Changes to rainfall, snowfall, and runoff events during the autumn–winter transition in the Rocky Mountains of North America

Abstract

In cold conditions, early winter precipitation occurs as snowfall and contributes to the accumulating seasonal snowpack. In a warming climate, precipitation may occur as rainfall in mountainous areas. Detecting changes during seasonal transitions is difficult because these may encompass changes in timing, magnitude and phase, which may not be consistent between years. In this study, a sampling window from September to December is used to assess trends in magnitude, frequency and duration (of rainfall, snowfall and runoff events) in 127 climate stations and 128 watersheds with more than 30 years of record across the Rocky Mountains of North America. Rainfall events have increasing frequencies and durations, and magnitude trends are predominantly increasing at mid-latitude and mid-elevation. Snowfall events have the largest numbers of significant trends, with both increasing and decreasing trends in each of magnitude, frequency and duration. Snowfall events have decreasing frequencies and durations in the northern low-elevation sites and increasing frequencies and durations at the southern high-elevation sites. Trends in runoff events are less common than for rainfall and snowfall but are greater than expected by chance, and show similar frequency and duration patterns to snowfall trends. Snowfall and runoff events are decreasing in frequency and duration north of Wyoming and increasing to the south. Snowfall magnitude is generally decreasing to the north and increasing to the south, with runoff magnitude trends showing the reverse.

RÉSUMÉ

Dans les environnements froids, les précipitations au début de l’hiver sont constituées de chutes de neige qui contribuent à l’accumulation de la couche neigeuse hivernale. Dû au réchauffement climatique, ces précipitations peuvent devenir des chutes de pluie dans les régions montagneuses. Déterminer les variations pendant les périodes de transitions entre les saisons est difficile; ces variations, qui ne sont pas consistantes d’une année à l’autre, incluent la date d’occurrence, la quantité de précipitation, et la phase (neige ou pluie). Dans cette étude, une fenêtre d’échantillonnage de septembre à décembre est utilisée pour évaluer les tendances des quantités, des fréquences d’occurrence et des durées associées aux chutes de pluie et chutes de neige, et aux évènements de ruissellement dans 127 stations météorologiques et 128 bassins versants, sur plus de 30 années de données aux travers des Rocheuses d’Amérique du Nord. Les chutes de pluie ont été de plus en plus fréquentes, et leur durée et quantité ont une tendance principalement à la hausse dans les latitudes et altitudes moyennes. Les chutes de neige ont le plus grand nombre de tendances significatives avec à la fois des tendances à la hausse et à la basse pour leurs quantités, fréquences et durées. Au nord, la fréquence et la durée de ces évènements baissent sur les sites de basse altitude mais elles augmentent sur les sites de haute altitude dans le sud. Pendant la période considérée, les évènements de ruissellement ont des tendances plus faibles que les chutes de pluie et de neige, mais sont plus importantes que seul le hasard pourrait prévoir et sont similaires en fréquence et en durée aux tendances des chutes de neige. Les évènements de ruissellement et les chutes de neige décroissent en fréquence et durée dans les régions qui sont situées plus au nord du Wyoming et ils accroissent plus au sud. Pour les chutes de neige, leur quantité est généralement en déclin dans le nord mais elle s’accroit dans le sud alors que la quantité des évènements de ruissellement montre des tendances opposées.

Acknowledgements

The authors wish to express their appreciation to Danny Marks (USDA ARS) and Roy Rasmussen (NCAR UCAR) for discussions of observations and simulations of snow and rain in present and future climates. Nicolas Leroux kindly translated the abstract for us. We would also like to thank John Pomeroy for his comments and suggestions, and for financial support from his grants from the Global Water Futures, Canada Research Chairs Programme, NSERC, and Alberta Agriculture and Forestry.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.