Какие водоемы способствуют глобальному потеплению

Этот пост был написан в рамках Недели климата в Нью-Йорке и Года воды Колумбийского университета.

Изменение климата комплексно воздействует на мировые водные ресурсы. Рассмотрим диаграмму круговорота воды, как показано ниже; глобальное потепление меняет почти все этапы диаграммы. Эти изменения окажут давление на снабжение питьевой водой, производство продуктов питания, стоимость недвижимости и многое другое в США и во всем мире.

Изображение: Метеобюро Великобритании

На самом деле, «большая часть последствий изменения климата связана с водой», — говорит Упману Лалл, директор Колумбийского водного центра. Когда люди говорят об изменении климата, влияющем на сельскохозяйственное производство, повышении уровня моря, лесных пожарах и экстремальных погодных условиях — «все это, по сути, история о воде», — говорит Лалл.

Испарение

Теплый воздух может содержать больше влаги, чем холодный.В результате в более теплом мире воздух будет поглощать больше воды из океанов, озер, почвы и растений. Более сухие условия, которые оставляет после себя этот воздух, могут негативно сказаться на снабжении питьевой водой и сельском хозяйстве.

С другой стороны, более теплый и влажный воздух также может угрожать жизни людей. Исследование Земной обсерватории Ламонта-Доэрти Колумбийского университета показало, что более высокая влажность сделает будущие более высокие температуры невыносимыми в некоторых местах, блокируя охлаждающее действие нашего пота.

Осадки

Когда весь этот сверхтеплый и влажный воздух остывает, на землю выпадает дополнительный дождь или снег. Таким образом, более теплый мир означает, что на нас обрушатся более сильные дожди и метели. На северо-востоке США пока наблюдается наибольшее увеличение интенсивности и частоты сильных осадков. А в центральной части США с 1979 года учащаются скопления гроз и выпадает больше осадков.

Как меняются осадки в США. Цвета на карте показывают годовое изменение общего количества осадков за 1991–2012 гг. по сравнению со средним показателем за 1901–1960 гг., а также более влажные условия в большинстве районов. Столбцы на графиках показывают средние различия осадков по десятилетиям за 1901–2012 гг. (относительно среднего показателя за 1901–1960 гг.) для каждого региона. Крайняя правая полоса на каждом графике относится к 2001–2012 гг. Изображение: адаптировано из Peterson et al. 2013 г., через НКА

Изменяя температуру воздуха и характер циркуляции, изменение климата также будет меняться там, где выпадают осадки. Ожидается, что в некоторых районах, таких как американский запад, юго-запад и юго-восток, станет суше. Между тем, ожидается, что в северных частях США и на Среднем Западе станет более влажно. Эти прогнозы осадков уже становятся реальностью.

Согласно данным Национальной оценки климата, на юго-западе, юге Великих равнин и юго-востоке ожидаются более интенсивные и продолжительные засухи. И большая часть остальной части страны также рискует столкнуться с более сильными краткосрочными засухами.Исследователи из Института Земли обнаружили, что изменение климата, возможно, уже усугубило прошлые и настоящие засухи, а более сухие условия усугубляют лесные пожары.

«Сценарий засухи можно было бы смягчить за счет увеличения запасов воды в плотинах, над которыми никто не работает, — указал Лалл, — или в подземных водах, что обсуждается в некоторых местах, но это не так просто сделать для больших объемов воды. ”

Изменения в характере осадков бросят вызов многим фермерам, а также природным экосистемам. Ученые из Международного исследовательского института климата и общества Колумбийского университета разрабатывают инструменты и стратегии, которые помогут фермерам адаптироваться к этим вызовам. Однако природные экосистемы, возможно, не смогут адаптироваться так быстро.

Поверхностный сток и речной сток

Более сильные осадки, вызванные более теплым и влажным воздухом, могут привести к наводнениям, которые, конечно же, могут поставить под угрозу жизни людей, повредить дома, погубить урожай и нанести ущерб экономике.

Инициатива America’s Water в Колумбийском водном центре работает над выявлением конкретных причин катастрофических наводнений, чтобы более точно прогнозировать их, чтобы спасти жизни и имущество. В рамках проекта также были сделаны прогнозы о том, как изменятся наводнения по мере того, как мир продолжает нагреваться. «Что касается действий, мы рассмотрели, какие сооружения, такие как плотины и дамбы, необходимо отремонтировать, и какие изменения в зонировании необходимо внести, чтобы люди не подвергались опасности?» — сказал Лалл.

