Medan jordens sötvattenresurser är ändliga, utmaningen att effektivt och hållbart hantera dem när vi går in i en varmare framtid med en växande mänsklig befolkning innebär att hålla koll på ett till synes oändligt nätverk av vattenvägar ovan och under jord.

För USA, två enorma modeller har utvecklats som fångar hydrologiska processer – från att prognostisera översvämningar till att förutsäga grundvattennivåer – för hela kontinenten. Nu, ett projekt som leds av Princeton University-forskare har åtagit sig den Herkuliska uppgiften att kontrollera dessa två modeller mot varandra för att säkerställa att forskare och beslutsfattare arbetar utifrån konsekventa, korrekta data när det gäller att hantera landets vattenbudget.

Forskare från Princeton, National Centre for Atmospheric Research (NCAR), University of Arizona (UA), och NASA publicerade resultaten av den första fasen av Continental Hydrologic Intercomparison Project (CHIP). Teamet tillbringade ett år med att köra superdatorsimuleringar och analysera stora datamängder när de jämförde de två kontinentala modellerna – kända som WRF-Hydro och ParFlow-CLM – med varandra och med nästan 3, 000 strömningsobservationer, enligt en rapport i tidskriften Vattenresursforskning .

Forskarna försökte undersöka komponenterna och processerna inom varje modell samt lösa eventuella fördomar och diskrepanser mellan dem. Projektet står som den första modell-till-modell-jämförelsen i denna skala och ger ett viktigt proof-of-concept för att noggrant jämföra mycket storskaliga hydrologiska modeller, rapporterade forskarna.

Resultaten av studien ökar inte bara forskarnas kunskap om hur man modellerar hydrologiska processer, men också om hur man kan förbättra framtida prognoser, sa första motsvarande författare Danielle Tijerina, doktorand i civil- och miljöteknik vid Princeton.

"Eftersom alla modeller har inneboende fördomar, ett av våra huvudmål var att använda modellströmflödesprestanda för att isolera specifika fördomar, som sedan ger modellutvecklare en plattform för att börja förbättra vissa aspekter av dessa modeller, ", sa Tijerina. "Vi vill betona att detta var ett enormt samarbete mellan olika modelleringsgrupper, vilket är avgörande för utveckling och förbättring av dessa samhällsmodeller."

Genom att undersöka och lösa skillnaderna mellan varje modell, forskarna har också hjälpt till att bygga upp vetenskapens och allmänhetens förtroende för transparensen och noggrannheten i hydrologisk modellering, sade medkorresponderande författaren Reed Maxwell, Princeton professor i civil- och miljöteknik och High Meadows Environmental Institute (HMEI).

Detta förtroende är avgörande som forskare, Politiker och samhället arbetar tillsammans för att bevara och skydda landets vattenresurser, han sa. Maxwell är medansvarig utredare för HydroGEN, ett projekt finansierat med ett anslag på 1 miljon dollar i Convergence Accelerator från National Science Foundation (NSF) som kommer att använda artificiell intelligens för att simulera landets naturliga grundvattensystem i ett försök att förbättra vattenhanteringen och hjälpa människor att bättre förbereda sig för översvämningar och torka.

"Omfattningen och djupet av det här projektet hjälper till att bygga samhällets förtroende – och ge insikten om modellering av vattendelare – som behövs för att skapa breda samarbeten som kommer att förbättra den hydrologiska modelleringen av vattendelar över hela USA, sa Maxwell, som är chef för Integrated GroundWater Modeling Center baserat i HMEI.

Pappret, "Continental Hydrologic Intercomparison Project, Fas 1:En storskalig hydrologisk modelljämförelse över det kontinentala USA, " publicerades i juli 2021-upplagan av Vattenresursforskning .