Coloradofloden gör livet möjligt i många västerländska städer och stöder jordbruk som försörjer människor i hela landet. Det mesta av flodens vatten börjar som snösmältning från bergsområden i Colorado, Utah och Wyoming, och ett värmande klimat kommer att drastiskt minska dessa strömmar, visar ny forskning.
Forskare från Desert Research Institute (DRI), USGS och Lawrence Berkeley National Laboratory gick ihop för den nya studien, publicerad 23 maj i Nature Water .
Genom att tillämpa uppvärmning på historiska förhållanden för East River i Colorado och använda datorsimuleringar för att observera påverkan på strömflödet och grundvattennivåer, fann forskarna att grundvattenlagringen skulle falla till de lägsta kända nivåerna efter det första extremt torra året och misslyckas med att återhämta sig ens. efter flera blöta perioder. När grundvattennivån sjunker dras strömflöden in i grundvattenytan istället för att bidra till Coloradoflodens flöden.
"Vi fann att grundvatten betyder mycket", säger Rosemary Carroll, Ph.D., DRI forskningsprofessor i hydrologi och huvudförfattare till studien. "Även med historiskt observerade våta perioder i modellen kan grundvattnet inte komma tillbaka från ett enda torrvattenår under uppvärmning i slutet av seklet."
Coloradofloden har varit i ett tillstånd av torka i decennier, vilket skapar spänningar kring vattenrättigheter i hela sydväst. Forskare har varit förbryllade över sjunkande flodnivåer även under relativt våta år – 2021 nådde Upper Colorado River Basin 80 % normalt snöpack men levererade bara 30 % av det genomsnittliga strömflödet till floden.
Studieförfattarna ville undersöka hur uppvärmning i bergsbassänger kan bidra till detta fenomen. Ökade temperaturer förändrar balansen mellan snöfall och vattentillgång på ett antal sätt, inklusive mer snöavdunstning (känd som sublimering), mer nederbörd som faller som regn istället för snö och mer frekvent smältning under hela vintern.
Tidigare forskning har i stort sett förbisett grundvattnets roll och hur det kan buffra, eller intensifiera, förlust av strömflöde från klimatförändringar.
"Jag är mycket intresserad av förhållandet mellan grundvattenbidrag och strömflöde - det har varit ett genomgående tema i min forskning under lång tid", säger Carroll. "Många studier tyder på att på kort sikt kommer utsläpp av grundvatten till strömflödet att hjälpa till att buffra torkan, men innan den här studien hade vi ingen kunskap om vad det skulle innebära på lång sikt."
Studieförfattarna använde East River som fokus för forskningen eftersom det är representativt för Coloradoflodens huvudvatten, såväl som den betydande väder- och vattenövervakningsinfrastruktur som finns tillgänglig. Markobservationer och luftburen kartläggning mäter snösäckens djup och täthet, strömflöde, växttäcke och grundvattennivåer, bland många andra mätningar i hela vattendelaren.
Historiska data från 1987 till 2022 användes för att skapa datormodellen. Forskargruppen tillämpade sedan 4 grader Celsius av uppvärmning på denna tidsperiod på två sätt:för en simulering tillämpades uppvärmning konstant över tiden, medan i efterföljande simuleringar tillämpades uppvärmning för varje årstid oberoende.
Tillvägagångssättet gjorde det möjligt för forskarna att undersöka de olika effekterna av uppvärmningen mellan årstider. Fyra grader Celsius är representativt för det projicerade klimatet i slutet av seklet baserat på observerad uppvärmning på cirka 0,4 grader Celsius per decennium i vattendelaren. Simuleringen tar inte hänsyn till sannolika förändringar i vegetationen under samma tidsram.
Studien visade att genomgående varmare temperaturer resulterade i kraftiga sänkningar av grundvattennivåer som inte kunde återhämta sig till historiska medelnivåer under våta perioder. Att isolera uppvärmningen säsongsmässigt visade den starka inverkan som varmare somrar har på vattenytans minskningar, eftersom atmosfären ökar avdunstningshastigheten, växter ökar sitt vattenupptag och jordar torkar ut. De största minskningarna av grundvattennivån sker i de subalpina skogarna där barrskogarna är tätast.
"När grundvattennivån sjunker, förlorar du mer strömflöde till vattenytan," säger Carroll. "När nederbörden är låg slutar East River att flyta under en del av sommaren. Naturligtvis skulle detta ha dramatiska effekter på den ekologiska hälsan och jordbruksbevattning."
Genom att inkludera sjunkande grundvattennivåer i analysen fann studien att strömflödesminskningar nästan fördubblas jämfört med simuleringar som undersökte effekterna av klimatförändringar i regionen utan att ta hänsyn till grundvattenminskningar. Detta beror på de många effekterna som inträffar samtidigt:mindre vatten rinner till strömmar från akvifererna, medan mer strömvatten rinner ut i jorden.
Forskningen visar behovet av att gemensamt hantera skog och grundvatten i Upper Colorado River Basin, samt redogöra för utbytet av yt- och grundvatten i bergsbassänger, för att minimera strömflödesminskningar under klimatförändringar, säger Carroll.
"Jag tänker på grundvatten som ditt sparkonto", tillägger hon. "Snowpack är som ditt checkkonto; det förändras från år till år. Grundvatten är en långsiktig investering - det kan jämna ut de riktigt våta och torra åren. Men om du börjar konsekvent minska det grundvattnet år efter år, då kan du inte längre modulera dessa ytterligheter."
Mer information: Minskande grundvattenlagring förväntas förstärka minskningen av bergströmningsflöden i en varmare värld, naturvatten (2024). www.nature.com/articles/s44221-024-00239-0
Journalinformation: Naturvatten
Tillhandahålls av Desert Research Institute
