Команда разработала структуру моделирования, которая предсказывает, что наибольшее увеличение вредоносного цветения водорослей цианобактериями (CyanoHABs) произойдет в северо-восточном регионе США, но наибольший экономический ущерб будет нанесен зонам отдыха на юго-востоке.Исследование, опубликованное сегодня в журнале Environmental Science. Технологии являются частью более масштабных текущих усилий ученых по количественной оценке и монетизации степени, в которой изменение климата повлияет и нанесет ущерб различным секторам США.«Некоторые из самых значительных воздействий CyanoHAB будут происходить в более сельских регионах, например, на юго-востоке и Среднем Западе — районах, которые не часто возникают в разговорах о неизбежных последствиях изменения климата», — сказал Стивен Чапра, доктор философии.
D., ведущий автор и заведующий кафедрой гражданской и экологической инженерии Луи Бергера инженерной школы Тафтса. «Влияние изменения климата выходит далеко за рамки повышения температуры воздуха, повышения уровня моря и таяния ледников».«Наше исследование показывает, что более высокая температура воды, изменение количества осадков и увеличение поступления питательных веществ в совокупности вызовут более частое появление вредоносного цветения водорослей в будущем», — добавил он.
Цианобактерии — самые старые кислородные фотосинтезирующие организмы на Земле. На протяжении своей 3,5-миллиардной эволюционной истории эти организмы доказали свою жизнестойкость и способность адаптироваться к широкому диапазону климатов.
Следовательно, многие цианобактерии демонстрируют оптимальный потенциал роста и цветения при высоких температурах воды по сравнению с другими водными растениями. Поэтому глобальное потепление играет ключевую роль в их расширении и сохранении, сказал Чапра.
Чтобы охватить диапазон возможных вариантов будущего, в анализе использовались прогнозы изменения климата на основе пяти моделей общей циркуляции, двух сценариев выбросов парниковых газов и двух сценариев роста цианобактерий. Это одно из немногих исследований, в которых прогнозы климата сочетаются с сетевой моделью гидрологических данных / качества воды для озер и водохранилищ США. Подход к моделированию уникален тем, что объединяет модели климата, гидрологии и качества воды в единую вычислительную структуру, которая применяется в национальном масштабе.
Цепочка моделей начинается с прогнозов альтернативных климатов будущего на основе моделей общей циркуляции (МОЦ). Прогнозы GCM температуры и осадков затем вводятся в две другие модели:модель дождевого стока для моделирования ежемесячного стока в каждом из 2119 водоразделов континентальной части США; а такжемодель спроса на воду, которая прогнозирует потребности в воде муниципального, промышленного и сельскохозяйственного секторов каждого водосбора. Принимая во внимание эти прогнозы стока и спроса, модель систем водных ресурсов создает временные ряды накопления в водохранилищах, попусков и распределения спроса (например, сельское хозяйство, экологические потоки и гидроэнергетика).
Наконец, эти водные потоки и состояния водохранилищ вводятся в модель качества воды для моделирования ряда характеристик качества воды, включая концентрации цианобактерий, в каждом из водных объектов страны. Конечным результатом является структура, которая может предсказать комбинированное воздействие климата, роста населения и других факторов на качество воды в будущем для различных регионов США.Было подсчитано, что озера и водохранилища, служащие источниками питьевой воды для 30–48 миллионов американцев, могут периодически заражаться токсинами водорослей. Исследователи привели пример в 2014 году, когда почти 500000 жителей Толедо, штат Огайо, потеряли доступ к питьевой воде после того, как вода, взятая из озера Эри, показала присутствие цианотоксинов.
Помимо воздействия на здоровье человека, CyanoHAB имеют целый ряд негативных последствий для водных экосистем, включая создание неприглядных поверхностных отложений и сокращение использования в рекреационных целях и доступа к береговой линии. Кроме того, поскольку большинство цианобактерий не съедобны зоопланктоном и планктоноядными рыбами, они представляют собой «тупик» в водной пищевой цепи — сценарий, который в конечном итоге наносит ущерб как коммерческому, так и любительскому рыболовству.
Чапра отметил, что исследование показывает, что по мере повышения температуры воды потребуется более строгий и дорогостоящий контроль питательных веществ для поддержания текущего качества воды.«Исследование обеспечивает основу, которая предлагает понимание причинно-следственных связей, чтобы помочь поддержать планирование, политику и выявить пробелы в данных для будущих исследований», — сказал Чапра.