Warum Regen auf Schnee in den kalifornischen Bergen Wissenschaftler beunruhigt

Nach den Stürmen im Januar und Februar 2023, die rekordverdächtige Schneemengen mit sich brachten, trifft eine weitere Runde mächtiger atmosphärischer Flüsse auf Kalifornien.Diesmal sind die Stürme wärmer, und das sind sie auch Auslösen von Hochwasserwarnungen da sie Regen höher in die Berge bringen – über die Schneedecke.

Professor Keith Musselman, der am Institut für Arktis- und Alpenforschung der University of Colorado Wasser und Klimawandel untersucht, erläuterte die komplexen Risiken, die Regen auf Schnee mit sich bringt, und wie sie sich in einem sich erwärmenden Klima verändern könnten.

Was passiert, wenn Regen auf die Schneedecke fällt?

In weiten Teilen der Vereinigten Staaten können Stürme mit starken Regenfällen mit saisonaler Schneedecke zusammenfallen.Wenn das passiert, kann der daraus resultierende Wasserabfluss viel größer sein als der, der allein durch Regen oder Schneeschmelze entsteht.Die Kombination hat ergeben einige der Nation Die zerstörerischsten und teuersten Überschwemmungen, einschließlich der 1996 Überschwemmungen im Mittleren Westen und das Hochwasser 2017 beschädigte den Oroville-Staudamm in Kalifornien.

Entgegen der landläufigen Meinung hat der Niederschlag selbst nur eine begrenzte Energie, um Schnee zu schmelzen.Vielmehr sind es die warmen Temperaturen, der starke Wind und die hohe Luftfeuchtigkeit, die erhebliche Energiemengen in Form von Energie transportieren können latent Und spürbare Wärme, die hauptsächlich die Schneeschmelze antreiben bei Regen-auf-Schnee-Ereignissen.

Die Schneedecke verfügt über Lufträume, durch die sich Wasser bewegen kann.Wenn der Regen fällt, kann das Wasser relativ schnell durch die Schichten der Schneedecke wandern, um den darunter liegenden Boden zu erreichen.Wie Bäche auf diesen Abfluss reagieren, hängt davon ab, wie viel Wasser bereits fließt und wie gesättigt der Boden ist.

Wenn der Boden noch nicht gesättigt ist, kann er eine Überschwemmungsreaktion dämpfen oder verzögern, indem er Regen aufnimmt und Schnee schmilzt.Wenn der Boden jedoch gesättigt ist, kann Schneeschmelze in Kombination mit Regen zu schnellen und verheerenden Überschwemmungen führen.

Eine der Herausforderungen bei der Bewältigung dieser Regen-auf-Schnee-Ereignisse besteht darin, dass das Hochwasserrisiko schwer vorherzusagen ist.

Um vorherzusagen, ob es zu einer Überschwemmung kommen wird, sind Kenntnisse über das Wetter und die hydrologischen Bedingungen erforderlich.Dazu müssen die Bodenfeuchtigkeit und die Schneedeckenbedingungen vor dem Sturm bekannt sein, die Höhe, in der der Regen in Schnee übergeht, die Niederschlagsmenge, die Windgeschwindigkeit, die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit sowie Schätzungen darüber, wie diese Faktoren zur Schneeschmelze beitragen.Darüber hinaus variiert jeder Faktor im Laufe der Zeit während eines Sturms und variiert auf komplexe Weise, insbesondere in einer Gebirgslandschaft.

Aus diesem Grund werden Regen-auf-Schnee-Überschwemmungen als bezeichnet zusammengesetzte Extremereignisse.Trotz der erheblichen Schäden, die sie verursachen können, mag es überraschend sein, wie wenig darüber bekannt ist, wie sie zeitlich, räumlich und in ihrer Intensität variieren.

Kalifornien bekommt einen weiteren stimmungsvollen Fluss, und es wird mit mehr Regen auf Schnee gerechnet.Wie unterscheidet sich der Regen-auf-Schnee-Effekt je nach Höhenlage in den dortigen Bergen?

In den kalifornischen Bergen sind es derzeit die mittleren Höhenlagen, auf die man achten muss.

