Model-based global assessment of hydrological pressure

De Forente Nasjoners klimapanel har fastslått at virkningen av meteorologiske og hydrologiske ekstremer er en trussel mot viktige samfunns¬funksjoner. Til tross for framgang i klimaforskning og strategier for tilpasning til klimaendringer er bruk av denne informasjonen begrenset på grunn av flere faktorer: begreper fra vitenskapelig teori er ikke tilpasset beslutningstakernes behov; usikkerhet i klimaframskrivinger; forskjell i geografisk skala i klimadata og beslutningstakernes behov; manglende evne til å beskrive naturlige variasjoner i dagens klima; og tilpasning til et klima i endring er bare noen av flere faktorer som beslutningstakere må forholde seg til for vurdering av effekten av meteorologiske og hydrologiske påvirkninger som medfører utfordringer for landbruk, næringsliv, samferdsel og bosetning. Beslutningsstøtteindikatorer med fokus på størrelse, sannsynlighet, romlig utstrekning og varighet av ekstreme hydroklimatiske hendelser er definert i samarbeid med lokale beslutningstakere og internasjonale samarbeidspartnere for å forenkle kommunikasjon av effekten av klimaendringer på viktige samfunnsfunksjoner. Et konseptuelt rammeverk med tre kategorier av beslutningsstøtteindikatorer er utviklet: Klassiske hydroklimatiske indikatorer basert på statistikk; Hendelsesbaserte indikatorer som sammenlikner framtidige hendelser med velkjente historiske hendelser; og Effektbaserte indikatorer som kvantifiserer de sosioøkonomiske virkningene av hendelser. Ekstreme hendelser fra nyere tid er sammenliknet med virkninger av klimaendringer for å bestemme sårbarhet og konsekvenser for lokale beslutningstakere. Et tverrfaglig miljø blant samarbeidspartnerne (hydrologi, meteorologi, klimavitenskap, bioøkonomi) sikrer en god balanse mellom forskning og operative applikasjoner. Hydrologiske modeller og den globale hydrologisk tjenesten World Wide Hype (https://hypeweb.smhi.se) er tilpasset vassdrag i Vestland fylke i Norge og Xinjiang-regionen i Kina. Romlig skala for modellene er nedbørfelt med inndeling i grid-ruter på 1 km2, skala i tid er fra ett døgn til flere dekader. Historiske hendelser er identifisert og beslutningsstøtteindikatorer er utviklet ved hjelp av observerte data og resultat fra modellenes beregninger. I Vestland fylke er hydrologiske prosesser og deres virkning på flom, tørke og vannkraftproduksjon undersøkt. Resultatene viser økning i størrelsen av flommer som skyldes regn, i særdeleshet mot slutten av århundret, og reduksjon i størrelsen av flommer som skyldes snøsmelting. Flommer vil forekomme tidligere på året i innlandet, mens de vil opptre senere på året i områder nær kysten. Hendelsesbaserte beslutningsstøtteindikatorer viser at historiske flomhendelser vil ha en større sannsynlighet for å forekomme i framtiden. En generell økning i størrelsen av flommer er ventet, men endringene varierer mellom kystområder og innlandet og hvorvidt flommene skyldes regn eller snøsmelting i dagens klima, og avhenger derfor av endringer i klimatiske og hydrologiske forhold. Det vil bli en generell reduksjon i lavvannsføring om sommeren og en økning om vinteren, og en markert økning av tørkevarighet og vannmangel om sommeren. Det ventes bare en moderat reduksjon i årlig vannkraftproduksjon som følge av tørke, til tross for hyppigere forekomst av tørkehendelser, på grunn av økende avrenning om vinteren. Hendelsesbaserte beslutningsstøtteindikatorer viser at situasjoner som er sammenliknbare med de mest alvorlige historiske tørkehendelsene vil bli mer vanlige mot slutten av århundret. I Xinjiang-regionen i Kina er klimaendringer en bestemmende faktor for utvikling av vannforsyning, jordbruk og sosioøkonomisk utvikling. Denne regionen har rundt 20 000 isbreer som er hovedkilden til vannressurser. Siden 1950-tallet er størrelsen av disse isbreene redusert med 20-30 %, noe som har medført redusert vannføring og tørke i nedre deler av flere vassdrag. Det er derfor behov for å evaluere virkningen av klimaendringer på isbreer og tilgjengelig vannressurser. Framskrivinger av endringer i isbreer og avrenning inntil slutten av århundret er bestemt ved hjelp av klimascenarier og hydrologiske modeller. Resultatene viser en markert reduksjon i areal av isbreer og avrenning. Den lokale økonomien i Xinjiang-regionen har to viktige produksjonssektorer, landbruk og industri. Begge har en vannproduktivitet som er lik forholdet mellom økonomisk produksjon og forbruk av vann. Beregninger med hydrologiske modeller og data for produksjon i landbruk og industri gjør det mulig å bestemme tilgjengelig vannressurser i framtiden og bestemme hvordan den lokale økonomien påvirkes under ulike scenarier for klimaendringer og produksjon i landbruk og industri. Selv om lokal jordbruksproduksjon gradvis tilpasses til høyere priser og jordbruksprodukter med lavt vannforbruk, vil denne situasjonen sannsynligvis føre til økende konflikt mellom forbruk og tilgjengelighet av vann i dette området.

