Der Klimawandel führt zu schnellen Verschiebungen zwischen Hoch- und Niedrigwasser auf den Großen Seen

Der Klimawandel führt zu schnellen Verschiebungen zwischen Hoch- und Niedrigwasser auf den Großen Seen Wellen am Lake Superior krachen gegen die Duluth, Minnesota, am Wasser. Sept. 10, 2014. Randen Pederson, CC BY

Die nordamerikanischen Großen Seen enthalten etwa Ein Fünftel des weltweiten Oberflächen-Süßwassers. Im Mai wurden an den Seen Erie und Superior neue Höchststände verzeichnet weitverbreitete Überschwemmungen über den Ontariosee für die zweites Mal in drei Jahren. Diese Ereignisse fallen mit anhaltenden Niederschlägen und schweren Überschwemmungen in weiten Teilen Mittelamerikas zusammen.

Noch als 2013 war der Wasserstand an den meisten Great Lakes sehr niedrig. Zu dieser Zeit schlugen einige Experten vor, dass der Klimawandel zusammen mit anderen menschlichen Handlungen wie dem Ausbaggern von Kanälen und der Umleitung von Wasser zu einem Wasserstand führen würde weiter sinken. Dieses Szenario gab Anlass zu ernster Besorgnis. Über 30 Millionen Menschen leben im Becken der Großen Seen, und viele sind für Trinkwasser, industrielle Nutzung, Handelsschifffahrt und Erholung direkt von den Seen abhängig.

Aber seit 2014 war das Problem zu viel Wasser, nicht zu wenig. Hochwasser stellt die Region vor ebenso viele Herausforderungen wie Küstenerosion, Sachschäden, Vertreibung von Familien und Verzögerungen beim Anbau von Frühjahrskulturen. New York Gouverneur Andrew Cuomo vor kurzem zum Ausnahmezustand erklärt als Reaktion auf die Überschwemmungen rund um den Ontariosee beim Aufruf zur bessere Planungsentscheidungen angesichts des Klimawandels.

Als Forscher spezialisiert auf Hydrologie und KlimawissenschaftWir glauben, dass schnelle Übergänge zwischen extrem hohem und niedrigem Wasserstand in den Großen Seen die „neue Normalität“ darstellen. Unsere Ansicht basiert auf Wechselwirkungen zwischen der globalen Klimavariabilität und den Komponenten des regionalen Wasserkreislaufs. Zunehmende Niederschläge, die Gefahr wiederkehrender Hochverdunstungsperioden und eine Kombination aus routinemäßigen und ungewöhnlichen Klimaereignissen wie extremen Kaltluftausbrüchen lassen die Region auf Neuland stoßen.

Der Klimawandel führt zu schnellen Verschiebungen zwischen Hoch- und Niedrigwasser auf den Großen Seen Letzte monatliche Wasserstände am Lake Superior und am Lake Erie (schwarze Punkte). Blaue Balken sind das Rekordhoch für jeden Kalendermonat und schwarze Balken die Rekordtiefs. Die Wasserstände für den Mai 2019 sind zur Verdeutlichung als roter Balken dargestellt. Das Bild wurde unter Verwendung des Online - Great Lakes - Dashboards (https://www.glerl.noaa.gov/data/dashboard/GLD.html) entwickelt, das vom Great Lakes Environmental Research Laboratory (GLERL) der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und dem Kooperatives Institut der Universität Michigan für Great Lakes-Forschung (CIGLR), CC BY-ND

Berechnung des Wasserbudgets der Seen

Der aktuelle Wasserstand an den Großen Seen stellt Rekorde auf. Der Lake Superior, der flächenmäßig größte Süßwassersee der Erde, hat seinen Rekord von 602.82-Füßen für den Monat Mai übertroffen und steht vor einem neuen Rekord für den Monat Juni. Der Eriesee, der flächenmäßig neuntgrößte See der Welt, übertraf nicht nur den Rekordwasserstand des Monats Mai, sondern auch seinen monatlichen Rekordwasserstand von 574.28-Füßen. welches seit Juni 1986 steht.

Diese Extreme resultieren aus Veränderungen in der Wasserbudget der Großen Seen - die Bewegung von Wasser in und aus den Seen. Der Wasserstand über den Seen schwankt mit der Zeit und wird hauptsächlich von drei Faktoren beeinflusst: Regen und Schneefall über den Seen, Verdunstung über den Seen und Abfluss, der von den umliegenden Landstrichen über Nebenflüsse und Flüsse in jeden See fließt. Der Abfluss wird direkt vom Niederschlag über Land, der Schneedecke und der Bodenfeuchtigkeit beeinflusst.

Der Klimawandel führt zu schnellen Verschiebungen zwischen Hoch- und Niedrigwasser auf den Großen Seen Der Abfluss von schmelzendem Schnee, der sich jeden Winter um die Großen Seen ansammelt und hier im März gezeigt wird, ist ein Element des Wasserbudgets der Seen. NASA Earth Observatory

Wechselwirkungen zwischen diesen Faktoren führen zu Veränderungen in der Menge des in jedem der Großen Seen gespeicherten Wassers. Zum Beispiel in den späten 1990-Oberflächenwassertemperaturen auf Lakes Superior und Michigan-Huron stieg um ungefähr 2 Grad C. Wasser verdunstet schneller, wenn es wärmer ist, und in diesem Zeitraum lag die Verdunstungsrate fast 30% über dem Jahresdurchschnitt. Der Wasserstand am Lake Michigan-Huron sank auf den niedrigste jemals aufgezeichnete Werte.

