A study of the effects of high - end climate change scenarios on the global hydrological regime

Τα τελευταία χρόνια έχει επιτευχθεί μια μεγάλη ομοφωνία της επιστημονικής κοινότητας ως προς τις αλλαγές του κλίματος που οφείλονται στην αυξημένη συγκέντρωση εκπομπών ανθρωπογενών αερίων του θερμοκηπίου. Οι εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα σε παγκόσμιο επίπεδο, ακολουθούν τα πιο ακραία σενάρια κλιματικής αλλαγής, οδηγώντας σε μελλοντικές παγκόσμιες θερμοκρασίες που πιθανώς να ξεπεράσουν τα όρια-στόχους των +1.5οC και +2οC, και να φτάσουν σε επίπεδα των +4οC ή και ακόμα μεγαλύτερης υπερθέρμανσης στα τέλη του 21ου αιώνα. Η διαθεσιμότητα υδατικών πόρων υπό αυτές τις συνθήκες, είναι ένα ζήτημα εξαιρετικής σημασίας, γεγονός που έχει στρέψει την επιστημονική έρευνα στην εκτίμηση του εύρους των αλλαγών υπό πιθανά μελλοντικά κλιματικά σενάρια και της αποτελεσματικότητας διαφόρων στρατηγικών προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή. Το βασικό εργαλείο για την μελέτη του κλίματος είναι η χρήση των παγκόσμιων κλιματικών μοντέλων (GCMs). Τα GCMs βασίζονται σε φυσικούς νόμους που περιγράφουν τα συστατικά μέρη του κλιματικού συστήματος. Το επόμενο βήμα για την μελέτη επιπτώσεων στην υδρολογία είναι η εισαγωγή των δεδομένων από GCMs σε παγκόσμια υδρολογικά μοντέλα (GHMs) ή μοντέλα προσομοίωσης διεργασιών επιφανείας (LSMs). Εξαιτίας των μεροληπτικών σφαλμάτων που εμφανίζουν, τα δεδομένα των GCMs χρειάζονται κάποια είδους διόρθωση πριν χρησιμοποιηθούν ως δεδομένα εισόδου για τα μοντέλα εκτίμησης επιπτώσεων, ιδιαίτερα για μελέτες υδρολογικού χαρακτήρα. Οι περισσότερες τεχνικές διόρθωσης των μεροληπτικών αυτών σφαλμάτων, εστιάζουν στις παραμέτρους της βροχόπτωσης και της θερμοκρασίας. Τα περισσότερα όμως υδρολογικά μοντέλα προηγμένης τεχνολογίας, χρειάζονται πιο πολλές παραμέτρους εισόδου, επιπρόσθετα από την βροχόπτωση και την θερμοκρασία, όπως η ακτινοβολία, η υγρασία, η πίεση και η ταχύτητα του ανέμου. Αν και τα σφάλματα σε αυτές τις επιπρόσθετες παραμέτρους μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα στις υδρολογικές προσομοιώσεις, τα χαρακτηριστικά της επίδρασης του μεροληπτικού σφάλματος κάθε παραμέτρου, μεμονωμένα, δεν έχουν μελετηθεί.Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται ένα μεθοδολογικό πλαίσιο μια πολύπλευρης εκτίμησης των επιπτώσεων ακραίων σεναρίων κλιματικής αλλαγής στο παγκόσμιο υδρολογικό καθεστώς. Το εργαλείο που χρησιμοποιείται για τις υδρολογικές προσομοιώσεις είναι το μοντέλο επιφανειακών διεργασιών JULES, ένα μοντέλο βιοφυσικής βάσης που λειτουργεί σε παγκόσμια κλίμακα. Το πρώτο κομμάτι του μεθοδολογικού πλαισίου είναι η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων του μοντέλου για μια πρόσφατη ιστορική περίοδο και η εκτίμηση της ευαισθησίας του στις παραμέτρους εισόδου. Για τη σύγκριση των προσομοιώσεων με μετρήσεις παροχής, σχεδιάστηκε και εφαρμόστηκε ένας αλγόριθμος διόδευσης της απορροής. Το δεύτερο κομμάτι του μεθοδολογικού πλαισίου στοχεύει στην εκτίμηση της επίδρασης των μεροληπτικών σφαλμάτων των GCMs στις προσομοιώσεις της απορροής, ούτως ώστε να ποσοτικοποιηθεί η ευαισθησία και να επιλεχθούν οι μετεωρολογικές παράμετροι που θα πρέπει να ενταχθούν στη διαδικασία διόρθωσης μεροληπτικού σφάλματος. Μια μεθοδολογία για την κατηγοριοποίηση των επιδράσεων των σφάλματων σε τέσσερις κατηγορίες, με βάση το μέγεθος και την ευαισθησία των αλλαγών στην απορροή, αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε για τους παραπάνω σκοπούς. Το τελευταίο κομμάτι του μεθοδολογικού πλαισίου της παρούσας διατριβής είναι η εκτίμηση υδρολογικής φύσεως επιπτώσεων ακραίων σεναρίων κλιματικής αλλαγής. Η εκτίμηση των επιπτώσεων εστιάζει στην διαθεσιμότητα υδατικών πόρων και στις συνθήκες ξηρασίας, σε παγκόσμια, Ευρωπαϊκή και τοπική κλίμακα καθώς και σε επίπεδο λεκάνης απορροής, χρησιμοποιώντας πληθώρα διαφορετικών και συμπληρωματικών μεθόδων. Οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής εξετάζονται για διάφορα επίπεδα θέρμανσης (+1.5oC, +2oC και +4oC) ενώ παράλληλα γίνεται και εκτίμηση της αβεβαιότητας στις προβαλλόμενες αλλαγές.Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας αποσκοπούν να βοηθήσουν την επιστημονική κοινότητα στην λήψη ενημερωμένων αποφάσεων σχετικά με παραμέτρους και μεθόδους που θα πρέπει να ληφθούν υπόψη σε μελλοντικές μελέτες επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής, εστιάζοντας στην αποφυγή της υπερβολικής βεβαιότητας εξετάζοντας μια πληθώρα «υδρολογικά αντιφατικών» κλιματικών προσομοιώσεων. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας είναι επίσης χρήσιμα στους φορείς χάραξης κεντρικής πολιτικής σε διακρατικό επίπεδο, καθώς οι τελευταίοι χρειάζονται σχετικές με την παρούσα εργασία πληροφορίες ώστε να αποφασίσουν σε σχέδια και νομοθεσίες σχετικά με την προσαρμογή και την μετρίαση της κλιματικής αλλαγής.