära Stilla havets vatten? Blir det mindre?"

Forskargruppen fann att blandning och djuphavscirkulation i Salishhavet ger befrielse från mycket starkare globala klimatförändringar. Medan medeltemperaturen vid den öppna havshyllan förväntas öka med 2,6°C, genomsnittet i Salishhavet beräknas stiga med 1,5°C. Liknande, genomsnittligt löst syre vid gränsen för den öppna havshyllan förväntas minska med 1,7 milligram per liter, inne i Salish havet, den genomsnittliga nivån av upplöst syre sjunker hälften av den mängden.

Cirkulationen är viktig för vattenkvaliteten. "När människor tänker på klimatförändringar, " förklarade Khangaonkar, "deras första antaganden är högre temperaturer och stigande havsnivåer, och att det kommer att förändra nuvarande mönster och tidvattenrörelser betydligt. Men vi fann att detta inte var fallet för Salish Sea. "

Forskargruppen använde modellen för att undersöka volymflödet (utbytesflödet) av vatten som rör sig in i Salishhavet från Stilla havet. Skulle denna mängd som är nästan 20 gånger så stor som allt sötvatteninflöde tillsammans förändras? Och i så fall, kommer det att påverka spolning och vattenkvalitet? Studieresultaten visade att två faktorer verkar motverka varandra för att göra cirkulationsförändringen obetydlig.

Smältande polaris påverkar havets salthalt och minskar flodmynningens cirkulationsstyrka som drivs av salthaltsgradienter. På samma gång, havsnivåhöjning ökar cirkulationsstyrkan och de två faktorerna avbryter i huvudsak varandra för de djupa fjordliknande vattnen i Salishhavet.

Khangaonkar varnar för att Salishhavets motståndskraft är begränsad till den djupare flodmynningens blandningsregion mellan kontinentalsockeln och floder. "När vi går in i tidvattenområdena och uppför floden, vi finner att effekterna av klimatförändringarna är högre, " han sa.

Till exempel, flodmynningen mellan tidvatten och Snohomish River, som är en inre Salish Sea subbasin, förutspås uppleva upp till 3°C årlig genomsnittlig yttemperaturökning. Liknande, till följd av havsnivåhöjning, salthaltsinstrånget förutspås sträcka sig så långt uppströms som 18 km från flodens mynning i förhållande till 7 km under historiska förhållanden för Snohomishs mynning.

Att föra Salish Sea-modellen till världen

PNNL genomför många tillämpningar av Salish Sea Model för att hjälpa till med planering och design av restaurering av livsmiljöer nära kusten, analys till stöd för återupprättande av fiskvandringsvägar, och bedömning av vattenkvalitetskonsekvenser för hela bassängen. Metoderna, modeller, och förfaranden som används för att nedskala globala klimatförändringsprognoser för Salish Sea-regionen, kan användas för liknande analys i andra regioner. Applikationsresultaten och lösningsfilerna från Salish Sea Model görs rutinmässigt tillgängliga för samarbetspartners på begäran.