العلماء يحفرون بعمق ويجدون طريقة للتنبؤ بدقة بالثلوج بعد الجفاف

من أين تأتي إمدادات المياه الخاصة بك؟

إذا كنت تعيش بالقرب من الجبال ، على سبيل المثال في كولومبيا البريطانية ، فمن المحتمل أن يأتي الكثير من المياه من كتل الجليد الجبلية. يعتمد أكثر من 1.9 مليار شخص على مستوى العالم على ذوبان الجليد والهروب من كتل الثلج الجبلية هذه لإمدادهم بالمياه.

تعد التنبؤات الدقيقة لهذا الاتجاه السنوي أمرًا بالغ الأهمية لتخطيط إمدادات المياه. وغالبًا ما تعتمد نماذج التنبؤ على العلاقة التاريخية بين كتل الجليد الجبلية وإمدادات المياه اللاحقة.

ومع ذلك ، في أوقات الجفاف غير المسبوق والمناخ المتغير ، يبدو أن نماذج التنبؤ هذه لم تعد موثوقة. بعد الجفاف الشديد في ولاية كاليفورنيا في عام 2021 ، أدى ذوبان الجليد من كتل الجليد الجبلية إلى توفير كمية أقل بكثير من المياه مما توقعته النماذج التاريخية ، مما يعني أن الخزانات ظلت أكثر جفافاً مما كان متوقعًا. لأول مرة منذ 100 عام ، كانت نماذج إمدادات المياه خاطئة.

في محاولة لمعالجة الفجوات في النموذج التقليدي ، قمنا مؤخرًا بتطوير نموذج محدث للتنبؤ بإمدادات المياه يأخذ في الاعتبار عوامل إضافية ، مثل عجز تخزين المياه في التربة والصخور الأساسية. هذا النموذج الجديد يحسن بشكل كبير دقة توقعات إمدادات المياه بعد الجفاف.

ما هي نماذج إمدادات المياه الحالية المفقودة؟

النماذج المستخدمة للتنبؤ بالذوبان الثلجي عادة ما تأخذ في الاعتبار أمطار الشتاء وتجمعات الثلج. لكن اتضح أن الماء الذي تمتصه الأرض مهم أيضًا. تختلف كمية المياه الممتصة في التربة والصخور من سنة إلى أخرى وتتأثر بشكل خاص بالجفاف.

عندما يذوب الثلج أو يتساقط المطر ، يذهب معظمه تقريبًا تحت الأرض أولاً قبل أن يتجه في اتجاه مجرى النهر إلى أنظمة إمدادات المياه. تعتبر عمليات تخزين المياه تحت سطح الأرض أساسية لفهم المصير النهائي للمطر والثلج في الجبال.

تتكون البيئة تحت الأرض من طبقات معقدة من التربة والكسور والصخور القاعدية التي يمكن أن تخزن وتحجز وتنقل المياه. تفاصيل هذه العمليات معقدة ، لكن التأثير الكلي يمكن تشبيهه بإسفنجة عملاقة.

خلال الصيف ، تجف الأرض وتصبح مبللة مرة أخرى مع وصول الأمطار وذوبان الجليد في الشتاء والربيع. بمجرد أن تصبح الأرض رطبة بدرجة كافية ، يبدأ بالتنقيط. يدخل هذا الماء المتقطر إلى المياه الجوفية والجداول ويذهب في النهاية إلى أنظمة إمدادات المياه.

يعتمد مقدار قطرات الماء على مقدار ذوبان الثلوج والأمطار التي يتم تلقيها ، والتي يتم تضمينها في نماذج التنبؤ. يعتمد ذلك أيضًا على مدى جفاف الطبقة تحت السطحية في البداية ، والتي لا يتم تضمينها تقليديًا في نماذج التنبؤ.

تستهلك النباتات الكثير من الماء

يمكن أن يعتمد مدى جفاف سطح الأرض هذا العام على كمية المياه التي استخدمتها النباتات العام الماضي (أو حتى خلال السنوات القليلة الماضية). في السنوات الأكثر حرارة وجفافًا ، يمكن للنباتات استخدام المزيد من المياه من تحت الأرض ، مما يتسبب في جفاف أكثر تحت السطح.

تظهر الدراسات الحديثة أن الأشجار تجف بشكل روتيني ليس فقط التربة ولكن أيضًا مترات الصخور القاسية تحت السطح.

لا يزال العلماء يكافحون لتحديد مدى جفاف هذه البيئات الجبلية ومدى جفافها تحت السطح. مع وجود سطح جاف جاف في بداية العام ، هناك حاجة إلى مزيد من ذوبان الجليد قبل أن تبدأ المياه في التدفق في اتجاه مجرى النهر إلى أنظمة إمدادات المياه.

نظرًا لأن حالات الجفاف تصبح أكثر تواترًا وشدة مع تغير المناخ ، فقد تصبح هذه العملية أكثر أهمية حتى في المناطق التي لم تواجه تاريخياً الكثير من الجفاف.

قياس الرطوبة تحت الارض

تعد المراقبة المباشرة لمستويات الرطوبة في باطن الأرض أمرًا صعبًا ، خاصةً عندما يتم تخزينها في صخر قاعدي معرض للعوامل الجوية ، والذي يمكن أن يمتد لعدة أمتار تحت سطح الأرض ويكون من الصعب مراقبته.

وجدنا في بحثنا أدق القياسات عن طريق خفض الأدوات الجيوفيزيائية أسفل الآبار وأخذ قراءات محتوى الماء على أعماق مختلفة. بمقارنة هذه القراءات بمرور الوقت ، نلاحظ كيف تجف الطبقة تحت السطحية وتصبح مبللة مرة أخرى.

ومع ذلك ، يكاد يكون من المستحيل إجراء هذه المراقبة المكثفة على مناطق واسعة.

بينما لا يمكننا النظر مباشرة تحت الأرض في كل مكان ، يمكننا تتبع كمية المياه التي تدخل (المطر وذوبان الجليد) والأوراق (استخدام المياه النباتية) الأرض باستخدام البيانات المشتقة من الأقمار الصناعية.

من خلال أخذ حساب جاري للمياه الداخلة والخارجة من الأرض ، يمكننا تقدير مدى جفاف تحت السطح – وهو مقياس نسميه عجز تخزين المياه.

يجب أن تحفر نماذج إمدادات المياه بشكل أعمق

يراعي نموذجنا للتنبؤ بإمدادات المياه المطور حديثًا عجز تخزين المياه في كل من التربة والصخر الصخري. وقد أدى ذلك إلى تحسين دقة التنبؤ بعد الجفاف إلى حد كبير ، حيث رفع احتمال الخطأ في حساب التنبؤات من 60 في المائة إلى حوالي 20 في المائة.

نظرًا لأنه يمكننا حساب العجز قبل ذوبان الجليد في الربيع ، فإنها تعمل كعلامة إنذار مبكر ويمكن أن تساعد في استراتيجيات إدارة المياه.

مع تغير المناخ ، تنذر تحديات إمدادات المياه في كاليفورنيا بقضايا ستصبح سائدة بشكل متزايد في كولومبيا البريطانية ومناطق أخرى تعتمد على الجليد الجبلي. يمكن أن يساعد استخدام نماذج التنبؤ المحدثة في المستقبل هذه المناطق على الاستعداد بشكل أفضل لنقص المياه المستمر حتى عندما تبدو كتلة الثلج طبيعية.