气候变化的雪球效应——新技术能起作用吗?

积雪的减少、永冻层的融化和降水模式的变化有着广泛的影响。新技术——和公共政策——能帮助社区适应吗?

它开始于山区的严冬，此时的地形特别不适宜居住。测量员们带着滑雪板、雪鞋和雪上汽车来到这里。有些人坐直升飞机。其他人则在偏远地区旅行数日。当他们到达目的地时，有一些关键信息需要收集:积雪的深度和它能容纳多少水。对于面临气候变化影响的地区来说，结果越来越重要。

“这一切都归结于有多少水进入了水库，”加州水资源部(California Department of water Resources)积雪调查和供水预测负责人肖恩·德·古兹曼(Sean de Guzman)说。德·古兹曼比一些人更容易。在2月到5月之间，大约每个月的第一天，他开车去菲利普斯站的雪场——一个测量积雪的指定地点——位于内华达山脉海拔约6800英尺(2100米)的地方。一到那里，他就手动将一根管子插入积雪中，这是20世纪初内华达大学(University of Nevada)里诺分校(University of Reno)教授詹姆斯·丘奇(James Church)发明的一种仪器和方法当地水战的结束通过寻找一种方法来估计太浩湖在春天会上升多少。有了这个管子，德·古兹曼可以测量积雪量雪水当量，或者是那个位置的积雪所含的水量。

今天大约有1600年雪课程在美国，与周围260年在加州主要分布在内华达山脉和喀斯喀特山脉南部。有些可以追溯到一百多年前。de Guzman说，来自这些地点的数据代表了内华达山脉持续时间最长的气候记录。在西方，人工降雪测量还可以借助由美国农业部自然资源保护署(Department of Agriculture’s Natural Resources Conservation Service)维护的自动降雪遥测(SNOTEL)网络的数据进行扩充，该网络每小时提供积雪测量数据。

这些集体数据告诉雪测量员、水资源管理者、决策者和数百万忍受着水资源短缺、干旱、洪水和野火的人们，气候变化的雪球效应往往从雪开始，这是恰当的。雪下了多少，何时何地，积累了多少，融化的速度都在变化。

“总的来说，在过去70年里，我们看到了积雪的减少，”德古兹曼说。“随着气温和气候变暖，你可以预计雪线——基本上是雪变成雨的地方，反之亦然——会增加，”或者上升。

即使积雪调查数据相对有希望，其他气候因素也可能阻碍有利的结果。4月1日，加州2021年冬季积雪量为平均水平的59%，比该州2012-2016年的任何一年都要多干旱年．在2014年干旱最严重的时候，4月1日的积雪量仅为平均水平的5%。然而，德古兹曼说，2021年的积雪产生的径流量与那些非常干旱的年份大致相同。他说:“如果有更多的雪，就会有更多的径流，但是今年没有出现这种情况。”部分原因是另一个降雨量少的年份导致土壤干燥，吸收了更多的径流。“积雪正在融化，”德古兹曼说，“但河水没有上涨。”

萎缩的季节

在美国各地都有不同的背景和后果，但所有地区都在与快速变化作斗争。与此同时，西方国家还在努力解决水资源短缺问题严重的干旱，该国其他地区更容易受到极端的雷暴和洪水因为更多的降水是以雨的形式而不是雪的形式降临的，而且融雪发生在春天的早些时候。越来越多的雪也会在季节的后期堆积。一个气候中心的分析数据显示，在1970年至2019年间，美国116个地区的降雪量在12月前减少了80%，而在96个地区，3月1日后降雪量减少了66%。但是，尽管历史数据可以揭示广泛的区域趋势和模式，但随着气候变暖，降雪模式变得混乱，它们正在成为一种不太可靠的预测工具。

“雪季正在减少，”博伊西州立大学冰冻圈地球物理和遥感小组的副教授汉斯-彼得·马歇尔说。但他说，很难预测在这个缩短的季节窗口内会下多少雪。“我们所知道的主要事情是，将会有更大的波动，而且每年的变化可能会增加。”

这种可变性包括在平均气温呈上升趋势的情况下发生更大暴风雪的可能性。对于为什么变暖会产生违反直觉的影响，目前还没有达成共识。根据马歇尔的说法，美国西部可能经历更大风暴的一个原因是，加热的大气可以容纳更多的水。在气候变暖的情况下，海洋中的水有可能流入山区更多的水可能会以大雪或暴雨的形式落下．

与此同时，北极变暖的温度可能会导致2021年远至德克萨斯州的寒冷风暴(带来灾难性后果)通过扰乱极地漩涡这削弱了北半球的极地急流，导致北极气温向南下降，温暖的空气向北移动。

