Changes in Seasonal and Extreme Hydrologic Conditions of the Georgia Basin/Puget Sound in an Ensemble Regional Climate Simulation for the Mid-Century

Abstract

In this study we examine an ensemble of climate change projections simulated by a global climate model (GCM) and downscaled with a regional climate model (RCM) to a 40-km spatial resolution for western North America. One control and an ensemble of three future climate simulations were produced by the GCM. The ensemble members followed a ’business as usual’ scenario for greenhouse gases and aerosols emissions from 1995 to 2100. The RCM was used to downscale the GCM control simulation (1995–2015) and each ensemble future GCM climate (2040–2060) simulation. Analyses of the regional climate simulations for the Georgia Basin/Puget Sound showed a warming of 1.5–2 °C and statistically insignificant changes in precipitation by mid-century. The temperature change has large impacts on snowpack (about 50% reduction) but relatively smaller impacts on the total runoff for the basin as a whole. The changes can strongly affect small watersheds such as those located in the transient snow zone, causing both a higher likelihood of winter flooding, as a higher percentage of precipitation falls in the form of rain rather than snow, and a reduced streamflow in early summer. In addition, there are large and different changes in the monthly total runoff above the one-percentile from October through May, and the December flood volume of the future climate is 60% above the maximum monthly flood volume of the control climate. Uncertainty of the climate change projections, as characterized by the spread among the ensemble future climate simulations, is relatively small for the basin mean snowpack and runoff, but increases in smaller watersheds, especially in the transient snow zone, and the associated extreme events. This emphasizes the importance of characterizing uncertainty through ensemble simulations.

Dans cette étude, nous examinons un ensemble de projections de changement climatique simulées par un modèle de circulation générale (MCG) et soumises à une réduction d’échelle à l’aide d’un modèle climatique régional (MCR) en fonction d’une résolution spatiale de 40 km pour l’ouest de l’Amérique du Nord. Le MCG a produit une simulation de contrôle et un ensemble de trois simulations climatiques futures. Les membres de l’ensemble ont suivi un scénario «business as usual» pour les émissions de gaz à effet de serre et d’aérosol de 1995 à 2100. Le MCR a été employé pour la réduction d’échelle de la simulation de contrôle du MCG (de 1995 à 2015) et de chaque simulation climatique future de l’ensemble tiré du MCG (de 2040 à 2060). Les analyses des simulations climatiques régionales pour le bassin de Georgia/Puget Sound ont révélé un réchauffement de 1,5 à 2 °C et des changements non statistiquement significatifs dans les précipitations d’ici le milieu du siècle. La variation de température a des incidences importantes sur l’enneigement (réduction d’environ 50%), mais des incidences relativement plus faibles sur l’écoulement global pour le bassin dans son ensemble. Les changements peuvent influer fortement sur les petits bassins hydrographiques comme ceux qui sont situés dans la zone neigeuse transitoire, ce qui provoque à la fois une probabilité plus grande d’inondation hivernale, étant donné qu’un pourcentage plus élevé de précipitations tombent sous forme de pluie plutôt que de neige, et un écoulement fluvial réduit au début de l’été. De plus, il existe des changements considérables et différents dans l’écoulement global mensuel au-delà de un pour cent d’octobre à mai, et le volume d’inondation en décembre du climat futur est de 60% supérieur au volume d’inondation mensuel maximal du climat de contrôle. L’incertitude liée aux projections du changement climatique, comme le caractérise l’écart entre les simulations climatiques futures de l’ensemble, est relativement faible pour l’enneigement et l’écoulement moyens du bassin, mais elle augmente dans les bassins hydrographiques plus petits, en particulier dans la zone neigeuse transitoire, de même que pour les événements extrêmes connexes. Cela fait ressortir l’importance de la caractérisation de l’incertitude par le truchement de simulations d’ensemble.