Depuis le milieu des années 80, le pourcentage de précipitations qui se transforment en écoulement fluvial dans le bassin versant du haut Rio Grande a baissé plus fortement qu'à n'importe quel point depuis au moins 445 ans, selon une nouvelle étude menée par le National Center for Atmospheric Research (NCAR).

Bien que cette baisse soit due en partie au passage d'une période inhabituellement humide à une période inhabituellement sèche, la hausse des températures a accentué la tendance, les chercheurs ont dit.

L'étude brosse un tableau détaillé de la façon dont la température a affecté le taux de ruissellement - la quantité de neige et de pluie qui se déverse réellement dans la rivière - au fil du temps, et les résultats pourraient aider à améliorer les prévisions d'approvisionnement en eau pour le Rio Grande, qui est une source d'eau pour environ 5 millions de personnes.

Les résultats de l'étude suggèrent également que les taux de ruissellement dans le haut Rio Grande et d'autres bassins hydrographiques voisins alimentés par la neige, comme le bassin du fleuve Colorado, pourrait encore diminuer à mesure que le climat continue de se réchauffer.

"La variable la plus importante pour prédire le débit est la quantité de pluie ou de neige, " a déclaré Flavio Lehner, scientifique du NCAR, auteur principal de l'étude. "Mais quand nous avons regardé des centaines d'années en arrière, nous avons constaté que la température a également eu une influence importante, qui n'est actuellement pas prise en compte dans les prévisions d'approvisionnement en eau. Nous pensons que l'intégration de la température dans les prévisions futures augmentera leur précision, non seulement en général mais aussi face au changement climatique."

L'étude, publié dans la revue Lettres de recherche géophysique , a été financé par le Bureau of Reclamation, Corps du génie de l'armée, Administration nationale des océans et de l'atmosphère (NOAA), et la Fondation nationale des sciences, qui est le sponsor de NCAR.

Les co-auteurs de l'article sont Eugene Wahl, de la NOAA ; André Bois, du NCAR; et Douglas Blatchford et Dagmar Llewellyn, tous deux du Bureau of Reclamation.

Surestimation de l'approvisionnement en eau

Né dans les montagnes Rocheuses du sud du Colorado, le Rio Grande traverse le Nouveau-Mexique vers le sud avant de s'accrocher à l'est et de former la frontière entre le Texas et le Mexique. La neige s'accumule sur les sommets entourant les sources tout l'hiver, et au printemps, le manteau neigeux commence à fondre et à alimenter la rivière.

Le débit qui en résulte est utilisé à la fois par les agriculteurs et les villes, dont Albuquerque, Nouveau Mexique, et El Paso, Texas, et les utilisateurs d'eau dépendent des prévisions annuelles d'approvisionnement en eau pour déterminer qui obtient quelle part de la rivière. La prévision est également utilisée pour déterminer si de l'eau supplémentaire doit être importée de la rivière San Juan, de l'autre côté de la Continental Divide, ou pompé dans les eaux souterraines.

Les prévisions opérationnelles actuelles des débits fluviaux dépendent des estimations de la quantité de neige et de pluie tombée dans le bassin, et ils supposent qu'une quantité particulière de précipitations et de manteau neigeux produira toujours une quantité particulière d'écoulement fluvial.

Dans les années récentes, ces prévisions ont eu tendance à surestimer la quantité d'eau disponible, entraînant une sur-allocation de la rivière. Afin de comprendre cette dynamique changeante, Lehner et ses collègues ont étudié comment la relation entre les précipitations et le débit, connu sous le nom de taux de ruissellement, a évolué au fil du temps.

Précipitations vs écoulement :les cernes des arbres racontent une nouvelle histoire

Les scientifiques ont utilisé des données d'écoulement dérivées des anneaux d'arbres provenant de l'extérieur du bassin supérieur du Rio Grande pour reconstruire les estimations des précipitations dans le bassin versant remontant à 1571. Ensuite, ils ont combiné ces informations avec une reconstruction distincte des écoulements dans le bassin pour la même période. Parce que ces deux reconstructions étaient indépendantes, cela a permis à l'équipe de recherche d'estimer également le ratio de ruissellement pour chaque année :plus le ratio est élevé, plus grande est la part des précipitations réellement convertie en écoulement fluvial.

