Modeling the Impact of Climate Change on Runoff and Annual Water Balance of an Arctic Headwater Basin

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: Pohl, S., Marsh, P., Bonsal, B.R.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 2009
• Subjects: climate change; hydrologic modeling; snowmelt; Arctic hydrology; stream record extension; changement climatique; modélisation hydrologique; fonte des neiges; hydrologie de l’Arctique; enregistrement prolongé des écoulements; Arctic; Midwinter; Arctique*; Climate change
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/63304

Climate change will be an important issue facing Arctic areas in the coming decades since climate models are projecting warmer and wetter conditions for many northern regions. From a hydrological perspective, critical issues include a shortened snow cover season, changes in winter snow cover properties, and changes in the timing and volume of snowmelt runoff. To assess the impacts of projected temperature and precipitation changes on the hydrology of a small Arctic headwater basin, the distributed hydrological model WATFLOOD was used in conjunction with selected Global Circulation Models (GCMs) and future climate scenarios. It was found that the hydrological model simulated basin runoff adequately either with input climate data collected in the study area or with input data from a long-term climate station located approximately 50 km south. WATFLOOD was then used to predict future runoff using GCM outputs for the 2040–69 and 2070–99 time periods. The results gave dates of first and peak runoff that were, on average, up to 25 days earlier than in current (1961–90) climate. In addition, future runoff and evaporation volumes increased by up to 48% as a result of projected increases in temperature and precipitation. Furthermore, a large number of simulated years showed midwinter melt periods, which will have major impacts on snowpack properties and, in turn, on human, animal, and plant life in this region. Au cours des décennies à venir, puisque les modèles climatiques projettent des conditions plus chaudes et plus humides pour de nombreuses régions nordiques, les régions arctiques feront face à l’important enjeu du changement climatique. Du point de vue hydrologique, les enjeux critiques se traduisent par une saison de couverture de neige plus courte, par des changements du point de vue des propriétés de la couverture de neige hivernale ainsi que par des changements par rapport au moment et au volume d’écoulement de la fonte des neiges. Nous avons utilisé le modèle hydrologique distribué WATFLOOD, certains modèles de circulation globale et des scénarios climatiques futurs pour évaluer les incidences des changements projetés en matière de températures et de précipitations sur l’hydrologie d’un petit bassin d’amont de l’Arctique. Le modèle hydrologique a permis de simuler, de manière adéquate, l’écoulement du bassin soit grâce à l’introduction des données climatiques recueillies dans la région visée par l’étude, soit grâce aux données à long terme provenant d’une station climatique située à une cinquantaine de kilomètres au sud. Ensuite, WATFLOOD a permis de prédire l’écoulement futur en recourant au débit des modèles de circulation globale pour les périodes allant de 2040 à 2069 et de 2070 à 2099. D’après les résultats obtenus, les dates du premier écoulement et de l’écoulement de pointe seraient devancées de jusqu’à 25 jours par rapport au climat actuel (période de 1961 à 1990). De plus, les volumes d’écoulement et d’évaporation futurs connaissaient une augmentation atteignant jusqu’à 48 % en raison des élévations prévues de températures et de précipitations. De plus, un grand nombre d’années simulées a permis de constater des périodes de fonte en plein milieu de l’hiver, ce qui aura une grande incidence sur les propriétés de la couverture de neige et, par conséquent, sur les êtres humains, les animaux et la vie végétale dans cette région.