Wasserressourcen werden durch den Klimawandel weniger vorhersehbar

Laut einer umfassenden neuen Studie zum Klimawandel unter der Leitung des National Center for Atmospheric Research (NCAR) werden die Wasserressourcen in schneedominierten Regionen der nördlichen Hemisphäre bis Ende dieses Jahrhunderts zunehmend schwanken und immer schwieriger vorherzusagen sein.

Das Forschungsteam fand heraus, dass selbst in Regionen mit etwa gleicher Niederschlagsmenge der Stromfluss variabler und unvorhersehbarer wird. Da die Schneedecke in einer wärmeren Zukunft zurückgeht und keinen zuverlässigen Abfluss bietet, werden die Menge und der Zeitpunkt der Wasserressourcen zunehmend von periodischen Regenepisoden abhängig sein.

„Wassermanager werden sich nach Lust und Laune auf einzelne Niederschlagsereignisse einstellen, anstatt vier bis sechs Monate Vorlaufzeit zu haben, um Schneeschmelze und Abfluss vorherzusehen“, sagte NCAR-Wissenschaftler Will Wieder, der Hauptautor. „Wassermanagementsysteme in schneedominierten Regionen basieren auf der Vorhersagbarkeit von Schneedecke und Abfluss, und ein Großteil dieser Vorhersagbarkeit könnte mit dem Klimawandel verschwinden.“

Beobachtungen zeigen, dass die Schneedecke bereits früher schmilzt und in vielen Regionen sogar zurückgeht. Dieser Rückgang wird gegen Ende des Jahrhunderts so ausgeprägt sein, dass die Wassermenge in der Schneedecke am Ende eines durchschnittlichen Winters in Teilen der US-amerikanischen Rocky Mountains um fast 80 % sinken könnte, fanden die Wissenschaftler heraus.

Die Änderungen des Abflusses und der Strömung haben wahrscheinlich kaskadenartige Auswirkungen auf Ökosysteme, die auf zuverlässiges Wasser aus Schnee angewiesen sind, warnt die Studie. Obwohl die Veränderungen nicht in allen Regionen einheitlich sein werden, werden mehr schneefreie Tage und längere Vegetationsperioden die Wasserressourcen belasten, die Böden in vielen Gebieten austrocknen und das Brandrisiko erhöhen.

Die Studie geht davon aus, dass der Ausstoß von Treibhausgasen weiterhin hoch ist (ein Szenario, das als SSP3-7.0 bekannt ist). Wieder sagte, dass die schwerwiegendsten Auswirkungen auf die Schneedecke, den Abfluss und die Ökosysteme wahrscheinlich vermieden würden, wenn die Gesellschaft die Treibhausgasemissionen erfolgreich reduzieren würde.

Die Wissenschaftler stützten sich auf eine fortschrittliche Reihe von Computersimulationen, um Details über die Zukunft der Wasserressourcen auszufüllen und zu zeigen, inwieweit Temperatur- und Niederschlagsänderungen die Schneeansammlung und die Abflussmuster in der nördlichen Hemisphäre verändern werden. Während frühere Forschungen die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserverfügbarkeit untersuchten, konzentriert sich die neue Studie auf die zunehmende Variabilität der Wasserressourcen.

Die Studie wird in der Woche vom 18. Juli im veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Ein Rennen mit Vorhersehbarkeit“

Viele Regionen der Erde sind auf die Anhäufung von Schnee im Winter und das anschließende Schmelzen im Frühjahr und Sommer angewiesen, um den Abfluss und den Stromfluss zu regulieren. Wissenschaftler warnen jedoch seit Jahren davor, dass die Schneedecke dünner wird und früher schmilzt, da in den kälteren Monaten mehr Niederschlag als Regen statt als Schnee fällt und da es zeitweise im Winter anstelle der Abflusssaison im Frühjahr zum Schmelzen kommt.

Um zu bestimmen, wie sich eine reduzierte Schneedecke auf die Variabilität der Wasserressourcen auswirkt, wandten sich Wieder und seine Co-Autoren einem leistungsstarken NCAR-basierten Klimamodell zu: dem Community Earth System Model, Version 2. Sie stützten sich auf eine kürzlich erstellte Datenbank mit Simulationen, bekannt als das CESM2 Large Ensemble, um eine vergangene Periode (1940–1969) mit einer zukünftigen Periode (2070–2099) zu vergleichen. Die Simulationen wurden auf dem Supercomputer Aleph am Supercomputer des Institute for Basic Science in Busan, Südkorea, durchgeführt.

Die Ergebnisse verdeutlichen das Ausmaß, in dem es in weiten Teilen der Welt bis 2100 zu weit verbreiteten Verschiebungen im Zeitpunkt und Ausmaß der Wasserströme kommen wird. Unter der Annahme eines hohen Treibhausgasausstoßes wird es auf der Nordhalbkugel durchschnittlich etwa 45 weitere schneefreie Tage pro Jahr geben Emissionen. Die größten Zunahmen werden in mittleren Breiten auftreten, die relativ warm sind, und in Meeresregionen in hohen Breiten, die von Änderungen des Meereises beeinflusst werden.

Viele Regionen, die sich am meisten auf vorhersagbare Beziehungen zwischen Schneedecke und Abfluss verlassen, werden den größten Verlust an Vorhersagbarkeit erfahren, da zuverlässige Impulse des Frühjahrsabflusses stark zurückgehen. Zu diesen Regionen gehören die Rocky Mountains, die kanadische Arktis, das östliche Nordamerika und Osteuropa. Die Autoren warnen davor, dass dies die Bewirtschaftung von Süßwasserressourcen sowohl für die Gesellschaft als auch für die Ökosysteme erheblich erschweren wird.

„Wir befinden uns in einem Wettlauf mit der Vorhersagbarkeit, wenn es um den Stromfluss geht, weil wir versuchen, unsere Vorhersagen durch bessere Daten, Modelle und physikalisches Verständnis zu verbessern, aber diese Bemühungen werden durch das schnelle Verschwinden unseres besten Prädiktors zunichte gemacht: Schnee.“ sagte Flavio Lehner, Professor für Erd- und Atmosphärenwissenschaften an der Cornell University und Mitautor der Studie. „Es könnte ein Rennen sein, das wir verlieren werden, aber wir versuchen es zu gewinnen, und deshalb müssen wir diese Themen studieren.“

Obwohl der reduzierte Abfluss zu trockeneren Bodenbedingungen im Sommer in weiten Teilen der nördlichen Hemisphäre führen wird, zeigten die Simulationen, dass bestimmte Regionen – darunter Ostasien, der Himalaya und der Nordwesten Nordamerikas – die Bodenfeuchtigkeit aufgrund erhöhter Niederschläge aufrechterhalten werden.

„Schneebezogene Metriken sind entscheidend, um die Verwaltung der wertvollen Wasserressourcen durch die Gesellschaft zu informieren“, sagte Keith Musselman, Hydrologe an der University of Colorado Boulder und Mitautor der Studie. „Während Versorgungsunternehmen und Baubehörden neue Stauseen und andere Infrastrukturen planen, um sich an ein sich änderndes Klima anzupassen, müssen wir grundlegende Forschungsfragen zu den sich ändernden Eigenschaften der winterlichen Schneedecke und dem daraus resultierenden Stromfluss angehen, auf die wir uns seit langem verlassen haben.“