In einem sich erwärmenden Klima hat die Nachhaltigkeit des kryosphärischen Schmelzwassers auf dem tibetischen Plateau aufgrund seiner Bedeutung für das fragile Ökosystem in den Quellgebieten und die dichten Populationen flussabwärts Anlass zur Sorge gegeben. Bestehende Studien konzentrierten sich hauptsächlich auf die Gletscherschmelze und Schneeschmelze auf dem tibetischen Plateau, die über der Erdoberfläche liegen und mithilfe von In-situ- oder Satellitenbeobachtungen von der Oberfläche aus erfasst werden können. Die hydrologischen Auswirkungen des Auftauens des Permafrosts unter der Erdoberfläche sind jedoch noch weitgehend unbekannt.
Diese Studie wurde von Dr. Taihua Wang und Dr. Dawen Yang (Tsinghua-Universität) zusammen mit Experten auf dem Gebiet des Permafrosts und des Gletschers geleitet, darunter Dr. Tandong Yao, Dr Guodong Cheng und Dr. Huijun Jin (Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinesische Akademie der Wissenschaften).
„Um die Veränderungen der Permafrosthydrologie zu untersuchen, müssen die Beobachtungen der Bodenoberfläche mit physikalisch basierten Modellen kombiniert werden, um zu untersuchen, was unter der Bodenoberfläche passiert“, sagt Taihua. Daher ist ein hydrologisches Modell dringend erforderlich, das die komplexen Wechselwirkungen zwischen kryosphärischen und hydrologischen Prozessen widerspiegeln kann.
Die Forschungsgruppe um Dr. Dawen Yang ist seit Jahren bestrebt, ein solches Modell zu entwickeln. Vor zwanzig Jahren entwickelte Dr. Dawen Yang ein verteiltes hydrologisches Modell namens „Geomorphology-Based Hydrological Model (GBHM)“. Im Jahr 2010 nahm Dr. Dawen Yang an einem großen Forschungsplan mit dem Titel „Integrierte Forschung zum ökohydrologischen Prozess des Heihe-Flussbeckens“ unter der Leitung von Dr. Guodong Cheng teil.
Mit Unterstützung des Forschungsplans und in Zusammenarbeit mit Experten verschiedener Disziplinen wurde das verteilte Geomorphologie-basierte ökohydrologische Modell (GBEHM) entwickelt, das die gekoppelten Wasser-Wärme-Prozesse simulieren konnte und in vielen Quellregionen des tibetischen Plateaus erfolgreich angewendet wurde .
Eine weitere Herausforderung relevanter Studien sind die begrenzten Daten über das tibetische Plateau. Dank der jüngsten Anhäufung von In-situ- und Satellitenbeobachtungen sowie des verbesserten geowissenschaftlichen Datenaustauschs über Plattformen wie das National Tibetan Plateau Data Center unter der Leitung von Dr hohe räumliche Auflösung (1 km × 1 km).
Die Ergebnisse der Modellierungsstudie liefern einige neue Erkenntnisse über das Ausmaß und die zeitlichen Veränderungen der Wasserversorgung durch auftauenden Permafrost und schmelzendes Grundeis. Durch die Kombination von In-situ-Bohrlochbeobachtungen mit der räumlichen Verteilung der Ablagerungstypen und Paläoniederschlagsinformationen wird geschätzt, dass die durchschnittliche Grundeisspeicherung auf dem tibetischen Plateau etwa halb so groß ist wie die Gletschereisspeicherung.
Allerdings war der Rückgang der Eisspeicherung im Boden fast doppelt so groß wie der Massenverlust der Gletscher im Zeitraum 1980-2019, was auf einen stärkeren Rückgang der unterirdischen Eisreserven hindeutet als auf der Ebene des Plateaus, obwohl erstere deutlich weniger davon abbekommen hat Aufmerksamkeit.
Durch die Verfolgung der Fließwege des Schmelzwassers quantifiziert die Studie auch den Beitrag des Grundeis-Schmelzwassers zum Flussabfluss. Trotz des relativ geringen Beitrags auf Plateauebene (~0,5 %) kann der Abfluss von Grundeisschmelzwasser in vielen Unterregionen, einschließlich des oberen Gelben Plateaus, des oberen Yangtze-Plateaus und des Qiangtang-Plateaus, lokal wichtig und größer sein als der Abfluss von Gletscherschmelze.
Der Schmelzwasserabfluss aus dem auftauenden Permafrost ist jedoch in den kommenden Jahrzehnten nicht nachhaltig, was möglicherweise die Wassersicherheit in bestimmten Regionen gefährden könnte, die auf die Wasserversorgung aus dem auftauenden Permafrost angewiesen sind. „Dies ähnelt früheren Erkenntnissen über eine nicht nachhaltige Schmelzwasserversorgung aus Gletschern auf dem tibetischen Plateau. Die Auswirkungen könnten in trockenen Regionen und trockenen Jahren deutlicher sein, und wir müssen uns auf dieses zusätzliche Risiko vorbereiten, das durch eine nicht nachhaltige kryosphärische Schmelzwasserversorgung verursacht wird“, sagt Taihua sagt.
Trotz der Unsicherheiten in den Ergebnissen der Studie unterstreichen die Ergebnisse die selten untersuchte, aber nicht zu vernachlässigende Rolle des Permafrost-Tauens und des Schmelzwassers des Grundeises für den asiatischen Wasserturm. Zukünftig können hochauflösende Fernerkundungsbeobachtungen und mehr öffentlich verfügbare In-situ-Beobachtungen auf dem gesamten tibetischen Plateau eingesetzt werden, um die Unsicherheit der Schätzungen weiter zu verringern.
Die Auswirkungen von nicht nachhaltigem kryosphärischem Schmelzwasser auf das fragile alpine Ökosystem und den regionalen Kohlenstoffhaushalt auf dem tibetischen Plateau können auch in zukünftigen Studien untersucht werden.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftsbulletin.
Mehr Informationen:
Taihua Wang et al., Nicht nachhaltige Wasserversorgung aus tauendem Permafrost auf dem tibetischen Plateau in einem sich ändernden Klima, Wissenschaftsbulletin (2023). DOI: 10.1016/j.scib.2023.04.037