内华达山脉的山坡上挤满了加州宝贵的水源——气候变化已经在改变一个冰冻的水库。
随着地球变暖，春天的积雪正在减少。雪从山坡上爬到更高的海拔，在今年早些时候融化并渗入干燥的土壤，而不是冲入为水库供水的河流和溪流。
风险不再是未来主义或理论性的：该州对内华达山脉预期有多少水的预测与去年春天的现实相去甚远，因此改革这一过程变得越来越紧迫。
萨克拉门托河地区的计算结果下降了 68%，导致该州水库的供水量远低于预期。
“如果你改变了气候，然后你试图使用统计数据——依赖于过去发生的事情——来预测未来，那么你已经遇到了问题，”加州水利部经理 David Rizzardo资源部的水文部门告诉 CalMatters。
州政府官员正在改变他们的预测，以考虑气候变化正在重塑加州的无数方式，从气温升高到土壤干燥。赌注是巨大的：内华达山脉积雪提供了加利福尼亚州约三分之一的供水。
一些加州水观察者想知道：什么花了这么长时间?
“我们可以忽略气候变化的时代已经过去了，”气候和水科学家彼得格莱克说，他是全球水智库太平洋研究所的联合创始人。“水务机构真的需要在这里发挥作用。你能说我有点沮丧吗?”
这个过程很复杂，需要大规模扩展从该州积雪和流域收集的数据，并对预测计算进行彻底检查。
“自 1930 年以来，我们一直在进行预测。这是一次彻底的改革，”该州水资源部降雪调查和供水预测部门的经理肖恩·德古兹曼 (Sean de Guzman) 说。
Snowpack：如何测量以及为何重要
当天气变暖，雨停时，雪道融化成水道，然后流入水库、水龙头和洒水器——在加州的房屋、农场和野生动物最需要的时候供应它们。
为了密切关注这一宝贵资源，像德古兹曼这样的工程师将管子插入雪中以测量其深度和含水量，用传感器和气象站覆盖偏远的山脉，并扫描飞越流域的飞机的积雪。
De Guzman 的团队将积雪测量值以及有关降雨和水流的信息插入到他们的计算中，以预测预计有多少积雪会融化并流入河流和水库。他说，联邦加州内华达河预报中心同时计算自己的预报。
结果对于管理加州不稳定的全年供水至关重要。
水库管理人员使用它们来确定何时保留水以及何时让水流动。
州和联邦供水运营商依靠他们来确定向城市、种植者和供水商输送多少水，这些供水依赖于通过三角洲向南输送到数百英里的运河、隧道和管道。
从 2 月到 6 月中旬的每周预测有助于强大的威斯特兰水区(美国最大的农业用水机构)在未来一年中进行游戏——计划购买多少补充水以及向种植者收取多少费用。
“当我们在年初设定利率时，这些预测推动了我们估计的所有财务状况，”Westlands 首席运营官 Jose Gutierrez 说。
人类、生态系统以及受威胁和濒危物种的防洪、发电和维持水质都依赖于径流预报。即使是户外运动爱好者也能从融雪预测中受益。“我们接到很多电话说，‘嘿，你们一定知道优胜美地的瀑布什么时候去，’”里扎多说。
问题?这些预测尚未考虑气候变化如何改变融雪。
“气候变化，”里扎多说，“对这一切都造成了影响。”
气候变化颠覆了计算
随着气候变化导致气温越来越高，积雪正在山坡上撤退到更高的高度，并在本赛季早些时候融化。雨季正在缩短为更短、更剧烈的风暴期。
州气候学家迈克尔·安德森说，未来将继续带来更多的降雨和更少的降雪，并将幸存的积雪从北部的较低山峰转移到山脉中部和南部的高海拔地区。这种转变将意味着必须改变水利基础设施来管理融雪储存，并增加雨雪混合造成的洪水风险。
“如果你想到太浩湖，我们将进入一个未来，在湖面上不会有雪，但在山上，也许还会有雪，”安德森说。“然后我们看到它开始向上移动。”
科学家预测，在接下来的 35 到 60 年，如果二氧化碳和其他温室气体继续不受控制，西部的积雪可能会更大幅度地缩小，甚至会一次消失十年或更长时间。
劳伦斯伯克利国家实验室的研究科学家、加州大学伯克利分校的教授安德鲁琼斯说，加州已经看到了这一未来的预演。