In den tieferen Lagen hat es hauptsächlich geregnet und nicht geschneit, sodass weniger Schneedecke zum Schmelzen kommt.Und in den höchsten Lagen begünstigen kältere Temperaturen die anhaltende Anhäufung tiefer Schneedecke und Niederschläge sind weniger wahrscheinlich.

In die mittlere Übergangszone – wo es zu starken Niederschlägen oder Schneefällen kommen kann – sind Regen-auf-Schnee-Ereignisse am häufigsten, die sowohl zum Schmelzen als auch zum Risiko von Dacheinstürzen führen.

Wenn alle Stürme gleich wären, gäbe es klar definierte Regen- und Schneezonen, und das Risiko von Regen-auf-Schnee-Überschwemmungen wäre gering.Aber das ist nicht der Fall.Stattdessen variiert die Höhe der Schneezone nicht nur während eines Ereignisses, sondern auch erheblich von einem Sturm zum nächsten.

Die zerstörerischsten Regen-auf-Schnee-Ereignisse ereignen sich, wenn Flüsse bereits Hochwasser führen und Böden gesättigt sind. Dies kann als Reaktion auf eine Reihe warmer atmosphärischer Flüsse auftreten, die mit einer tiefen Schneedecke interagieren – wie es derzeit in den Bergen Kaliforniens der Fall ist.Die Reihenfolge, in der diese Stürme auftreten – oder die Reihenfolge der Stürme – ist besonders wichtig für die Beurteilung des Hochwasserrisikos, da diese Ereignisse teilweise durch schnelle Wechsel zwischen kalten Perioden mit Schneeansammlung und anschließenden warmen Regenfällen verursacht werden.

Was zeigen Forschungsergebnisse über das zukünftige Risiko von Regen-auf-Schnee-Ereignissen in einem sich erwärmenden Klima?

Noch weniger ist darüber bekannt, wie das Überschwemmungsrisiko durch Regen und Schnee bei der Erwärmung des Planeten reagieren könnte.

In einem wärmeren Klima ist die Gefahr geringer, dass in den tieferen Lagen Regen auf Schnee fällt wenn die Schneedecke abnimmt, insbesondere in wärmeren Regionen wie dem pazifischen Nordwesten.

Aber in höheren Lagen häufiger Regen auf Schnee Veranstaltungen werden erwartet.Während wärmere Temperaturen Es wird erwartet, dass die Niederschlagsintensität zunimmt. Untersuchungen zeigen jedoch, dass dies nicht der wichtigste Faktor für dieses Risiko ist.Ein Großteil des erwarteten Anstiegs des Überschwemmungsrisikos durch Regen und Schnee ist eine Folge davon Regen-Schnee-Übergangszone weitet sich weiter aus in der Höhe, um alpine Gebiete einzubeziehen, die in der Vergangenheit überwiegend Schneefall verzeichneten.

Hochwasserschutz- und Reservoirmanagementsysteme in diesen Bergregionen müssen diese künftigen Veränderungen bei Regen-auf-Schnee-Ereignissen – zusätzlich zu Veränderungen in der Niederschlagsintensität und der Sturmsequenz – berücksichtigen vollständig verstehen und sich darauf vorbereiten das lokale Überschwemmungsrisiko, wenn sich der Planet erwärmt.

Werden also die prognostizierten Zunahmen von Niederschlagsextremen und Winterniederschlägen das Auftreten von Regen auf Schnee und das damit verbundene Überschwemmungsrisiko erhöhen?Oder verringern eine geringere Schneedecke und größere Bodenfeuchtigkeitsdefizite das Risiko von Regen-auf-Schnee-Überschwemmungen in einem wärmeren Klima?

Es wird erwartet, dass sich die Reaktion auf das Hochwasserrisiko durch Regen und Schnee in einem zukünftigen Klima auf komplexe und oft widersprüchliche Weise ändern wird.Die geplanten Änderungen sind wahrscheinlich variieren nach Region, Jahreszeit, Klimamodell, Emissionsszenario und zukünftigem Zeithorizont.Es ist ein kostspieliges Risiko Das erfordert mehr Forschung.