Et system av hydrologiske modeller som spenner over skala i tid fra døgn til dekader og i rom fra én til flere tusen kvadratkilometer er utviklet, med formål å beregne virkningene av klimaendringer på ekstreme hydrologiske hendelser som har betydning for viktige samfunnsfunksjoner som samferdsel, bosetning, landbruk, industri, energiproduksjon og vannforsyning. En global hydrologisk tjeneste er kombinert med lokale hydrologiske modeller for å evaluere effekten av endringer i langtidsmidler og variabilitet i meteorologiske prosesser på isbreer, snøforhold, fordampning, grunnvann og vannføring i vassdrag. Evaluering av klimaendringers virkning på viktige samfunnsfunksjoner i to regioner, Vestland fylke i Norge og Xinjiang-regionen i Kina, er oppsummert ved hjelp av beslutningsstøtteindikatorer som er utviklet i samarbeid med internasjonale partnere og lokale beslutningstakere fra offentlig forvaltning og næringsliv. Kommunikasjon med sluttbrukere utføres med tre type beslutningsstøtteindikatorer. Klassiske hydroklimatiske indikatorer for flere skalaer i tid og rom; Hendelsesbaserte beslutningsstøtteindikatorer basert på informasjon om endring fra velkjente historiske hendelser; Sosioøkonomiske beslutningsstøtteindikatorer for virkning på viktige samfunnsfunksjoner.

The objective of GlobalHydroPressure is to provide global model-based support for assessing and quantifying the fundamental hydrological pressure in basins worldwide. A consistent and reliable estimation of this pressure is a prerequisite for assessment of vulnerability and resilience to the total, multiple environmental pressure, including both natural and human-driven components. As hydrological pressure is closely associated with extreme events (natural hazards) on different scales in space and time, a multi-scale perspective will be adopted. A key feature of the project is the development of hydrological Decision Support Indicators (DSIs), innovative indicators pertinent to the main hydrological pressures tailored for decision support with different time horizons. The project will develop existing hydrological models on global and local scales into innovative tools for supporting the decisions of end users. Local cases span different climatic, areal and topographic characteristics so that hydrological models may be adapted to different characteristics and may then be used to support local vulnerability, resilience and risk assessment in ungauged regions of difficult access, as well as contribute with input to practical tools for adaptation and decision support. The applications covered in the cases include e.g. water resources management, hydropower production, flood risk assessment and agricultural production. An important aspect of GlobalHydroPressure is the multi-scale perspective, as different hydro-meteorological hazards operate on widely different scales in time and space. Examples of extremes include flash floods, with scales down to hours and single km2s, and droughts, with scales up to multi-years and continents. A second important aspect is the close involvement of stakeholders and the intention to have a bottom-up approach, where modelling and assessment are driven by stakeholder needs in continuous collaboration.