2015 年 4 月，前州长杰里·布朗 (Jerry Brown) 看着州政府工作人员测量了一个不存在的积雪——就在它本应达到顶峰的时候。这是从 2012 年到 2016 年的上一次干旱的高峰期，布朗站在一片干草丛生的田野里。他身后是白雪皑皑的山峰的光秃秃的山坡。
水资源部的弗兰克格尔克展示了当时的州长。Jerry Brown 如何在 2015 年 4 月 1 日在菲利普斯站测量雪量。Florence Low / 加利福尼亚水资源
部就像我们一直做的那样……这让我对我们所拥有的系统的脆弱性感到赞赏，”琼斯说。
尽管干旱再次席卷加州，但去年的积雪并不像 2015 年那样稀少。据计算，2021 年 4 月的积雪量约为正常值的 59%。但仅用了一个月时间，积雪量就减少到了 22%。五月正常。而且，更糟糕的是，迅速融化的积雪并没有像预期的那样重新填满河流和水库。
相反，它浸入干渴的土壤或消失在空气中。到 5 月，萨克拉门托河谷的径流预报已下降约 700,000 英亩英尺——足够供应南加州 210 万户家庭的水。根据一份州报告，总而言之，这些预测高估了萨克拉门托河地区的径流 68%，高估了更南端主要流域的 45% 或更多。
“这基本上是我们以前从未见过的。我们有各种各样的关系告诉我们，如果我们有这么多的雪，你可以期待这么多的水，”德古兹曼说。“而这基本上在 2021 年分崩离析。”
格莱克说，高估对环境和来年产生了巨大影响。例如，当水量低于预期时，州和联邦水项目的运营商请求监管机构放宽旨在防止盐水污染主要三角洲供水的要求，以保存更多的水储存。
对于 Gleick 来说，这一缺口并不意外，他自己在 1980 年代的研究警告说，气候变化会使积雪减少。
“我会建议在 1990 年之前修复算法。但这并没有发生，”他说。“所以最好的时机就是现在。”
调高预测
改进径流预测将需要收集有关不断减少的积雪的更好数据，并创建更全面的模型以更好地捕捉不断变化的条件。
“这是一个可以理解的问题，(但)这不是简单的科学，”Rizzardo 说。
“去年所做的只是说，‘好吧，我们只需要把这一切都推向高潮，然后想办法完成它。’”
更好的数据已经在开发中。十年前，水资源部与美国宇航局的喷气推进实验室合作，对配备了名为激光雷达和其他仪器的遥感设备的飞机的积雪进行了详细调查。
到目前为止，调查仅限于该州的五个流域。虽然与美国宇航局的合作已经结束，但随着 Feather、Yuba、Truckee 和 Carson 河流的加入，今年的名单几乎翻了一番。
这些测量对于提供新的、需要数据的模型至关重要，这些模型由气候因素提供信息，并结合更多关于流域本身的信息，例如植被、温度和土壤湿度。
新技术，包括快速评估积雪温度及其含水量的传感器，现在正在由加州大学伯克利分校的中央山脉雪实验室和州官员进行测试。
问题是科学家们是否必须从头开始构建一个新模型，“或者我们是否可以调整现有模型以真正让它们再次变得更加准确?”雪实验室的首席科学家和站长安德鲁·施瓦茨说。
“为这次径流开发的旧模型不再适用于今天的气候，因为气候已经发生了变化，”他说。
作为今年试点项目的一部分，一种可能的新模型将包括来自羽毛河和圣华金流域的空中降雪调查的数据，并预测科学家将与他们目前的方法进行比较。
德古兹曼说，他们已经尝试使用机器学习技术来衡量大气干燥度、土壤湿度和温度等因素，但多年的努力只取得了轻微的进步。
今年，该团队正在着手进行他所说的重大调整，整合最近的雨、雪和径流数据，以更好地捕捉气候变化下的关系。
“通过更改我们输入模型的大量数据集，这有望帮助我们更好地了解我们现在所看到的情况，”他说。
尽管预测未来面临挑战，但一些州官员预计今年的预期与现实之间不会出现如此大的差距。尽管现在仍然存在干旱，但去年年底的暴风雨使积雪积聚并浸湿了大地，为更多融雪到达水库提供了条件。
然而，里扎多并不那么乐观，尤其是在伯克利雪实验室报告了创纪录的连续干旱之后。“这也是问号的一部分，因为我们看到了以前从未见过的东西。所以我们不能肯定地说，‘这就是未来。’”
