Śnieg to jedna z najbardziej sprzecznych wskazówek, jakie mamy, pomagając zrozumieć zmiany klimatyczne. Podobnie jak podczas wielu ostatnich zim, brak opadów śniegu w grudniu zdawał się zapowiadać przyszłość globalnego ocieplenia, ze szczytami od Oregonu po New Hampshire bardziej brązowymi niż białymi, a południowo-zachodnia część Ameryki borykała się z poważną suszą śnieżną.
Z drugiej strony rekordowe zamiecie, takie jak te z początku 2023 r., które pogrzebały społeczności górskie Kalifornii, uzupełniły wyschnięte zbiorniki wodne i zrzuciły 3 metry śniegu w północnej Arizonie, zaprzeczają naszym koncepcjom życia na ocieplającej się planecie.
Podobnie dane naukowe z obserwacji naziemnych, satelitów i modeli klimatycznych nie są zgodne co do tego, czy globalne ocieplenie konsekwentnie usuwa pokrywy śnieżne gromadzące się w górach na dużych wysokościach, komplikując wysiłki mające na celu zarządzanie niedoborem wody, który skutkowałby dla wielu skupisk ludności.
Teraz nowe badanie w Dartmouth rozwiewa niepewność tych obserwacji i dostarcza dowodów na to, że sezonowe pokrywy śnieżne na większości półkuli północnej rzeczywiście znacznie się skurczyły w ciągu ostatnich 40 lat z powodu zmian klimatycznych powodowanych przez człowieka. Najostrzejsze zmniejszenie pokrywy śnieżnej związane z globalnym ociepleniem – od 10% do 20% na dekadę – występuje w południowo-zachodnich i północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych, a także w Europie Środkowej i Wschodniej.
Naukowcy podają w czasopiśmie Nature, że rozmiar i tempo tej utraty potencjalnie stawia setki milionów ludzi w Ameryce Północnej, Europie i Azji, których woda zależy od śniegu, w obliczu kryzysu, który będzie się pogłębiał w dalszym ciągu ocieplenia.
„Najbardziej niepokoiło nas, jak ocieplenie wpływa na ilość wody zmagazynowanej w śniegu. Utrata tego zbiornika to najbezpośrednie i największe ryzyko, jakie zmiany klimatyczne stwarzają dla społeczeństwa w postaci zmniejszania się opadów śniegu i akumulacji” – powiedział pierwszy autor Alexander Gottlieb , doktorantka w ramach programu podyplomowego Ekologia, Ewolucja, Środowisko i Społeczeństwo w Dartmouth.
„Nasza praca identyfikuje zlewiska, w których w przeszłości występowała utrata śniegu, oraz te, które będą najbardziej podatne na gwałtowne zmniejszanie się pokrywy śnieżnej w związku z dalszym ociepleniem” – powiedział Gottlieb. „Pociąg opuścił stację i udał się do regionów takich jak południowo-zachodnie i północno-wschodnie Stany Zjednoczone. Oczekujemy, że do końca XXI wieku do końca marca te miejsca będą prawie wolne od śniegu. Jesteśmy na tej drodze i nie są szczególnie dobrze przystosowane, jeśli chodzi o niedobór wody”.
Bezpieczeństwo wodne to tylko jeden wymiar utraty śniegu, powiedział Justin Mankin, profesor nadzwyczajny geografii i główny autor artykułu.
Zlewiska Hudson, Susquehanna, Delaware, Connecticut i Merrimack w północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych, gdzie niedobór wody nie jest tak tragiczny, charakteryzują się jednym z najbardziej stromych spadków pokrywy śnieżnej. Jednak te poważne straty zagrażają gospodarkom w stanach takich jak Vermont, Nowy Jork i New Hampshire, które są zależne od rekreacji zimowej, powiedział Mankin – nawet śnieg wytwarzany maszynowo ma próg temperatury, który w wielu obszarach szybko się zbliża.
„Konsekwencje rekreacyjne są charakterystyczne dla tego, w jaki sposób globalne ocieplenie nieproporcjonalnie wpływa na najbardziej bezbronne społeczności” – stwierdził Mankin. „Ośrodki narciarskie położone na niższych wysokościach i na niższych szerokościach geograficznych już borykają się z utratą śniegu z roku na rok. To będzie tylko przyspieszać, przez co ten model biznesowy stanie się nieopłacalny”.
„Prawdopodobnie będziemy świadkami dalszej konsolidacji narciarstwa w duże, dobrze wyposażone ośrodki narciarskie kosztem małych i średnich ośrodków narciarskich, które charakteryzują się tak kluczowymi lokalnymi wartościami gospodarczymi i kulturowymi. Będzie to strata, która odbije się na społecznościach.” powiedział.
