Spatial and Temporal Change in the Hydro-Climatology of the Canadian Portion of the Columbia River Basin under Multiple Emissions Scenarios

Abstract

The Canadian portion of the Columbia River basin, or Upper Columbia River basin (UCRB), which is made up of the sub-basins of the Columbia and Kootenay rivers, has a hydrologic regime dominated by snow and glacier melt that makes it particularly susceptible to climate change. To investigate the influence of climate change on the water balance and streamflow of the UCRB, simulations are made for a 20-member ensemble made up of seven global climate models (GCMs) run under three emissions scenarios (A1B, A2, and B1 (with one exception)) for three future periods (2020s, 2050s, and 2080s) downscaled using Bias Corrected Spatial Disaggregation and simulated via the spatially distributed Variable Infiltration Capacity (VIC) model. To maximize the utility of the VIC model, a process-based distributed model, it is calibrated to 24 sub-basins. Snow water equivalent (SWE) decreases at lower elevations primarily in the southern portion of the UCRB and increases progressively at high elevations in the north from the 2020s to the 2050s to the 2080s based on the mean of seven GCMs run under the A2 scenario. Evaporation increases where adequate moisture is available in the summer months out to the 2080s. Runoff increases strongly in winter and spring and increases moderately in fall in the UCRB. Mean annual streamflow is projected to increase twice as fast in the northern, higher elevation, Columbia River basin than in the southern Kootenay River basin. Projected increases in mean annual flow are greatest under the A2 emissions scenario, ranging from a 9% increase in the 2020s to a 27% increase in the 2080s in the Columbia River at Keenlyside Dam. Changes in the hydrograph for four sub-basins of the UCRB are most pronounced in the 2080s under the A2 emissions scenario with streamflow increases projected in November to May, decreases in July to September, and mixed responses in June and October. The magnitude of peak flows and low flows is projected to increase for most sub-basins, time periods, and scenarios. Such projected changes could be expected to have implications for water resources management in the basin.

RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] La partie canadienne du bassin du fleuve Columbia, ou bassin du Haut–Columbia, qui comprend les sous-bassins du Columbia et de la rivière Kootenay, possède un régime hydrologique dominé par la fonte de la neige et des glaciers, ce qui le rend particulièrement sensible au changement climatique. Pour étudier l'influence du changement climatique sur le bilan hydrologique et l’écoulement fluvial dans le bassin du Haut–Columbia, nous avons fait des simulations avec un ensemble de 20 membres issus de sept modèles climatiques mondiaux exécutés sous trois scénarios d’émissions (A1B, A2 et B1 (avec une exception)) pour trois périodes futures (les décennies 2020, 2050 et 2080) avec une échelle réduite au moyen de la désagrégation spatiale corrigée du biais et simulées par le modèle VIC (Variable Infiltration Capacity) spatialement distribué. Pour maximiser l'utilité du modèle VIC, un modèle distribué fondé sur des processus, celui-ci est étalonné par rapport à 24 sous-bassins. L’équivalent en eau de la neige diminue aux élévations plus faibles, principalement dans la partie sud du bassin du Haut–Columbia, et augmente progressivement aux grandes élévations dans le nord, de la décennie 2020 à la décennie 2050 et à la décennie 2080, selon la moyenne de sept modèles climatiques mondiaux exécutés sous le scénario A2. L’évaporation augmente là où l'apport en humidité est adéquat durant les mois d’été jusque dans les années 2080. Le ruissellement augmente fortement en hiver et au printemps et augmente modérément à l'automne dans le bassin du Haut–Columbia. Il ressort que l’écoulement fluvial annuel moyen devrait augmenter deux fois plus vite dans le bassin du Columbia au nord, où les élévations sont grandes, que dans le bassin de la Kootenay au sud. Les accroissements prévus dans l’écoulement annuel moyen sont les plus grands sous le scénario d’émissions A2, allant d'un accroissement de 9% dans les années 2020 à un accroissement de 27% dans les années 2080 au barrage de Keenlyside sur le Columbia. Les changements dans l'hydrographe pour quatre sous-bassins du bassin du Haut–Columbia sont les plus prononcés dans les années 2080 sous le scénario d’émissions A2 avec des accroissements d’écoulement fluvial prévus de novembre à mai, des diminutions de juillet à septembre et des réponses mixtes en juin et en octobre. L'intensité des débits de pointe et d’étiage est prévue s'accroître dans la plupart des sous-bassins, des périodes et des scénarios. On peut s'attendre à ce que ces changements prévus aient des répercussions sur la gestion des ressources en eau dans le bassin.

Keywords:

• Columbia River
• Kootenay River
• streamflow projections
• climate change
• extremes
• SWE

Acknowledgements

We acknowledge the financial support of BC Hydro and the British Columbia Ministry of Environment. Katrina Bennett is gratefully acknowledged for her assistance in setting up the VIC model. Discussions with members of BC Hydro's Technical Advisory Committee and of the Climate Impacts Group, University of Washington improved the quality of this study. We appreciate the constructive feedback from two anonymous reviewers that helped to improve this manuscript.