根据美国国家大气研究中心(NCAR)领导的一项全面的新气候变化研究，到本世纪晚些时候，北半球以雪为主的地区的水资源波动将越来越大，而且越来越难以预测。

研究小组发现，即使在降水量保持不变的地区，水流也会变得更加多变和不可预测。随着积雪在温暖的未来消退，无法提供可靠的径流，水资源的数量和时间将越来越依赖于周期性的降雨。

该研究的第一作者、NCAR科学家威尔·维德说:“水资源管理者将根据个别降水事件的突发奇想，而不是有四到六个月的时间来预测融雪和径流。”“在以雪为主的地区，水管理系统是基于积雪和径流的可预测性，而这种可预测性可能会随着气候变化而消失。”

观测显示，积雪融化的时间已经提前，在许多地区甚至还在减少。科学家们发现，这种下降将在本世纪末变得如此明显，以至于在美国落基山脉部分地区的平均冬季结束时，积雪中所含的水量可能会骤降近80%。

研究警告说，径流和径流的变化可能会对依赖可靠的雪水的生态系统产生连锁反应。尽管不同地区的变化并不一致，但更多的无雪天数和更长的生长季节将给水资源带来压力，使许多地区的土壤干燥，并增加火灾风险。

该研究假设温室气体的排放将继续保持高速率(这一情景被称为SSP3-7.0)。维德说，如果社会成功地减少温室气体排放，对积雪、径流和生态系统最严重的影响可能会得到避免。

科学家们利用一套先进的计算机模拟来填补未来水资源的细节，显示了温度和降水的变化将在多大程度上改变北半球的积雪和径流模式。尽管过去的研究着眼于气候变化对水资源可用性的影响，但新的研究侧重于水资源日益增加的可变性。

这项研究发表在7月18日那周的《美国国家科学院院刊》上。它是由NCAR的赞助商美国国家科学基金会资助的。

“一场可预见性的竞赛”

地球上许多地区依靠冬季积雪的积累和随后在春季和夏季的融化来调节径流和流量。然而，多年来，科学家们一直警告说，由于在寒冷的月份，更多的降水以雨而不是雪的形式落下来，而且融化发生在冬季，而不是春季的径流季节，积雪会变得更薄，融化的时间会更早。

为了确定减少的积雪将如何影响水资源的变化，Wieder和他的合著者转向了一个强大的基于ncar的气候模型:社区地球系统模型，第2版。他们利用最近创建的模拟数据库CESM2大集合(Large Ensemble)来比较过去(1940-1969)和未来(2070-2099)。模拟是在韩国釜山基础科学研究所的超级计算机Aleph上进行的。

研究结果表明，到2100年，世界大部分地区的水流时间和范围将发生广泛的变化。假设温室气体排放高，北半球每年平均将多出45天无雪天。最大的增长将发生在相对温暖的中纬度地区和受海冰变化影响的高纬度海洋地区。

许多最依赖积雪和径流之间可预测关系的地区将经历最大的可预测性损失，因为春季径流的可靠脉冲急剧下降。这些地区包括落基山脉、加拿大北极、北美东部和东欧。这组作者警告说，这将使社会和生态系统对淡水资源的管理大大复杂化。

康奈尔大学地球和大气科学教授、该研究的合著者弗拉维奥·雷纳(Flavio Lehner)说:“当涉及到水流时，我们正在与可预测性赛跑，因为我们试图通过更好的数据、模型和物理理解来提高我们的预测，但这些努力正被我们最好的预测器——雪——的迅速消失所取消。”“这可能是一场我们会输的比赛，但我们正在努力赢得它，这就是为什么我们需要研究这些话题。”

虽然减少的径流将导致北半球大部分地区的夏季土壤条件更干燥，但模拟表明，某些地区——包括东亚、喜马拉雅山和北美西北部——将由于降雨增加而保持土壤湿度。

“与降雪相关的指标对于告知社会宝贵水资源的管理至关重要，”科罗拉多大学博尔德分校的水文学家、该研究的合著者基思·穆塞尔曼(Keith Musselman)说。“随着公用事业和土木工程机构规划新的水库和其他基础设施，以适应不断变化的气候，我们必须解决有关冬季积雪变化特征和由此产生的我们长期依赖的径流的基本研究问题。”