自 1980 年代以来积雪急剧下降背后的气候变化

雪是我们理解气候变化最矛盾的线索之一。

与最近的许多冬天一样，12 月降雪不足似乎预示着我们全球变暖的未来，从俄勒冈州到新罕布什尔州的山峰棕色多于白色，美国西南部面临严重的雪旱。

另一方面，1 月给新英格兰带来了一些大雪，2023 年初创纪录的暴风雪掩埋了加州山区社区，补充了干涸的水库，并在亚利桑那州北部降下了 11 英尺的积雪，违背了我们对变暖星球上生命的概念。

同样，来自地面观测、卫星和气候模型的科学数据也不同意全球变暖是否一直在侵蚀积雪，这些积雪堆积在高海拔山区，并在春季融化时提供水，使管理水资源短缺的努力复杂化。

现在，达特茅斯学院的一项新研究消除了这些观测结果的不确定性，并提供了证据，证明由于人类驱动的气候变化，北半球大部分地区的季节性积雪在过去40年中确实显着减少。与全球变暖相关的积雪减少幅度最大（每十年10%至20%）发生在美国西南部和东北部，以及中欧和东欧。

1981 年至 2020 年间，西南和东北部的春季积雪损失最大，引发了人们对水资源短缺和依赖冬季娱乐的经济的担忧。底部的数字对应于每十年春季积雪损失（红色）或增加（蓝色）的百分比，损失集中在人口稠密的地区。（图片由贾斯汀·曼金和亚历山大·戈特利布提供）

研究人员亚历山大·戈特利布（Alexander Gottlieb）和贾斯汀·曼金（Justin Mankin）在《自然》杂志上报告说，这种损失的程度和速度可能会使北美，欧洲和亚洲数以亿计的依赖雪水的人处于危机的边缘，而持续变暖将加剧危机。

“我们最关心的是变暖如何影响雪中储存的水量。就降雪和积雪减少而言，该水库的丧失是气候变化对社会构成的最直接和最强大的风险，“该研究的第一作者戈特利布说，他是曼金研究小组和生态学，进化，环境与社会研究生课程的瓜里尼研究生和高级研究学院的博士候选人。

戈特利布说：“我们的工作确定了经历过历史性降雪损失的流域，以及那些最容易受到进一步变暖的积雪快速下降影响的流域。“火车已经离开车站前往美国西南部和东北部等地区。到 21 世纪末，我们预计这些地方将在 3 月底接近无雪。我们正走在这条道路上，在水资源短缺方面并没有特别适应。

地理学副教授贾斯汀·曼金（Justin Mankin）左和瓜里尼岛博士候选人亚历山大·戈特利布（Alexander Gottlieb）。（摄影：Eli Burakian ’00）

水安全只是积雪损失的一个方面，地理学副教授、该论文的资深作者曼金说。

美国东北部的哈德逊、萨斯奎哈纳、特拉华州、康涅狄格州和梅里马克流域，那里的缺水情况并不严重，积雪下降幅度最大。但曼金说，这些重大损失威胁着佛蒙特州、纽约州和新罕布什尔州等依赖冬季娱乐的州的经济——即使是机器制造的雪也有许多地区正在迅速接近的温度阈值。

“娱乐影响象征着全球变暖对最脆弱社区的影响，”他说。“低海拔和纬度的滑雪胜地已经在与同比的降雪量作斗争。这只会加速，使商业模式变得不可行。

“我们可能会看到滑雪进一步整合为大型、资源丰富的度假胜地，而牺牲了具有如此关键的当地经济和文化价值的中小型滑雪场。这将是一种将波及整个社区的损失，“曼金说。

在这项研究中，戈特利布和曼金重点关注全球变暖对温度和降水的影响如何推动1981年至2020年北半球169个河流流域的积雪变化。积雪的减少可能意味着春季下游河流、溪流和土壤的融水减少，而生态系统和人类需要水。

戈特利布和曼金编写了一个机器学习模型，以检查数千个观测和气候模型实验，这些观测和实验捕获了北半球流域的积雪、温度、降水和径流数据。

这不仅使他们能够确定由于变暖而导致的积雪损失发生的位置，而且还使他们能够检查气候驱动的温度和降水变化的抵消影响，这些变化分别减少和增加积雪厚度。

研究人员确定了模型和观测结果所共有的不确定性，因此他们可以了解科学家以前在衡量气候变化对降雪的影响时遗漏的内容。戈特利布（Gottlieb）和曼金（Mankin）在2021年进行的一项研究同样利用了科学家如何测量积雪深度和定义雪旱的不确定性，以改善对水可用性的预测。

曼金说，降雪带来了不确定性，掩盖了全球变暖的影响。“人们认为降雪很容易测量，它只是随着变暖而下降，它的消失意味着对任何地方都有同样的影响。这些都不是这样，“他说。

“在与评估水安全最相关的区域尺度上，降雪观测是棘手的，”曼金说。“降雪对冬季温度和降水的变化非常敏感，新英格兰的降雪风险与西南部不同，阿尔卑斯山的村庄与亚洲高山地区不同。

事实上，戈特利布和曼金发现，北半球80%的积雪（位于其最北端和高海拔地区）的损失很小。随着气候变化增加了这些寒冷地区降雪量，积雪实际上在阿拉斯加、加拿大和中亚的大片地区扩大了。

但是，剩下的20%的积雪已经减少，这些积雪存在于西半球的许多主要人口中心周围，并为这些积雪提供水。自 1981 年以来，由于观测的不确定性和自然发生的气候变化，这些地区记录的积雪减少在很大程度上不一致。

但戈特利布和曼金发现，积雪的年度稳定下降模式迅速出现，并使人口中心突然长期缺乏融雪带来的新水供应。

许多依赖积雪的流域现在发现自己危险地接近温度阈值，戈特利布和曼金称之为“降雪悬崖”。这意味着，当流域的冬季平均气温上升到17华氏度（零下8摄氏度）以上时，即使当地平均温度仅略有升高，积雪流失也会加速。

曼金说，许多人口稠密的流域依靠雪水供应，在未来几十年内将加速损失。

“这意味着依赖融雪的水资源管理者不能等到所有观测结果都同意降雪损失，然后才准备对供水进行永久性改变。到那时，为时已晚，“他说。“一旦一个盆地从悬崖上掉下来，就不再是管理短期紧急情况，直到下一场大雪。相反，他们将适应水资源供应的永久性变化。