Загрязненный снег вызывает ранний сток в Каскадных и Скалистых горах

Сажа от загрязнения приводит к нагреванию и сокращению снежного покрова зимой, что запускает непрерывный цикл более раннего таяния. Новое исследование показало, что это может вызывать сток талых вод с гор на целый месяц раньше. Понимание влияния загрязнения на естественные водные резервуары горных хребтов крайне важно для управления водными ресурсами на западе США и Канады, от которых зависят гидроэнергетика, рыболовство и сельское хозяйство.

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США впервые провели исследование влияния сажи на снег в западных штатах в масштабе, позволяющем прогнозировать последствия для целых горных хребтов. Они обнаружили, что сажа нагревает снег и воздух над ним до 1,2 градусов по Фаренгейту, вызывая таяние.

Цикл «сажа-снег» начинается, когда сажа, продукт сжигания ископаемого топлива, затемняет снег, на который оседает. Такой снег поглощает больше солнечной энергии, чем чистый белый. В результате более тонкий снежный покров отражает меньше солнечного света обратно в атмосферу и дополнительно нагревает территорию, продолжая цикл таяния.

В отличие от других исследований, изучавших однородные изменения из-за повышения температуры воздуха от парниковых газов, эта работа выявила региональные изменения снежного покрова, вызванные именно сажей. Используя климатическую компьютерную модель, исследователи смоделировали, как сажа от дизельных двигателей, электростанций и других источников влияет на снежный покров в Скалистых, Каскадных и других горах запада США.

Они установили, что изменение отражательной способности снега приводит к его таянию весной на несколько недель раньше, чем в случае чистого снега. Кроме того, меньшее количество снега в горах к концу весны означает сокращение стока в поздний весенний и летний периоды. «Если мы сможем спрогнозировать будущее — сколько воды мы получим из рек и когда — то сможем лучше планировать ее многочисленное использование», — отметил атмосферный ученый Юнь Цянь.

Для детального моделирования команда использовала региональную модель прогнозирования и исследования погоды (WRF), доработанную компонентом для моделирования химии аэрозолей (WRF-chem). Это позволило повысить разрешение до 15 км, что дало лучшее представление о влиянии сажи в горных районах. Моделирование показало, что удвоение затемняющего эффекта сажи привело к увеличению температуры поверхности снега примерно на 50%, а сокращение снежного покрова в некоторых областях более чем удвоилось. Наиболее резкие изменения происходили в марте.

Исследователи также выяснили, что сажа снижает отражательную способность снега двумя путями: примерно наполовину — за счет своего темного цвета, а другую половину — косвенно, сокращая снежный покров и обнажая более темную почву под ним. Результаты исследования будут опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research — Atmospheres.