苏必利尔湖上的海浪撞击了明尼苏达州德卢斯，海滨9月10，2014。 兰登佩德森, CC BY
北美五大湖包含约 世界五分之一的地表淡水。 5月，在伊利湖和苏必利尔湖上设置了新的高水位记录 安大略湖广泛的洪水泛滥 等加工。为 三年来的第二次。 这些事件与北美中部大部分地区的持续降水和严重洪水相吻合。
就像2013一样，大多数五大湖的水位都非常低。 当时一些专家提出，气候变化以及其他人为行动，如渠道疏浚和引水，都会导致水位上升。 继续下降。 这种情况引发了严重的担忧。 超过30万人 住在五大湖流域，许多人直接依赖湖泊饮用水，工业用途，商业运输和娱乐。
但是由于2014的问题一直是水太多，而不是太少。 高水位对该地区构成了同样多的挑战，包括海岸线侵蚀，财产损失，家庭流离失所以及种植春季作物的延误。 纽约州州长安德鲁库莫最近 宣布进入紧急状态 为了应对安大略湖周围的洪水 根据气候变化做出更好的规划决策.
作为专门研究的研究人员 水文学 和 气候科学，我们认为五大湖极端高水位和低水位之间的快速转变代表了“新常态”。我们的观点是基于全球气候变率与区域水文循环组成部分之间的相互作用。 降雨量的增加，经常性高蒸发时期的威胁，以及常规和异常气候事件的结合 - 例如极端冷空气爆发 - 使该地区处于未知领域。
苏必利尔湖和伊利湖最近的月水位（黑点）。 蓝色条形是每个日历月的最高记录，黑条是历史最低点。 为清楚起见，May 2019的水位显示为红色条。 使用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）大湖环境研究实验室（GLERL）维护的在线Great Lakes仪表板（https://www.glerl.noaa.gov/data/dashboard/GLD.html）开发的图像密歇根大学大湖研究合作研究所（CIGLR）, CC BY-ND
计算湖泊的水资源预算
目前五大湖的水位正在创下历史记录。 苏必利尔湖是地球表面积最大的淡水湖，超过了5月份602.82英尺的记录，并有望创造6月份的新纪录。 伊利湖是世界上第九大水面湖，不仅超过了5月创纪录的水位，而且还超过了574.28英尺的历史月水位， 这是自1986六月以来的情况.
这些极端变化是由于变化造成的 五大湖的水资源预算 - 水进出湖泊的运动。 湖泊上的水位随着时间的推移而波动，主要受三个因素的影响：湖泊上的降雨和降雪，湖泊的蒸发以及从周围的陆地通过支流和河流进入每个湖泊的径流。 径流直接受陆地降水，积雪和土壤湿度的影响。
每年冬天积聚在五大湖周围的积雪融化的径流，在三月25，2019上显示，是湖泊水资源预算的一个要素。 美国航空航天局地球观测
这些因素之间的相互作用推动了每个大湖区储存的水量的变化。 例如，在Lake Superior和Michigan-Huron的1990s晚期地表水温 上升约2摄氏度。 当温度较高时，水分蒸发的速度更快，在此期间，蒸发速率比年平均水平高出近30％。 密歇根湖 - 休伦湖的水位下降到了 有史以来最低水平.
然后在2014中，中西部经历了一次非同寻常的冷空气爆发，被广泛称为 “极地涡旋。” 湖泊冻结，蒸发率下降。 结果是， 水位飙升.
几乎在同一时间，降水量正在增加。 2017安大略湖洪水发生在安大略湖和圣劳伦斯河流域的春季极端陆地降水之后。 接下来是2019洪水 美国历史上最潮湿的冬天.
这些趋势对水位意味着什么？ 除了目前创纪录的高点之外，伊利湖的水位也一直存在 春季早些时候上涨，秋季早些时候下跌。 更多的冬季降水正在下降，通常是雪。 由于气温上升和冬季较短，积雪较早融化。 由此产生的径流在数年内被放大，如2019，春季降雨量大。 这种水文事件组合的净效应是伊利湖目前的水位远高于一年中的这个时间。
气候变化的作用
大湖水位在过去有所不同，那么我们如何知道气候变化是否是现在发生的变化的一个因素？
冬季和春季的降水增加与变暖的大气可以输送更多的水蒸气这一事实是一致的。 将水从蒸汽转换为液体和冰释放能量。 结果，增加的大气湿度导致极端事件期间更多的降水。 也就是说，当天气模式潮湿时，它们非常潮湿。
纽约州沿着安大略湖海岸线发生洪水，可能是28，2019。
融雪和径流的季节性周期的变化与春季在气候变化中更早出现的事实相一致。 气候模型预测这一趋势将持续下去。 同样，湖水温度上升也会导致蒸发量增加。 当天气模式干燥时，这会产生较低的湖泊水位。
潮湿和干燥时期受到风暴轨道的影响，风暴轨道与厄尔尼诺现象等全球规模的过程有关。 同样的， 冷空气爆发 与...有关 北极涛动 和极地急流中的相关变化。 这些全球模式经常有 对大湖天气的间接影响。 当地球变暖时，这些关系将如何变化尚不确定。
更好预测的工具
大湖区和中西部上游的天气和供水条件的快速变化已经在挑战水管理政策，工程基础设施和人类行为。 毫无疑问，我们正在观察五大湖气候变暖的影响，但仍有许多问题需要解答。
大湖区大部分地区的土壤非常潮湿。 例如，在99th百分位区域，土壤湿度高于整个历史记录的98％。 NOAA（https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/Soilmst_Monitoring/US/Soilmst/Soilmst.shtml#）
总的来说，五大湖是一个 关键的水资源。 政府机构和天气预报员需要新工具来评估未来气候条件如何影响大湖水域预算和水位，以及更好的短期预测，以捕捉不断变化的条件。
创新技术，例如将雪和土壤湿度图中的信息纳入季节性供水预报，可以帮助全面了解水资源预算的情况。 更重要的一点是，五大湖周围的过去状况不是决定未来的可靠依据。
关于作者
Drew Gronewold，环境与可持续发展副教授， 密歇根大学 和Richard B.（Ricky）Rood，气候与空间科学与工程教授， 密歇根大学
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