Dann erlebte der Mittlere Westen in 2014 einen außergewöhnlichen Ausbruch der kalten Luft, der weithin als. Bezeichnet wurde "Polarwirbel." Die Seen froren und die Verdunstungsraten sanken. Als Ergebnis, Wasserstände stiegen.

Etwa zur gleichen Zeit nahm der Niederschlag zu. Die 2017-Flut am Ontariosee folgte einer Quelle extremer Überlandniederschläge in den Einzugsgebieten des Ontariosees und des Sankt-Lorenz-Stroms. Die 2019-Flut folgt der nasseste US-Winter in der Geschichte.

Was bedeuten diese Trends für den Wasserstand? Zusätzlich zu den aktuellen Rekordständen ist der Wasserstand im Eriesee gestiegen im Frühjahr früher steigen und im Herbst früher abnehmen. Es fallen mehr Winterniederschläge, oft als Schnee. Der Schnee schmilzt früher als Reaktion auf steigende Temperaturen und kürzere Winter. Der resultierende Abfluss wird dann in Jahren wie 2019 mit großen Frühlingsregen verstärkt. Der Nettoeffekt dieser Kombination von hydrologischen Ereignissen besteht darin, dass der aktuelle Wasserstand des Eriesees für diese Jahreszeit viel höher ist als gewöhnlich.

Die Rolle des Klimawandels

Die Wasserstände in den Großen Seen haben sich in der Vergangenheit verändert. Woher wissen wir also, ob der Klimawandel ein Faktor für die Veränderungen ist, die jetzt stattfinden?

Die Zunahme der Niederschläge im Winter und im Frühling steht im Einklang mit der Tatsache, dass eine wärmende Atmosphäre mehr Wasserdampf transportieren kann. Die Umwandlung von Wasser aus Dampf in Flüssigkeit und Eis setzt Energie frei. Infolgedessen trägt eine erhöhte Luftfeuchtigkeit zu mehr Niederschlag bei extremen Ereignissen bei. Das heißt, wenn Wettermuster nass sind, sind sie sehr nass.

Überschwemmung im Bundesstaat New York entlang der Küste des Ontariosees, Mai 28, 2019.

Änderungen der saisonalen Zyklen von Schneeschmelze und Abfluss entsprechen der Tatsache, dass der Frühling in einem sich ändernden Klima früher kommt. Klimamodelle gehen davon aus, dass sich dieser Trend fortsetzen wird. Ebenso tragen steigende Seetemperaturen zu einer erhöhten Verdunstung bei. Wenn das Wetter trocken ist, führt dies zu niedrigeren Seegraden.

Nass- und Trockenperioden werden von Sturmbahnen beeinflusst, die mit Prozessen im globalen Maßstab wie El Niño zusammenhängen. Ähnlich, kalte Luft bricht aus sind verwandt mit dem Arktische Oszillation und damit verbundene Verschiebungen im Polarstrahlstrom. Diese globalen Muster haben oft indirekte Auswirkungen auf das Wetter in den Great Lakes. Es ist ungewiss, wie sich diese Beziehungen ändern werden, wenn sich der Planet erwärmt.

Tools für bessere Vorhersagen

Die raschen Veränderungen der Wetter- und Wasserversorgungsbedingungen in den Großen Seen und im oberen Mittleren Westen stellen die Wasserwirtschaftspolitik, die technische Infrastruktur und das menschliche Verhalten bereits vor Herausforderungen. Zweifellos beobachten wir die Auswirkungen eines sich erwärmenden Klimas auf die Großen Seen, aber es bleiben noch viele Fragen zu beantworten.

Der Klimawandel führt zu schnellen Verschiebungen zwischen Hoch- und Niedrigwasser auf den Großen Seen Die Böden in den meisten Staaten der Großen Seen sind extrem feucht. In 99-Perzentilzonen ist die Bodenfeuchtigkeit beispielsweise höher als 98% des gesamten historischen Datensatzes. NOAA (https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/Soilmst_Monitoring/US/Soilmst/Soilmst.shtml#)

Die Großen Seen sind gemeinsam a kritische Wasserressource. Regierungsbehörden und Wettervorhersager benötigen neue Instrumente, um zu bewerten, wie sich die zukünftigen Klimabedingungen auf das Wasserbudget und den Wasserstand der Großen Seen auswirken können, sowie bessere kurzfristige Vorhersagen, die sich ändernde Bedingungen erfassen.

Innovative Techniken, wie das Einbeziehen von Informationen aus Schnee- und Bodenfeuchtigkeitskarten in saisonale Wasserversorgungsvorhersagen, können dabei helfen, ein vollständiges Bild darüber zu erhalten, was mit dem Wasserbudget geschieht. Der größere Punkt ist, dass die vergangenen Bedingungen rund um die Großen Seen keine verlässliche Grundlage für Entscheidungen sind, die in die Zukunft führen werden.Das Gespräch

Über den Autor

Drew Gronewold, außerordentlicher Professor für Umwelt und Nachhaltigkeit, University of Michigan und Richard B. (Ricky) Rood, Professor für Klima- und Weltraumwissenschaften und -technik, University of Michigan

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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