Изменение климата приведет к тому, что сильные ливни станут более частыми и интенсивными во многих частях США. Это означает, что в наши водные пути будет поступать больше наводнений и больше загрязнений. Фото: Энди С/Flickr CC

Более сильные ливни также увеличат поверхностный сток — воду, которая стекает по земле после шторма. Эта движущаяся вода может вымывать питательные вещества из почвы и собирать загрязняющие вещества, грязь и другие нежелательные вещества, смывая их в близлежащие водоемы.Эти загрязняющие вещества могут испортить наши запасы воды и сделать ее очистку до питьевых стандартов дороже. Национальная оценка климата показывает, что качество воды уже ухудшается во многих частях США, «особенно из-за увеличения концентрации отложений и загрязняющих веществ после сильных ливней».

Кроме того, поскольку стоки сбрасывают отложения и другие загрязняющие вещества в озера и ручьи, они могут нанести вред рыбам и другим диким животным. Сток удобрений может вызвать цветение водорослей, что в конечном итоге приводит к удушению водных существ и вызывает вонючий беспорядок. Проблема усугубляется нагреванием воды, которая не может удерживать столько растворенного кислорода, сколько необходимо рыбам для выживания. Эти условия могут нанести ущерб рыболовству и сделать условия неприятными для людей, которые любят использовать озера и ручьи для рыбалки, купания и других развлекательных мероприятий.

Исследователи из Института Земли при Колумбийском университете обнаружили, что зеленая инфраструктура, такая как парки, водно-болотные угодья и другие зеленые зоны, может помочь поглощать стоки и отфильтровывать загрязняющие вещества. Они работают в небольших масштабах при ежедневных штормах, хотя Лалл отмечает, что они не очень помогают, когда дело доходит до наводнений.

океаны

Более высокие температуры и повышенная кислотность затрудняют жизнь морских существ. Эти изменения трансформируют пищевые цепи снизу вверх. Кроме того, многие рыбы перемещаются к полюсу в поисках более прохладных вод, что имеет значение для рыбной промышленности и людей, которые любят есть рыбу.

Изменения температуры также могут изменить основные океанские течения. Поскольку температура океана влияет на характер атмосферной циркуляции, это может изменить погодные условия во всем мире. Климатолог Ричард Сигер из Колумбийской обсерватории Земли Ламонт-Доэрти обнаружил, что более высокие температуры поверхности океана могут сделать количество осадков более изменчивым и, следовательно, менее предсказуемым из года в год.

И, конечно же, по мере таяния ледяных щитов и горных ледников в океаны выбрасывается дополнительная вода; в результате повышение уровня моря ставит под угрозу прибрежную собственность по всему миру.

Снежный покров

Обычно, когда зимой снежный покров тает весной, он медленно добавляет пресную воду в реки и ручьи и помогает пополнить запасы питьевой воды.

Однако по мере того, как воздух нагревается, во многих районах выпадает больше осадков в виде дождя, а не снега. Это означает, что меньше воды сохраняется на потом в виде снежного покрова. Кроме того, дождь на самом деле ускоряет таяние уже лежащего на земле снега.

Отсутствие снежного покрова может привести к более засушливым условиям в конце года, что может быть плохой новостью для регионов, которые полагаются на таяние снега для пополнения своих запасов питьевой воды. В Калифорнии, например, снижение снежного покрова способствовало длительной засухе и нехватке воды. В то же время, поскольку дожди идут быстрее, а не медленно тает из-за снега, способность Калифорнии контролировать наводнения снижается.

Изменения в снежном покрове также могут негативно сказаться на дикой природе и доходах от катания на лыжах и зимнего туризма.

Облака

Исследование, проведенное в прошлом году Земной обсерваторией Ламонта-Доэрти, показало, что усиливающаяся летняя жара разгоняет утренние облака в Калифорнии. Это отсутствие облаков позволяет большему количеству солнечного света падать на землю, еще больше повышая температуру, усугубляя высыхание и риск лесных пожаров.

Изменения потребности в воде

Помимо изменения круговорота воды, изменение климата может изменить то, как мы используем воду и сколько нам нужно. Более высокие температуры и скорость испарения могут увеличить спрос на воду во многих районах.

Карты показывают процентное изменение прогнозируемого спроса на воду с 2005 по 2060 год при условии (а) изменения численности населения и социально-экономических условий и (б) комбинированных изменений численности населения, социально-экономических условий и климата (при условии постепенного сокращения текущих тенденций выбросов, начиная примерно с середины век). Источник: Браун и др. 2013 г., через НКА

Водный стресс

Эти изменения в водоснабжении, спросе и качестве воды «усугубят нашу текущую проблему, — говорит Лалл, — заключающуюся в том, что у нас стареющая водная инфраструктура по всей стране, которая дает сбои, и мы просто не в состоянии справиться даже с исторически сложившимися проблемами». вариации, не говоря уже о том, что люди проецируют на будущее».

