Der Klimawandel ist da und Wissenschaftler entdecken weiterhin neue Möglichkeiten, wie sich die Welt um uns herum verändert. In einem neue Studie erschienen in der Mai-Ausgabe der Zeitschrift für Hydrologiezeigen DRI-Forscher, dass veränderte Wettermuster die Stromflüsse im ganzen Land beeinflussen, mit Auswirkungen auf Überschwemmungen, Dürre und Ökosysteme.
Unter der Leitung von Abhinav Gupta, Ph.D., einem Maki-Postdoktoranden am DRI, untersuchte die Forschung, wie sich die täglichen Schwankungen des Stromflusses in mehr als 500 Wassereinzugsgebieten in den USA zwischen 1980 und 2013 veränderten Änderungen, mit unterschiedlichen Auswirkungen aufgrund des lokalen Klimas und zwischen schnee- und regendominierten Wassereinzugsgebieten. Diese Informationen sind wichtig, sagen die Forscher, um Wassermanagern zu helfen, sich an die Auswirkungen des Klimawandels anzupassen.
„Wir wollten anhand der beobachteten Daten verstehen, wie sich der Klimawandel auf das Wassergleichgewicht in den USA ausgewirkt hat“, sagt Gupta. „Sobald wir verstehen, wie sich der Klimawandel in der jüngeren Vergangenheit auf die Flussläufe ausgewirkt hat, können wir herausfinden, welche Art von Veränderungen wir in Zukunft sehen werden.“
Bäche erhalten Wasser aus einer Vielzahl von Quellen, darunter schneller, direkter Eintrag von Regenfällen und Grundwasser, das allmählich durch Quellen und Böden sickert. Um zu verstehen, wie der Klimawandel die Strömungen im Laufe der Zeit verändert, mussten die Autoren zwischen normalen Schwankungen, wie saisonalen Veränderungen, und längerfristigen Trends unterscheiden. Zu diesem Zweck schlüsselten sie die Stromeinträge in Ereignisse auf, die in unterschiedlichen Zeitskalen auftreten, z. B. stündlich und täglich (Niederschlag) im Vergleich zu monatlich und jährlich (Grundwasser). Dann betrachteten sie die Trends für jede Zeitskala, um zu sehen, wie sie sich im Laufe der Zeit veränderten.
„Sobald wir verstehen, wie sich diese Trends entwickeln, können wir fundierte Vermutungen darüber anstellen, was sich in der Wasserscheide genau verändert – ob es sich um Schneeschmelze, Oberflächenabfluss, Basisabfluss oder einen von vielen anderen Faktoren handelt“, sagt Gupta. „Ohne den Stromfluss auf diese Weise zu untersuchen (was als statistische Struktur des Stromflusses bezeichnet wird), ist es nicht möglich, alle diese Komponenten gleichzeitig zu untersuchen.“
Ihre Ergebnisse zeigen, dass schneedominierte Wassereinzugsgebiete im ganzen Land mehr Niederschlag als Regen erhalten als in der Vergangenheit. Das bedeutet, dass Bäche jetzt mehr Wasser haben, das in kurzen Stößen von Regenstürmen kommt, anstatt das langsame Rinnsal von schmelzendem Schnee. Die Verlagerung hin zu kurzfristigen Stromeinträgen könnte auch auf schnellere Schneeschmelzraten aufgrund höherer Temperaturen zurückgeführt werden, sagen die Autoren.
„In der Vergangenheit änderte sich der Stromfluss im Laufe der Zeit sehr langsam“, sagt Gupta. „Aber jetzt haben wir aufgrund des Klimawandels schnellere Schwankungen des Stromflusses, was bedeutet, dass wir in sehr kurzer Zeit viel Wasser haben können und dann können wir für einen langen Zeitraum kein Wasser haben. Diese extremen Schwankungen kommen immer öfter vor.“
Obwohl die Forscher in allen Wassereinzugsgebieten erhöhte Temperaturen und Änderungen der Niederschläge fanden, diktieren Unterschiede im lokalen Klima, wie dies den Stromfluss beeinflusst. In feuchten Gegenden wie Florida und im pazifischen Nordwesten nahmen die Sturmeinträge ab, da höhere Temperaturen zu mehr Verdunstung führten, was dazu führte, dass der Boden mehr Regenwasser aufnahm. In den Great Plains und im Mississippi-Tal sind die Beiträge zu Strömen aus langsamen, langfristigen Einträgen wie Grundwasser sehr gering, wahrscheinlich auch aufgrund hoher Verdunstungsraten. Trockene Wassereinzugsgebiete verzeichneten während des Untersuchungszeitraums eine Zunahme der Anzahl der Tage ohne Niederschlag pro Jahr sowie einen signifikanten Anstieg der Wintertemperaturen, wodurch der Stromfluss sporadischer wurde.
Die Studie untersuchte keine anderen Variablen, die sich darauf auswirken könnten, wie sich Wasser durch Wassereinzugsgebiete bewegt, wie Änderungen in der Waldbedeckung, die sich auf die von Pflanzen verbrauchte Wassermenge auswirken, oder die Bodenart, die sich darauf auswirkt, wie schnell Regen in das Grundwasser eindringt. Da jede Wasserscheide einzigartig ist, mit ihrem eigenen Rezept aus Bodentyp, Klima und Waldbedeckung, „können wir nicht alles mit demselben Pinsel malen“, sagt Gupta. „Wir brauchen unterschiedliche Strategien für verschiedene Wassereinzugsgebiete, um uns an Klimaveränderungen anzupassen. Selbst innerhalb derselben Region können die Auswirkungen von Wassereinzugsgebieten unterschiedlich sein.“
Die Studienautoren sagen, dass mehr Forschung erforderlich ist, um zu verstehen, was die Veränderungen im Stromfluss antreibt. Wenn Bäche zunehmend vom Grundwasser abhängig sind, könnte dies Auswirkungen darauf haben, wie Wassermanager das Pumpen von Grundwasser für den menschlichen Gebrauch regulieren. „Das ist es, was wir wissen müssen, wenn es darum geht, wie wir unsere Wasserressourcen verwalten“, sagt Sean McKenna, Co-Autor der Studie und Direktor für Hydrologiewissenschaften am DRI. „Können wir mehr Grundwasser pumpen oder müssen wir vorsichtiger sein, weil wir sonst den Abfluss verlieren könnten?“
Gupta sagt, dass er plant, auf dieser Forschung aufzubauen. „Basierend auf dieser Studie konnten wir Wassereinzugsgebiete in den USA identifizieren, die sich verändert haben. Jetzt, da wir wissen, welche Wassereinzugsgebiete in unserem Datensatz vom Klimawandel betroffen sind, können wir die zukünftigen Veränderungen in diesen Wassereinzugsgebieten betrachten.“
Mehr Informationen:
Abhinav Gupta et al., Änderungen in der statistischen Struktur des Stromflusses in den Vereinigten Staaten aufgrund des jüngsten Klimawandels, Zeitschrift für Hydrologie (2023). DOI: 10.1016/j.jhydrol.2023.129474