在西方，随着雪季的缩短和积雪的减少，供水也在减少。今年8月，联邦政府首次宣布科罗拉多河水资源短缺，此举将减少2022年分配给亚利桑那州和内华达州的水量。(墨西哥在科罗拉多河的份额也将减少。)持续的水资源短缺将减少分配给加州的水资源。

“如果你生活在西方，你就会感受到它，”加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所(University of California, San Diego’s Scripps Institution of Oceanography)的气候科学副教授阿马托·埃文(Amato Evan)说。“在积雪脆弱的地区，比如加州，我们已经年复一年地经历了46次干旱，”这表明后果是真实的。

埃文斯说，山上的积雪相当于该州全年的水银行，在夏季会慢慢融化，并补充耗尽的水库。但是，过早融化的雪会淹没水库，无法捕获和储存以备今年晚些时候使用。而径流在温暖、干燥的条件下蒸发，或者如德·古兹曼所描述的，在到达水库之前就被吸收到土壤中，导致雨季早期的水供应不足。

灾难的秘诀

这两种情况都可能产生深远的后果。例如，在加利福尼亚州，2021年低于预测的径流导致了5月份宣布的干旱紧急状态公告全州58个县中的50个政府机构被指示采取一系列措施来节约水资源。

根据马歇尔的说法，决定从大坝释放多少水的实体必须不断地估计季节性积雪的剩余量，因为不可预测的降雪使得季节性积雪决策更具挑战性。尽管积雪调查和遥测数据为雪道和传感器周围的区域提供了准确的测量数据，但这些数据并不一定能说明场地之间发生了什么。马歇尔说，目前，水资源管理者可能会将一个调查点的30年平均值与30年来的流量进行比较，并找出两者之间的统计相关性。但这一方法取决于稳定的气候，马歇尔说，这些天来，今年很少能代表过去30年。

”作为气候变化预测变得越来越困难,”他说,“我们在这一点上,我们需要做一个范式转变,[和]从他们只看个人网站和关联在过去的30年中,真正能够估算雪无处不在。”

马歇尔和他在博伊西州立大学的团队正在通过支持来填补数据空白">美国国家航空航天局该项目使用协调的空中和现场实验来确定从太空测量全球积雪的传感器的最佳组合。目前来自太空的监测可以告诉科学家积雪的位置，但不能告诉他们有多少。

马歇尔说:“这是水循环中最大的组成部分之一，我们只是没有很好地掌握。”

2008年，马歇尔首次在爱达荷州开展工作时，水资源管理人员对新方法的兴趣不如今天。随着气候变化，天气事件正在以独特的方式改变积雪，使得可靠的预测技术对于执行影响农业用水分配、社区供水和洪水预测的决策至关重要。

根据de Guzman的说法，将预测纳入基础设施运营，而不是依赖历史数据，将使水资源管理人员能够更好地确定何时从水库放水。

de Guzman说:“许多关于我们如何操作水库的法规、操作和维护手册都是建立在旧的历史数据基础上的。“所以我们在气候变化的情况下运营旧的基础设施，这是灾难的处方。”

地图上到处都是

在中西部和东北部，降雪量的减少和降雨的增多影响了方方面面，从农民与土壤侵蚀作斗争的农业，到雪上运动季节缩短的娱乐行业。在城市和农村地区，降雨增加和更频繁的严重暴风雪将给关键基础设施系统带来压力，并使弱势群体面临风险。

在五大湖地区，气温升高会降低气温冰盖在湖面上，让水面开放湖泊效应暴风雪．短期内，这些风暴的增加可能会淹没冰雪移除系统，并影响道路、建筑和电线。从长远来看，随着气温持续攀升，在湖泊上方移动的空气将会变暖，将会有降雨而不是降雪。

Abigail McHugh-Grifa是纽约Genesee-Finger湖区气候解决方案加速器(Climate Solutions Accelerator)的创始成员和执行董事，该非营利组织的总部位于罗切斯特市。麦克休-格里法看到了气候变化的迹象。她说:“当然，我们已经看到天气的影响在一年中的任何时候都变得越来越奇怪和不可预测。”她补充说，在过去几年里，大雪融化得很快，而不是不断累积。“它会在我们身上堆积大量的雪，然后融化，然后又在我们身上堆积大量的雪，然后再次融化。地图上到处都是。”

