Studie zeigt, dass der Klimawandel das Einfrieren und Auftauen von Landschaften beeinflusst, aber nicht überall auf die gleiche Weise

Wie jeder Bewohner nördlicher Klimazonen weiß, ist ein saisonales Tauwetter nie einfach. Der Frost-Tau-Prozess kann mehrere Monate andauern und wurde in der Vergangenheit durch vorhersagbare Lufttemperatur und Schneedeckentiefe gemildert.

Der Klimawandel erwärmt jedoch die Luft und verdünnt den Schnee und kann daher diesen Kreislauf beeinflussen. Laut einer neuen Studie von Concordia-Forschern, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaftliche Berichtekann dies erhebliche Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen im Norden und die städtische Infrastruktur im Süden haben.

Unter Verwendung eines neuen statistischen Rahmens und durch die Analyse von Datensätzen des National Snow and Ice Data Center, der Princeton University und des Canadian Meteorological Centre in Dorval, Quebec, demonstrieren die Forscher, wie steigende Lufttemperaturen und abnehmende Schneebedeckung zusammenwirken, um die Auswirkungen von zu verstärken Klimawandel auf nichtlineare Weise, was bedeutet, dass sie daran arbeiten, die vor Ort zu spürenden Gesamtauswirkungen zu verstärken.

Darüber hinaus wirken sie sich unterschiedlich auf die verschiedenen ökologischen Regionen Quebecs aus und stellen politische Entscheidungsträger und Einwohner vor einzigartige Probleme.

„Die historischen Daten zeigen, dass es eine deutliche Kluft zwischen den nördlichen Gebieten von Quebec und den südlichen Teilen der Provinz gibt, wo die Mehrheit der Bevölkerung und des Vermögens von Quebec lebt“, sagt Ali Nazemi, außerordentlicher Professor am Department of Building, Civil and Environmental Engineering von Concordia , und der Hauptforscher des Projekts und Co-Autor des Papiers. Der Hauptautor des Papiers ist Concordia-Absolvent Shadi Hatami, Ph.D. 21, derzeit Postdoktorand bei McGill.

Verbindungsprobleme

Die Forscher stellen fest, dass Lufttemperatur, Schneebedeckung und Frost-Tau-Wechsel eng miteinander verbunden sind. Eine dicke Schneeschicht dient im Winter als Decke für gefrorenen Boden. Wenn die Schneedecke abnimmt, dringt die wärmere Luft in den Boden ein und das Auftauen beginnt früher.

In den nördlichen Regionen der Provinz führen solche Veränderungen zu weniger Tagen mit gefrorenem Boden, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit einer Freisetzung von Tausenden Tonnen von Treibhausgasen wie Kohlenstoff und Methan in die Atmosphäre steigt.

Diese hinzugefügten Gase verstärken die Auswirkungen des Klimawandels.

Weiter südlich, in den dichter besiedelten Gebieten rund um das Sankt-Lorenz-Stromtal, wird es während der Wintersaison mehr Übergangstage geben, wenn der Boden taut und gefriert, wobei sich das Wasser bei steigenden und fallenden Temperaturen wiederholt ausdehnt und zusammenzieht. Dies wird die bereits fragile Straßen-, Brücken- und Wasserinfrastruktur zusätzlich belasten.

„Durch die Berechnung dieser nichtlinearen Reaktionen können wir versuchen zu quantifizieren, wie viele Tage weniger Frost wir im Norden sehen werden und wie viele Übergangstage wir im Süden bei Änderungen der Temperatur- und Schneehöhenbedingungen sehen werden“, sagt Nazemi.

„Auf diese Weise können wir ungefähr abschätzen, wie viele weitere Tonnen Gase in die Atmosphäre freigesetzt werden und wie viel weitere Verschlechterung unserer Infrastruktur wir erwarten können.“

Auch eine schnelle Umkehrung ist möglich

So wie steigende Temperaturen und eine dünnere Schneedecke zu einem verstärkten Auftauen in den ökologischen Zonen der Provinz führen, weisen die Autoren darauf hin, dass auch das Gegenteil zutrifft, wenn auch mit geringerer Intensität als die Erwärmung.

Tatsächlich können niedrigere Lufttemperaturen und mehr Schneebedeckung auch zu einem verstärkten Gefrieren und einer schnelleren Erholung führen, wobei die Anzahl der Frosttage im Norden und die Anzahl der Übergangstage im Süden näher an den historischen Durchschnitt zurückkehren würden.

Nazemi glaubt, dass die Stärke dieses Papiers von seiner leistungsstarken Mathematik und der Datenmenge abhängt, die durch verschiedene Technologien wie Satellitenfernerkundung verfügbar gemacht wird.

Viele frühere Studien haben einen Anstieg der Treibhausgasemissionen durch auftauenden Permafrost vorhergesagt, aber diese basierten oft auf Versuchen, die Physik des Phänomens in kleinen Gebieten mit vielen Annahmen zu replizieren.

Die neue Methode stützt sich auf die Wahrscheinlichkeitstheorie und statistische Funktion auf der Grundlage von Daten, die von 25 km x 25 km großen Pixeln des Territoriums von Quebec gesammelt wurden.

„Wir haben diese neuere mathematische Analyse eingeführt, um einige Faktoren zu quantifizieren, die vorher nicht quantifiziert worden waren“, sagt er. „Wir sind gerade dabei, diese Methodik auf das gesamte Gebiet von Kanada und Alaska auszudehnen.“