Uncertainty assessment of climate change impacts on the hydrology of small prairie wetlands

ABSTRACT

With increasing evidences of climate change in the prairie region, there is an urgent need to understand the future climate and the responses of small prairie wetlands. This study integrated two regional climate models (RCMs), two weather generators and a distributed hydrological model to examine uncertainties in hydrological responses to climate change in the Assiniboia watershed, Canada. Comparing to baseline conditions (1971–2000), annual water yield and evapotranspiration in the period of 2041–2070 were generally unchanged, while annual reservoir storage was generally reduced. However, projected hydrological regimes were less consistent at monthly level, particularly for March and July. Such uncertainties in simulated hydrological responses were derived from the implementations of different integrated downscaling methods, reflecting our imperfect knowledge of the future climate. We identified a warming temperature trend from climatic projections, but had less confidence in the future pattern of precipitation. Uncertainties in integrated downscaling were primarily derived from the choice of RCM, and were amplified through the incorporation of different weather generators. Results of any climate change study based on only one RCM and/or one weather generator should be interpreted with caution, and the ensemble framework should be advised to generate a comprehensive vision of the future climate. This study demonstrated that the incorporation of precipitation occurrence change contributed to a full translation of RCM outputs, but also introduced additional uncertainty. A balance is thus desired between the information loss and the additional uncertainty in order to effectively utilize RCM outputs.

INTRODUCTION

The semi-arid northern plains of North America are studded with millions of small depressions that are frequently occupied by ponds or lakes (Woo and Rowsell, 1993). These small wetlands play an important role in the prairie hydrology and are increasingly crucial to many economical and ecological services (Price et al., 2005; Su et al., 2000; Voldseth et al., 2007). Most of prairie wetlands are located in closed catchments with largely internal drainage, and natural outflows are rare under normal weather conditions (Fang and Pomeroy, 2008; Hayashi et al., 1998). With a relatively impermeable glacial till substrate, groundwater flow is generally slow and presents a minor component of the water balance (van der Kamp et al., 2003). Short-duration events such as snowmelt in spring and storm in summer are critical to the existence and functions of these wetlands.

چکیده

با افزایش شواهد تغییرات آب و هوایی در منطقه پریری، نیاز فوری به درک آب و هوای آینده و پاسخ تالاب های کوچک پریری وجود دارد. این مطالعه دو مدل آب و هوایی منطقه ای (RCMs)، دو ژنراتور آب و هوا و یک مدل هیدرولوژیکی توزیع شده برای بررسی عدم قطعیت در پاسخ هیدرولوژیکی به تغییرات آب و هوایی در حوضه آیسینیبوی، کانادا را به خود اختصاص داده است. در مقایسه با شرایط اولیه (1971 تا 2000)، عملکرد آب سالانه و تبخیر و تعرق در دوره 2041-2070 به طور کلی تغییری نکرد، در حالیکه ذخیره سازی سالانه مخزن به طور کلی کاهش یافت. با این حال، رژیم های هیدرولوژیکی پیش بینی شده در سطح ماهانه، به ویژه در ماه های مارس و ژوئیه، کمتر سازگار بودند. چنین عدم قطعیتی در پاسخ های هیدرولوژیکی شبیه سازی شده از پیاده سازی روش های مختلف جمع آوری شده منفرد، منعکس کننده دانش ناقص ما در مورد آب و هوای آینده است. ما یک روند گرمای گرم را از پیش بینی های اقلیمی شناسایی کردیم، اما اعتماد به نفس کمتری نسبت به الگوی بارش در آینده داشتیم. عدم اطمینان در مقیاس یکپارچه سازی عمدتا از انتخاب RCM حاصل شد و از طریق ترکیب سازندگان مختلف آب و هوایی تقویت شد. نتایج هر مطالعه تغییر آب و هوا بر اساس تنها یک RCM و / یا یک ژنراتور هواشناسی باید با احتیاط تفسیر شود و باید از چارچوب گروهی برای ایجاد دیدگاه جامع از آب و هوای آینده تهیه شود. این مطالعه نشان داد که ادغام تغییرات بارش رخ داده است که به ترجمه کاملی از خروجی های RCM منجر شده است، اما عدم اطمینان بیشتری نیز ارائه می دهد. بنابراین بین تعارض اطلاعات و عدم اطمینان اضافی، به منظور بهره مندی از خروجی RCM، تعادل برقرار می شود.

مقدمه

دشتهای نیمه خشک شمالی آمریکای شمالی با میلیونها افسردگی کوچک که اغلب توسط حوضچه ها و دریاچه ها اشغال می شود (Woo and Rowsell، 1993) تکمیل می شوند. این تالاب های کوچک نقش مهمی در هیدرولوژی پرایری ایفا می کنند و برای بسیاری از خدمات اقتصادی و زیست محیطی بسیار مهم هستند (Price et al.، 2005؛ Su et al.، 2000؛ Voldseth et al.، 2007). بیشتر تالابهای پریری در حوضه های بسته با عمق تخلیه داخلی قرار دارند و خروجی های طبیعی در شرایط عادی آب و هوایی نادر هستند (Fang and Pomeroy، 2008؛ Hayashi et al.، 1998). جریان آب های زیرزمینی به طور کلی آهسته با یخبندان نسبتا نفوذ ناپذیر به سوبسترا است و جزئی جزئی از تعادل آب را ارائه می دهد (van der Kamp et al.، 2003). حوادث کوتاه مدت مانند مایع برف در فصل بهار و طوفان در تابستان، به وجود و عملکرد این تالاب ها حیاتی است.

Year: 2011

Publisher : ELSEVIER

By : Hua Zhang , Guo H. Huang , Dunling Wang , Xiaodong Zhang