在罗切斯特这样的地区，气候变化的模式很难梳理出来，因为那里的冬天是升温最快的季节。气候中心气象学家肖恩·苏贝莱特在一份报告中说，在过去50年里，该市的降雪量略有下降，预计在未来20-30年内降雪量会更大采访罗切斯特WROC电视台。但在短期内，罗切斯特和其他大湖区社区一样，可能会出现更多的湖泊效应暴风雪，随后是温暖的春天温度这可能会加速融雪，并导致作物生长季中断等变化。

对于麦克休·格里法（McHugh Grifa）来说，让领导人认识到这项任务的紧迫性可能是最大的挑战。他的组织致力于让社区和公职人员参与制定适应气候变化的解决方案。她说：“我不会说这里附近的任何一个市政府都有足够的勇气或雄心壮志。”。“尽管我们看到了极端天气条件和气候变化的其他影响，但大多数地方市政当局和社区成员还没有建立起联系。”

纽约是一个地方自治州，简而言之，这意味着市政府有通过地方法律的自治权。麦克休-格里法认为，要使公共政策转向气候适应规划，多个城市必须参与进来。“如果一个市政当局想要超越，这对他们来说是一个挑战，因为他们真的担心，例如，如果他们……要求更高的建筑效率标准，那么开发商就会去下一个城镇。”

麦克休·格里法说，如果没有在土地使用、交通和建筑规范方面加强区域合作与协作，适应气候变化的政策规划将继续停滞不前。为了应对这一挑战，气候解决方案加速器使用了集体影响的方法，努力召集合作伙伴，确保受影响最严重者的声音得到代表，并制定共同的区域计划。她说：“没有一个组织、一个人或一个解决方案能够有意义地解决这个问题，因此我们需要这种大规模的协调反应。”。

在许多城市地区，预计未来几十年雪和冬天将发生变化，已经制定了气候行动计划，以设定减少温室气体排放的目标。芝加哥、波士顿和费城是加入C40城市的美国城市之一；一个由所谓的大城市组成的全球网络，其市长承诺实现气候变化目标。最终，由于高级民选官员之间的政治立场分歧很大，地方领导人可能对其城市能否快速适应不断变化的气候具有最大的影响力。

需要考虑的气候

在阿拉斯加，全球变暖速度最快的地区之一在地球上，包括降雪、融雪和永久冻土融化在内的冬季模式变化的影响将对该州的人类和野生动物居民产生广泛的影响。许多动物和本地或迁徙的鱼类依靠雪、冰和溪流为栖息地。社区依赖雪用于交通和娱乐，利用融雪发电。木材和渔业等关键行业的不确定性加剧了经济脆弱性。

在北部沿海地区，阿拉斯加土著社区寻找生存或者迁移工作依赖于海洋的浮冰永冻层-为了生存而形成的一层冻土。随着冰融化，永久冻土融化并变得不稳定，村庄可能因洪水或侵蚀而失去家园和其他建筑物。行动不便切断了人们进入狩猎和渔场的通道，使居民与应急服务隔离开来。在某些情况下解冻已经证明是致命的．

阿拉斯加费尔班克斯大学(University of Alaska Fairbanks)政治学教授、北极政策研究中心(Center for Arctic Policy Studies)主任艾米·劳伦·洛夫克拉夫特(Amy Lauren Lovecraft)说，“在过去几年里，我们至少有十几个人经历了不稳定的冰层。”“这是难以想象的悲剧，”她说。“受影响最大的是那些不排放或排放很少碳的人。”

然而，洛夫克拉夫特说，现任和前任州长一直谨慎地避免采取直接应对气候变化的带有政治色彩的政策，让村庄和行政区承担起加强社区的作用。洛夫克拉夫特说：“在没有联邦或州政府指导的情况下，这是在地方范围内发生的。”他补充说，事实上，这些社区最了解雪的变化对他们的影响。“这不是一件完全消极的事情，它必须自下而上发生。”

洛夫克拉夫特说，国家仍然可以发挥作用，包括设定参数、传播信息、支持解决流动性、住房、狩猎和其他问题的地方规模的项目。她说:“关键是过渡能有多平稳。”

随着科学家们继续进行气候研究并改进精确预测和测量的技术，社区将需要寻求支持，以应用新方法和数据，并实施应对其所在区域具体变化的政策。但对于一些已经深受冬季变化影响的地区来说，矛盾的天气事件和变幻莫测的降雪模式、冬季风暴和融雪可能会阻碍传达采取行动的紧迫性的努力。

洛夫克拉夫特说，归根结底，阿拉斯加的问题不是关于气候变化的科学是否正确，而是这是否是任何人都想听到的信息。

“阿拉斯加真的想面对有意识的过渡带来的痛苦，还是我们忽视它?”最终，我们将不得不面对它。”