Der Klimawandel wirkt sich auf den Frost-Tau-Wechsel in der Landschaft aus, aber nicht überall auf die gleiche Weise

Wie jeder Bewohner der nördlichen Klimazonen weiß, ist das saisonale Tauwetter nie einfach zu bewältigen. Der Prozess des Einfrierens und Auftauens kann sich über Monate hinziehen und wurde in der Vergangenheit durch vorhersehbare Lufttemperaturen und Schneehöhen gemildert.

Der Klimawandel erwärmt jedoch die Luft und dünnt den Schnee aus, was diesen Zyklus beeinträchtigen kann. Laut einer neuen Studie von Concordia-Forschern, die in der Fachzeitschrift Nature Scientific Reports veröffentlicht wurde, kann dies erhebliche Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen im Norden und die städtische Infrastruktur im Süden haben.

Mithilfe eines neuen statistischen Rahmens und der Analyse von Datensätzen des National Snow and Ice Data Center, der Princeton University und des Canadian Meteorological Centre in Dorval, Quebec, zeigen die Forscher, wie steigende Lufttemperaturen und eine abnehmende Schneedecke zusammenwirken, um die Auswirkungen des Klimawandels auf nichtlineare Weise zu verstärken, d. h., sie verstärken die am Boden spürbaren Gesamtauswirkungen.

Darüber hinaus wirken sie sich auf die verschiedenen ökologischen Regionen Quebecs unterschiedlich aus und stellen die politischen Entscheidungsträger und Bewohner vor einzigartige Probleme.

“Die historischen Daten zeigen, dass es eine deutliche Kluft zwischen den nördlichen Gebieten Québecs und den südlichen Teilen der Provinz gibt, in denen der Großteil der Bevölkerung und des Vermögens von Québec lebt”, sagt Ali Nazemi, außerordentlicher Professor an der Concordia-Fakultät für Hoch-, Tief- und Umwelttechnik, Hauptautor des Projekts und Mitautor der Studie. Der Hauptautor der Studie ist der Concordia-Absolvent Shadi Hatami, PhD 21, der derzeit als Postdoktorand an der McGill Universität arbeitet.

Erschwerende Probleme

Die Forscher stellen fest, dass Lufttemperatur, Schneedecke und Frost-Tau-Zyklen eng miteinander verbunden sind. Eine dicke Schneedecke wirkt im Winter wie eine Decke für den gefrorenen Boden. Wenn die Schneedecke abnimmt, dringt die wärmere Luft in den Boden ein und das Tauwetter beginnt früher.

In den nördlichen Regionen der Provinz führen diese Veränderungen zu weniger Tagen mit gefrorenem Boden, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Tausende von Tonnen an Treibhausgasen wie Kohlenstoff und Methan in die Atmosphäre gelangen.

Diese zusätzlichen Gase werden die Auswirkungen des Klimawandels noch verstärken.

Weiter südlich, in den dichter besiedelten Gebieten rund um das Sankt-Lorenz-Stromtal, wird es während der Wintersaison mehr Übergangstage geben, an denen der Boden auftaut und gefriert, wobei sich das Wasser bei steigenden und fallenden Temperaturen immer wieder ausdehnt und zusammenzieht. Dies wird eine zusätzliche Belastung für die bereits anfällige Straßen-, Brücken- und Wasserinfrastruktur darstellen.

“Durch die Berechnung dieser nichtlinearen Reaktionen können wir versuchen zu quantifizieren, wie viele Tage mit Frost wir im Norden weniger und wie viele Übergangstage wir im Süden unter veränderten Temperatur- und Schneehöhenbedingungen erleben werden”, sagt Nazemi.

“Auf diese Weise können wir ungefähr abschätzen, wie viele Tonnen Gase mehr in die Atmosphäre gelangen werden und mit welcher Verschlechterung unserer Infrastruktur wir rechnen können.”

Auch eine schnelle Umkehr ist möglich

So wie steigende Temperaturen und eine dünnere Schneedecke zu verstärktem Tauwetter in den ökologischen Zonen der Provinz führen, weisen die Autoren darauf hin, dass auch das Gegenteil der Fall ist, wenn auch mit geringerer Intensität als die Erwärmung.

Tatsächlich können niedrigere Lufttemperaturen und eine stärkere Schneedecke auch zu verstärktem Gefrieren und einer schnelleren Erholung führen, wobei die Zahl der Gefriertage im Norden und die Zahl der Übergangstage im Süden wieder näher an den historischen Durchschnitt herankommen würden.

Nazemi ist der Ansicht, dass die Stärke dieser Studie von ihrer starken Mathematik und der Menge an Daten abhängt, die durch verschiedene Technologien wie die Satellitenfernerkundung zur Verfügung stehen.

Viele frühere Studien haben einen Anstieg der Treibhausgasemissionen aufgrund des auftauenden Permafrosts vorhergesagt, aber diese basierten oft auf Versuchen, die Physik des Phänomens in kleinen Gebieten mit vielen Annahmen zu replizieren.

Die neue Methode stützt sich auf die Wahrscheinlichkeitstheorie und statistische Funktionen, die auf Daten beruhen, die auf 25 km x 25 km großen Pixeln des Gebiets von Québec gesammelt wurden.

“Wir haben diese neuere mathematische Analyse eingesetzt, um einige Faktoren zu quantifizieren, die zuvor nicht quantifiziert wurden”, sagt er. “Wir sind jetzt dabei, diese Methodik auf das gesamte Gebiet Kanadas und Alaskas auszuweiten.”

Datum: April 13, 2022
Quelle: Concordia Universität


Journal Reference:

  1. Shadi Hatami, Ali Nazemi. Compound changes in temperature and snow depth lead to asymmetric and nonlinear responses in landscape freeze–thawScientific Reports, 2022; 12 (1) DOI: 10.1038/s41598-022-06320-6

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