气候变化对佛罗里达南部淡水资源的影响

随着气候变化和海平面上升,盐水入侵维系人类和自然生态系统的地下水常使用复杂和高度精密模型分析这些变化,类似于天气预报模型Joseph Park博士和同事在这项工作中使用简单整体方法:代理模型反映不同类型植物对变化环境条件的反应南佛罗里达州研究模型预测淡水沿海沼泽转换成红树林和新河口,并详细说明因海平面升高而相应减少可用淡水资源

随着气候变化和海平面上升,沿海环境可能受盐水侵蚀影响,从而减少淡水可用性并改变植被和生态系统科学共识是海平面上升将加速下一世纪,因此重要的是理解对人和大环境的影响。局部建模研究为理解海平面上升对特定区域的影响提供了一种方法

南佛罗里达州有亚热带气候并居住着几个自然美区,包括Biscayne、Everglades和Dry Tortugas国家公园以及BigCypress国家保留地该区域分布着各种自然生态系统和野生动物以及650万多人口。低海拔平面令海平面对海平面影响特别敏感南佛罗里达市居全球第九位,城市人口受海平面升高沿海洪涝影响,首当其冲经济资产暴露未来水供应是一个关键问题水库和水库目前依赖人民供水,但由于海平面上升渗透盐水能力下降,促使地方政府制定计划解决未来水供应问题

南佛罗里达海平面预计上升
Joseph Park博士和同事开展了计算机建模研究,研究南佛罗里达海平面上升问题,重点是半岛南端低海平面自然区:高低海平面上升研究者先预测南佛罗里达海平面升高,然后进行建模工作,评估该地区地貌变化、生态系统变化和生态变化

佛罗里达湾将扩展至Everglades和南佛罗里达州建立新的河口和海洋栖息地

研究人员使用政府间气候变化专门委员会模型推导的全球海平面增量预测选择一切照旧温室气体排放假想 — — 考虑到当前减排进度水平,他们认为这些假想是合理的。海平面高低预测都基于这种一切照旧排放假想,并代表着气候对这些排放响应的不确定性。研究者注意到海平面高预测与南极冰原预期崩溃效应一致南佛罗里达海平面上升基于局部潮压计对全局海平面预测的校正

Park博士和一组研究人员绘制预测2025年、2050年、2075年和2100年佛罗里达南部海水淹没图,使用高分辨率数字数据绘制地貌未来十年内,研究者发现海平面预期上升7-10cm,导致沿海区域更多潮水淹没,到2050年23-36cm2100预测海平面74-156厘米比今日高,两种假设都显示区域在平均海平面以下大幅扩展海平面平均边界从西南半岛延伸至Everglades国家公园东北角

深入分析发现北佛罗里达湾在过去20年中已经开始从淡水沼泽环境向海洋环境过渡进程使用沼气变换索引测量此值,该索引旨在测量淡水沿海沼泽逐步转换为盐水沼泽并最终转化为海底盆

如何影响沿海生态系统
海水入侵沿海蓄水层并移入内陆时,红树沼泽等咸水生态系统也移入内陆Park博士和同事还进行了计算机建模,以预测21世纪佛罗里达南部变换的程度常使用方程模型进行这类建模研究基础线解方程规范相关物理和生物过程或概率描述过程提高我们对沿海过程的理解很难模拟这些模型非线性反馈的所谓突发效果泛言之,突发属性是指复合系统组件交互产生的行为或结果,不能从组件本身分离产生行为为了解决这一问题,Park博士和同事使用所谓的代理建模方法,基础是模拟“代理商”(如植被类型)的动作和交互作用,以评估其对系统整体的影响非线性反馈效果自动嵌入这些模型

研究者聚焦14 382公顷面积,覆盖佛罗里达南部红树林/淡水生态区(生态系统互变区)。模型模拟2015至2100年期间含水层植被覆盖和淡水内容的变化,先使用1973至2015年期间数据标定模型研究人员使用现场观察和航空摄影数据表示当前植被覆盖表示海平面高地、沼泽淡水水平和海平面上升的数据也是输入物。模型评估植被类型的生命力 — — 是否因盐水侵吞等原因压力足够高死 — — 并计算传播效果,方法包括评估空补丁并研究周围补丁中的植被是否可以根据更新环境条件传播到空补丁

南德农业区和佛罗里达Keys水田可能看到淡水资源减少

结果表明淡水和盐水物种间持续平衡到2050年,此后将最终用盐耐性水和淡水物种取代淡水地下水,最终过渡为新海洋栖息地

低海平面假设下,模型项目红树林站到2050年将出现于中南段,然后向北扩展2080年该区域预计有相当大部分改成红树林,西南小区改成开水高海平面假设大片面积逐步转换成红树林或开水:到2070年模型项目开水占面积的三分之一以上,到2080年模型区域几乎完全由红树林沼泽或开水组成

21世纪对淡水资源的影响
模型预测,在低海拔假设下,2015年淡水资源2 860万立方米到2100年将减至870万立方米,而在高海拔假设下,淡水资源到2085年将完全耗尽模型域这表明邻近南达德农区和佛罗里达Keys水管局为70 000名居民提供水的田地很可能在本世纪末会减少淡水资源。根据此处详解的建模工作,适应是必要的,以便应对淡水资源减少问题:研究人员得出结论,避免极度低水事件因干旱和埃弗格拉底水位普遍提高是延长淡水资源可行性的关键

这项工作为本世纪末预测淡水可用量和风景变换提供关键信息这将是为佛罗里达州南部开发气候变化适应策略的一个关键部分,并将有助于为综合Everglades恢复计划提供信息,该计划旨在恢复、保护并保护该地区的水资源。研究人员还指出,这一方法可应用到全球相似沿海地区。