Under de senaste åren har skogsbränder i västra USA har inträffat med ökande frekvens och skala. Klimatförändringsscenarier i Kalifornien förutspår längre perioder av torka med potential för förhållanden som är ännu mer mottagliga för skogsbränder. Sierra Nevada -bergen ger upp till 70% av statens vattenresurser, men det är lite känt om hur skogsbränder kommer att påverka vattenresurserna i framtiden.

En ny studie av forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) använder en numerisk modell av en viktig vattendelare i Kalifornien för att belysa hur bränder kan påverka storskaliga hydrologiska processer, som strömflöde, grundvattennivåer, och snöpackning och snösmältning. Teamet fann att förhållandena efter skogsbrand resulterade i större vintersnöpackning och därefter större sommaravrinning samt ökad grundvattenlagring.

Studien, "Watershed Dynamics Following Wildfires:Nonlinear Feedbacks and Implications on Hydrologic Responses, "publicerades nyligen i tidningen, Hydrologiska processer .

"Vi ville förstå hur förändringar på landytan kan sprida sig till andra platser i vattendelen, "sa studiens huvudförfattare, Fadji Maina, en postdoktor i Berkeley Labs Earth &Environmental Sciences Area. "Tidigare studier har tittat på individuella processer. Vår modell knyter ihop det och ser på systemet holistiskt."

Forskarna modellerade Cosumnes River vattendelare, som sträcker sig från Sierra Nevadas, börjar strax sydväst om Lake Tahoe, ner till Central Valley, slutar strax norr om Sacramento -deltaet. "Det är ganska representativt för många vattenområden i staten, "säger Berkeley Lab -forskaren Erica Woodburn, medförfattare till studien. "Vi hade tidigare konstruerat den här modellen för att förstå hur vattenområden i staten kan reagera på extrema klimatförändringar. I denna studie, Vi använde modellen för att numeriskt utforska hur förändringar efter täckning av markens täckning påverkade vattendelningen i landskapet över en rad rumsliga och tidsmässiga upplösningar. "

Med hjälp av högpresterande datorer för att simulera vattendelars dynamik under en period av ett år, och antar ett 20% brännarea baserat på historiska händelser, studien gjorde det möjligt för dem att identifiera de områden i vattendelen som var mest känsliga för skogsbränder, liksom de hydrologiska processer som påverkas mest.

Några av resultaten var kontraintuitiva, sa forskarna. Till exempel, evapotranspiration, eller förlust av vatten till atmosfären från jorden, löv, och genom växter, minskar vanligtvis efter en löpeld. Dock, vissa regioner i Berkeley Lab -modellen upplevde en ökning på grund av förändringar i ytvattenavrinningsmönster i och nära brännärr.

"Efter en brand är det färre träd, vilket leder till en förväntan om mindre evapotranspiration, "Sa Maina." Men på vissa platser såg vi faktiskt en ökning. Det beror på att elden kan förändra grundvattnets fördelning under ytan. Så det finns olinjära och förökande effekter av att ändra markskyddet som leder till motsatta trender än vad du kan förvänta dig av att ändra markskyddet. "

Att byta markskydd leder till en förändring i snöpackdynamiken. "Det kommer att förändra hur mycket och när snön smälter och matar floderna, "Sa Woodburn." Det kommer i sin tur att påverka grundvattnet. Det är en kaskad effekt. I modellen kvantifierar vi hur mycket den rör sig i rum och tid, vilket är något du bara kan göra exakt med den typ av högupplöst modell vi har konstruerat. "

Hon tillade:"Ändringarna av flödesflöden och grundvattennivåer efter en löpeld är särskilt viktiga mätvärden för intressenter inom vattenförvaltning, som till stor del förlitar sig på denna naturresurs men har lite sätt att förstå hur de kan påverkas med tanke på skogsbränder i framtiden. Studien illustrerar verkligen den integrerande karaktären hos hydrologiska processer över gränssnittet Sierra Nevada-Central Valley i staten. "

Berkeley Lab -forskare studerar också hur skogsbränderna i Sonoma County 2017 har påverkat regionens vattensystem, inklusive biogeokemin för den ryska flodens vattendelare. "Att utveckla en förutsägbar förståelse för påverkan av en löpeld på både vattentillgänglighet och vattenkvalitet är avgörande för Kaliforniens vattenresistens, "sa Susan Hubbard, associerad laboratoriedirektör för jord- och miljövetenskap vid Berkeley Lab. "Högpresterande datorer gör det möjligt för våra forskare att numeriskt utforska hur komplexa vattendelar svarar på en rad framtida scenarier, och tillhörande nedgraderingseffekter som är viktiga för vattenhanteringen. "