W badaniu Gottlieb i Mankin skupili się na tym, jak wpływ globalnego ocieplenia na temperaturę i opady spowodował zmiany w pokrywie śnieżnej w 169 dorzeczach na półkuli północnej w latach 1981–2020. Utrata pokrywy śnieżnej potencjalnie oznacza mniej wiosennych wód roztopowych w rzekach, strumieniach i gleby w dole rzeki, gdy ekosystemy i ludzie potrzebują wody.
Gottlieb i Mankin zaprogramowali model uczenia maszynowego w celu zbadania tysięcy obserwacji i eksperymentów z modelami klimatycznymi, w ramach których zebrano dane dotyczące pokrywy śnieżnej, temperatury, opadów i odpływu w zlewniach półkuli północnej.
Pozwoliło im to nie tylko określić, gdzie nastąpiła utrata pokrywy śnieżnej w wyniku ocieplenia, ale także dało im możliwość zbadania przeciwdziałającego wpływowi zmian temperatury i opadów spowodowanych klimatem, które odpowiednio zmniejszają i zwiększają grubość pokrywy śnieżnej.
Naukowcy zidentyfikowali niepewności wspólne dla modeli i obserwacji, aby móc skupić się na tym, co naukowcy wcześniej przeoczyli podczas pomiaru wpływu zmiany klimatu na śnieg. Badanie przeprowadzone w 2021 r. przez Gottlieba i Mankina w podobny sposób wykorzystało niepewność dotyczącą sposobu, w jaki naukowcy mierzą głębokość śniegu i definiują suszę śnieżną, aby poprawić przewidywania dotyczące dostępności wody.
Ze śniegiem wiąże się niepewność, która maskuje skutki globalnego ocieplenia, powiedział Mankin. „Ludzie zakładają, że śnieg można łatwo zmierzyć, że po prostu zmniejsza się wraz z ociepleniem i że jego utrata wszędzie powoduje takie same skutki. W żadnym wypadku tak nie jest” – stwierdził Mankin.
„Obserwacje śniegu są trudne w skali regionalnej, która jest najbardziej istotna dla oceny bezpieczeństwa wodnego” – powiedział Mankin. „Śnieg jest bardzo wrażliwy na zimowe wahania temperatury i opadów, a ryzyko utraty śniegu nie jest takie samo w Nowej Anglii, jak na południowym zachodzie, ani w wiosce w Alpach, jak w wysokogórskiej Azji”.
Gottlieb i Mankin faktycznie odkryli, że 80% pokryw śnieżnych na półkuli północnej – znajdujących się na jej dalekiej północy i na dużych wysokościach – doświadczyło minimalnych strat. Pokrywy śnieżne faktycznie rozszerzyły się na rozległych połaciach Alaski, Kanady i Azji Środkowej, gdy zmiany klimatyczne zwiększyły ilość opadów w tych mroźnych regionach w postaci śniegu.
Jednak to pozostałe 20% pokrywy śnieżnej występującej wokół wielu głównych skupisk ludności na półkuli i dostarczającej im wodę uległo zmniejszeniu. Od 1981 r. udokumentowane spadki pokrywy śnieżnej w tych regionach są w dużej mierze niespójne ze względu na niepewność obserwacji i naturalnie występujące różnice klimatyczne.
Gottlieb i Mankin odkryli jednak, że szybko pojawia się stały wzór rocznego spadku akumulacji śniegu, który powoduje, że skupiskom ludności nagle i chronicznie brakuje nowych dostaw wody pochodzącej z topniejącego śniegu.
Wiele działów wodnych zależnych od śniegu znajduje się obecnie niebezpiecznie blisko progu temperatur, który Gottlieb i Mankin nazywają „klifem utraty śniegu”. Oznacza to, że gdy średnie zimowe temperatury w zlewni wzrosną powyżej 17 stopni Fahrenheita (minus 8 stopni Celsjusza), utrata śniegu przyspiesza nawet przy jedynie niewielkim wzroście lokalnych średnich temperatur.
Mankin powiedział, że w wielu gęsto zaludnionych zlewniach, których zaopatrzenie w wodę opiera się na śniegu, straty będą coraz większe.
„Oznacza to, że podmioty odpowiedzialne za gospodarkę wodną, które polegają na topniejącym śniegu, nie mogą czekać, aż wszystkie obserwacje potwierdzą utratę śniegu, zanim zaczną przygotowywać się do trwałych zmian w dostawach wody. Wtedy będzie już za późno” – stwierdził. „Kiedy dorzecze spadnie z klifu, nie chodzi już o zarządzanie krótkoterminową sytuacją awaryjną, aż do następnego dużego śniegu. Zamiast tego będą dostosowywać się do trwałych zmian w dostępności wody”.