"Pour la première fois, nous avons pu prendre ces deux quantités et les utiliser pour reconstituer les ratios de ruissellement sur les 445 dernières années, " a déclaré Wahl.

Ils ont constaté que le taux de ruissellement varie considérablement d'une année à l'autre et même d'une décennie à l'autre. Le facteur le plus important associé à cette variation était les précipitations. Quand il neige moins sur les montagnes en amont du Rio Grande, non seulement moins d'eau est disponible pour devenir un cours d'eau, mais le taux de ruissellement diminue également. En d'autres termes, un plus petit pourcentage du manteau neigeux se transforme en écoulement fluvial pendant les années plus sèches.

Mais les scientifiques ont également découvert qu'un autre facteur affectait le taux de ruissellement :la température. Au cours des derniers siècles, le taux de ruissellement était réduit lorsque les températures étaient plus chaudes. Et l'influence de la température s'est renforcée pendant les années plus sèches :lorsque le manteau neigeux était peu profond, les températures chaudes ont réduit le taux de ruissellement plus que lorsque le manteau neigeux était profond, aggravant encore les conditions de sécheresse. Les faibles taux de ruissellement observés pendant les années sèches étaient deux fois et demie à trois fois plus probables lorsque les températures étaient également plus chaudes.

"L'effet de la température sur le taux de ruissellement est relativement faible par rapport aux précipitations, " Lehner a déclaré. "Mais parce que son plus grand impact est lorsque les conditions sont sèches, une année plus chaude peut aggraver une situation déjà mauvaise."

Un certain nombre de facteurs peuvent expliquer l'influence de la température sur le taux de ruissellement. Quand il fait plus chaud, les plantes absorbent plus d'eau du sol et plus d'eau peut s'évaporer directement dans l'air. En outre, des températures plus chaudes peuvent faire fondre la neige plus tôt dans la saison, lorsque les jours sont plus courts et que l'angle du soleil est plus faible. Cela fait fondre la neige plus lentement, permettant à l'eau de fonte de s'attarder dans le sol et donnant aux plantes la possibilité de l'utiliser.

La vaste reconstruction du taux de ruissellement historique dans le haut Rio Grande a également révélé que la baisse du taux de ruissellement au cours des trois dernières décennies est sans précédent dans les archives historiques. Les années 1980 ont été une période exceptionnellement humide pour le haut Rio Grande, tandis que les années 2000 et 2010 ont été exceptionnellement sèches. Associez cela à une augmentation des températures sur la même période, et la baisse du taux de ruissellement entre 1986 et 2015 ne ressemblait à aucun autre tronçon de cette longueur au cours des 445 dernières années.

Mise à niveau des anciennes approches

Cette nouvelle compréhension de l'influence de la température sur le taux de ruissellement pourrait aider à améliorer les prévisions d'approvisionnement en eau, qui ne considèrent pas actuellement si les mois à venir devraient être plus chauds ou plus froids que la moyenne. Les auteurs évaluent maintenant la valeur de l'incorporation de prévisions saisonnières de température dans les prévisions d'approvisionnement en eau pour tenir compte de ces influences de la température.

L'étude complète un projet NCAR pluriannuel financé par le Bureau of Reclamation et l'Army Corps of Engineers qui évalue les perspectives d'amélioration des prévisions de débit saisonnier pour la gestion des réservoirs.

« Les utilisateurs et les parties prenantes des prévisions se posent de plus en plus des questions sur la fiabilité des techniques de prévision si le climat modifie notre hydrologie, " dit Bois, qui a mené l'effort. "Cette étude nous aide à réfléchir aux moyens d'améliorer l'une de nos plus anciennes approches - la prévision statistique de l'approvisionnement en eau - pour répondre aux tendances récentes de la température. Notre défi actuel est de trouver des moyens de nous assurer que les leçons de ce travail peuvent bénéficier aux prévisions opérationnelles de débit. "

Étant donné que les modèles de prévision existants ont été calibrés sur les conditions de la fin des années 1980 et des années 1990, il n'est pas surprenant qu'ils aient surestimé le débit pendant la période la plus sèche depuis 2000, dit Lehner.

« Ces modèles statistiques supposent souvent que le climat est stable, " Lehner a déclaré. "C'est une hypothèse qui fonctionne parfois, mais les techniques de prévision statistique auront du mal avec tout changement important de l'hydroclimatologie d'une décennie à l'autre, comme celle que nous venons de vivre."