Изменение климата сделает нехватку воды более вероятной в некоторых частях США, особенно на юге США, а также на островах Карибского бассейна и Тихого океана.

По оценкам, 1,6 миллиона американцев уже не имеют постоянного доступа к безопасной питьевой воде. Исследование Мичиганского государственного университета показало, что из-за изменения климата, старения инфраструктуры и других факторов до 40,9 млн американских домохозяйств не смогут позволить себе услуги водоснабжения и водоотведения в 2022 году.

Надпись: На большей части юго-запада, западной части Великих равнин и некоторых частях северо-запада уже широко распространен дефицит воды, и изменение климата может усугубить проблему в будущем. В этом индексе водосборные бассейны считаются нагруженными, когда спрос на воду со стороны электростанций, сельского хозяйства и муниципалитетов превышает 40 процентов (индекс нагрузки на водоснабжение 0,4) доступного водоснабжения. Источник: Averyt et al. 2011 г., через НКА

Недавнее исследование Гарварда предполагает, что к 2071 году почти половина из 204 пресноводных бассейнов в Соединенных Штатах не сможет удовлетворить свои ежемесячные потребности в воде. Отчасти это связано с ростом населения, но также и с последствиями изменения климата. Исследование показало, что примерно через 50 лет во многих регионах США запасы воды могут сократиться на треть по сравнению с нынешним объемом, в то время как спрос продолжает расти. Авторы предупреждают, что это может создать серьезные проблемы для сельского хозяйства.

Что может быть сделано

Работа Колумбийского водного центра может помочь муниципалитетам справиться с проблемами будущего; Проект America’s Water изучает, как можно распределять воду, чтобы предотвратить нехватку воды, и где необходимо больше запасов воды, чтобы противостоять будущим засухам.

Чтобы сделать эти расчеты, Колумбийский водный центр объединился с людьми из Ламонт-Доэрти, используя данные годичных колец для реконструкции засух и наводнений за последние 700 лет во всех крупных речных бассейнах в США. В процессе они узнали, что в В 1300-х и 1400-х годах в США наблюдались засухи, гораздо более сильные и широко распространенные, чем все, что мы видели в наше время.

«Причина возвращения на 700 лет назад заключается в том, что независимо от того, верят ли люди в прогнозы изменения климата в будущем, это уже произошло, и поэтому мы должны подготовиться к этому на случай, если это произойдет снова», — пояснил Лалл.

В то время как климатические модели всегда имеют некоторую степень неопределенности, продолжал он, опираясь на исторические данные, «легче убедить людей в том, что, например, если убрать несколько дамб на реке Колорадо, на самом деле просто нет возможности удовлетворить даже более скромные старые засухи».

Команда Лалла создала модель оптимизации с открытым исходным кодом, которая позволяет любому исследовать и исследовать различные сценарии спроса и предложения на воду в своем водосборном бассейне. Этот инструмент может помочь определить, какие культуры будут лучше всего расти при определенных водных режимах или как добавление возобновляемых источников энергии повлияет на водоснабжение.

Увеличение запасов воды, повышение эффективности ирригационных систем и обеспечение соответствия сельскохозяйственных культур местному климату — вот несколько способов, которыми муниципалитеты могут помочь предотвратить нехватку воды. Проекты ветровой и солнечной энергетики также могут помочь, потому что они используют меньше воды, чем традиционные электростанции.

Есть также вещи, которые остальные из нас могут сделать, чтобы помочь сохранить воду, например, починить протекающую сантехнику, меньше принимать душ, реже поливать газон и избегать продуктов, которые требуют много воды. Например, для производства одного фунта говядины требуется 1800 галлонов воды.

Лалл также предлагает людям узнать больше о том, как изменение климата повлияет на воду в их собственном регионе, и начать действовать на местном уровне.

«В процессе вы обнаружите, что ваша система водоснабжения неадекватна для решения проблем, связанных с изменением климата», — сказал Лалл. «Вы обнаружите, что реки, в которых вы ловите рыбу, катаетесь на гидроциклах и тому подобное, скорее всего, станут вонючими болотами. После того, как вы пройдете этот процесс открытия, станет гораздо более осязаемым действовать на местном уровне и начать менять вещи снизу вверх».