När världen värms upp och nederbörd som skulle ha genererat snöpackningar istället skapar regn, västra USA kunde se större översvämningar, enligt ny Stanford-forskning.

En analys av över 400 vattendelar från 1980 till 2016 visar att vinteröversvämningar som drivs av regn kan vara mer än 2,5 gånger så stora som de som drivs av snösmältning. Forskarna fann också att översvämningsstorlekarna ökar exponentiellt när en större del av nederbörden faller som regn, vilket innebär att översvämningarnas storlek ökade i snabbare takt än ökningen av regn.

Studien, som visas i januarinumret av Vattenresursforskning , är särskilt framträdande för människor som planerar infrastruktur samtidigt som den tar hänsyn till den globala uppvärmningen. Som invånare i norra Kalifornien såg under Oroville Dam-krisen 2017 när ett utsläppsfel tvingade till mer än 180, 000 invånare att evakuera, varma stormar kan ställa till stora problem.

"Oroville Dam-krisen är ett bra exempel på hur befintlig infrastruktur redan är sårbar för översvämningar, "sa huvudförfattaren Frances Davenport, en Ph.D. student i jordsystemvetenskap vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskap (Stanford Earth). "Dessa resultat visar att enbart uppvärmning - även utan förändringar i nederbördsmängder - kan leda till förändringar i storleken på översvämningar."

Även om det kan tyckas självklart att en större andel av nederbörd som faller som regn skulle orsaka större översvämningar, den nya forskningen visar att nederbörd och översvämningsstorlek har ett icke-linjärt samband. Till exempel, en storm med 100 procent regn har 25 procent mer flytande nederbörd än en storm med 80 procent regn, men forskarna fann att den genomsnittliga översvämningen är 33 procent större, vilket innebär att översvämningarna växer i en snabbare takt än ökningen av flytande nederbörd.

Framtida infrastrukturbehov

Resultaten kan informera förvaltningen av reservoarer som inte bara säkerställer regionens vattenförsörjning utan också utgör en buffert för översvämningar, enligt seniorförfattaren Noah Diffenbaugh, Kara J. Foundation Professor vid Stanford Earth.

"Planerare ombeds att projicera fram vilken typ av förhållanden dagens infrastruktur kommer att behöva stå emot under de kommande åren och decennierna, "Diffenbaugh sa." Både formen och storleken på våra olinjära resultat har potential att gynna planerare i västerländska stater som försöker integrera snöhydrologins föränderliga natur i sina beslut. "

Forskarna utvärderade 410 vattendelar med hjälp av dagliga strömflödesmätningar från U.S. Geological Survey för att identifiera de största nederbördshändelserna och tidsperioderna med det högsta strömflödet. De analyserade sedan dessa händelser genom att jämföra mängden regn, snö och snösmältning fram till och efter varje evenemang.

I samarbete med ekonom och medförfattare Marshall Burke, en biträdande professor i jordsystemvetenskap, forskarna anpassade metoder från ekonometri - en gren av tillämpad statistik - för att ta hänsyn till andra influenser som markegenskaper, lutning och förändring av markanvändning, för att enbart reta effekten av nederbörd. Enligt författarna, analysen är ett av de tidiga försöken att tillämpa dessa ekonometriska tekniker på hydrologi.

"Genom att använda denna ekonometriska metod, vi kan titta på hur översvämningar har varierat över hela skalan av historisk variation i varje vattendelare, "Detta tillåter oss att identifiera mönster som kanske ännu inte är uppenbara i långsiktiga översvämningstrender."

Resultaten är användbara för vattenförvaltare som tänker på långsiktiga översvämningsrisker, särskilt i områden som förväntas uppleva uppvärmning och fortsatt variation i den totala mängden nederbörd, enligt forskarna. De motiverades att fokusera sina analyser på västra USA eftersom samma dammar och reservoarer som används för att lagra vatten för torrperioden också ger översvämningskontroll under den våta säsongen, med snö som spelar en viktig roll i varje.

"Vi har sett de senaste åren spänningen i realtid mellan att hålla vatten i reservoaren så att det kan användas senare under året, och släppa ut det så att det finns utrymme tillgängligt för att förhindra översvämning från nästa storm, sa Diffenbaugh, som också är Kimmelman Family Senior Fellow vid Woods Institute for the Environment. "Stater som Kalifornien är väl medvetna om att när snöhydrologin i västra USA fortsätter att förändras, infrastrukturen som designades och byggdes kring det gamla klimatet från förra seklet kommer att fortsätta att pressas till sina gränser. Våra resultat kastar nytt ljus över hur snabbt planerare kan förvänta sig att extrem avrinning kommer att intensifieras när nederbörden blir mer dominerad av regn i hela regionen."