Sensitivity of the stability of Scandinavian river flow regimes to a predicted temperature rise

Abstract

A river flow regime, describing the average seasonal pattern of flow, reflects climatic and physiographic conditions in a basin. This average pattern can be stable, demonstrating the same seasonality in river flow from year to year, or unstable, when the flow regime alternates between a number of different seasonal patterns. Flow regime types have traditionally been used mainly for regionalization purposes. Being dependent on climate and physiography, seasonal flow regime patterns respond to changes in these two factors. In the context of a possible climate change, river flow regimes (both type and stability) can be used to test the sensitivity of this important river flow characteristic to a temperature rise. Such a sensitivity study is reported here on Norwegian runoff series modelled for three possible scenarios of a mean annual temperature rise in Scandinavia of +1°, +2° and +3°C and for different altitudes. The concept of entropy is applied to quantify the stability of the seasonal patterns. The study shows that the majority of seasonal flow regimes are very sensitive to the temperature rises studied. Regimes with a snowmelt source of flow formation become more unstable, while regime types with a rain source become more stable.

Résumé

Le régime d'une rivière, qui décrit le comportement saisonnier moyen de l'écoulement, est une indicateur des états climatique et morphologique d'un bassin. Ce comportement saisonnier moyen peut être stable d'une année à l'autre, ou instable, quand le comportement saisonnier fluctue d'un type à un autre. Traditionnellement, les régimes des rivières ont été utilisés pour caractériser des régions. Le modèle saisonnier d'écoulement dépendant du climat et de la physiographie, il répond aux perturbations de ces deux facteurs. Dans la perspective d'éventuelles modifications climatiques, le régime des rivières (type autant que stabilité) peut être utilisé pour étudier la sensibilité de cette caractéristique importante de l'écoulement à augmentation de la température. L'étude de cette sensibilité a été réalisée sur des données de débit de Norvège simulées pour trois scénarios possibles d'augmentation de la température moyenne annuelle en Scandinavie: +1°, +2° et +3°C et pour différentes altitudes. Le concept d'entropie a été utilisé pour quantifier la stabilité des comportements saisonniers. L'étude montre que la stabilité de la majorité des régimes saisonniers d'écoulement est très sensible aux augmentations de la température. Les régimes d'écoulement d'origine navale deviennent en général plus instables, alors que les régimes conditionnés par la pluie deviennent plus stables.