Published April 13, 2022 | Version v1
Publication Open

Projection of Streamflow Changes Under CMIP6 Scenarios in the Urumqi River Head Watershed, Tianshan Mountain, China

Creators

  • 1. University of Chinese Academy of Sciences
  • 2. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources
  • 3. Chinese Academy of Sciences
  • 4. Pir Mehr Ali Shah Arid Agriculture University
  • 5. Kathmandu University

Description

Analyzing climate change impacts on hydrology and future water supply projections is essential for effective water resource management and planning in the large river basins of Asia. In these regions, streamflow and glacier melt remain subject to significant uncertainties due to the lack of confidence in climate change projections and modeling methods. In this study, a glacier dynamics model (the Open Global Glacier Model was coupled with a glacio-hydrological model [the Glacio-hydrological Degree-day Model (GDM)] to predict possible hydrological changes in the head watershed of the Urumqi River under three shared socioeconomic pathways SSP2-4.5, SSP3-7.0, and SSP5-8.5. The GDM was calibrated and validated against in situ observed discharge data for the 2007–2011 and 2012–2018 periods. The resulting Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) values were 0.82 and 0.81, respectively. The GDM was driven with an ensemble of five downscaled CMIP6 datasets to examine the potential impacts of climate change on hydrologic processes in the basin. Four runoff components were simulated with the GDM: base flow, rainfall, ice melt, and snow melt. It was determined that rainfall constituted the predominant source of runoff, followed by baseflow and ice melt. During the calibration and validation periods, snow and ice melt contributed 25.14 and 25.62%, respectively, to the total runoff. Under all SSP scenarios, the projected runoff decline indicated that the peak runoff time had passed. It was revealed that a 2°C increase in the monthly average temperature could result in a 37.7% increase in the total discharge of the basin. Moreover, the GDM was more responsive to changes in air temperature than to changes in glacier extent.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد تحليل تأثيرات تغير المناخ على الهيدرولوجيا وتوقعات إمدادات المياه المستقبلية أمرًا ضروريًا للإدارة والتخطيط الفعالين لموارد المياه في أحواض الأنهار الكبيرة في آسيا. في هذه المناطق، لا يزال تدفق التيار وذوبان الأنهار الجليدية عرضة لشكوك كبيرة بسبب عدم الثقة في توقعات تغير المناخ وطرق النمذجة. في هذه الدراسة، اقترن نموذج ديناميكيات الأنهار الجليدية (نموذج الأنهار الجليدية العالمية المفتوحة بنموذج جليدي هيدرولوجي [نموذج الدرجة الجليدية الهيدرولوجية (GDM)] للتنبؤ بالتغيرات الهيدرولوجية المحتملة في مستجمعات المياه الرئيسية لنهر أورومتشي تحت ثلاثة مسارات اجتماعية واقتصادية مشتركة SSP2-4.5 و SSP3-7.0 و SSP5-8.5. تمت معايرة GDM والتحقق من صحته مقابل بيانات التصريف المرصودة في الموقع للفترتين 2007–2011 و 2012–2018. كانت قيم كفاءة ناش- سوتكليف الناتجة (NSE) 0.82 و 0.81 على التوالي. تم توجيه GDM بمجموعة من خمس مجموعات بيانات CMIP6 مصغرة لفحص الآثار المحتملة لتغير المناخ على العمليات الهيدرولوجية في الحوض. تمت محاكاة أربعة مكونات للجريان السطحي باستخدام GDM: تدفق القاعدة، وهطول الأمطار، وذوبان الجليد، وذوبان الثلوج. وتقرر أن هطول الأمطار يشكل المصدر السائد للجريان السطحي، يليه تدفق القاعدة وذوبان الجليد. خلال فترات المعايرة والتحقق من الصحة، ساهم ذوبان الثلج والجليد بنسبة 25.14 ٪ و 25.62 ٪ على التوالي في إجمالي الجريان السطحي. في ظل جميع سيناريوهات SSP، أشار انخفاض الجريان السطحي المتوقع إلى أن وقت ذروة الجريان السطحي قد انقضى. تم الكشف عن أن زيادة درجتين مئويتين في متوسط درجة الحرارة الشهرية يمكن أن تؤدي إلى زيادة بنسبة 37.7 ٪ في إجمالي تصريف الحوض. علاوة على ذلك، كان GDM أكثر استجابة للتغيرات في درجة حرارة الهواء من التغيرات في نطاق الأنهار الجليدية.

Translated Description (French)

L'analyse des impacts du changement climatique sur l'hydrologie et les projections futures de l'approvisionnement en eau est essentielle pour une gestion et une planification efficaces des ressources en eau dans les grands bassins fluviaux d'Asie. Dans ces régions, l'écoulement fluvial et la fonte des glaciers restent soumis à des incertitudes importantes en raison du manque de confiance dans les projections et les méthodes de modélisation du changement climatique. Dans cette étude, un modèle de dynamique des glaciers (le modèle de glacier global ouvert) a été couplé à un modèle glacio-hydrologique [le modèle de degré-jour glacio-hydrologique (GDM)] pour prédire les changements hydrologiques possibles dans le bassin versant de la rivière Urumqi selon trois voies socio-économiques partagées SSP2-4.5, SSP3-7.0 et SSP5-8.5. Le GDM a été calibré et validé par rapport aux données de rejet observées in situ pour les périodes 2007–2011 et 2012–2018. Les valeurs d'efficacité Nash–Sutcliffe (NSE) résultantes étaient de 0,82 et 0,81, respectivement. Le GDM a été conduit avec un ensemble de cinq ensembles de données CMIP6 à échelle réduite pour examiner les impacts potentiels du changement climatique sur les processus hydrologiques dans le bassin. Quatre composantes de ruissellement ont été simulées avec le GDM : le débit de base, les précipitations, la fonte des glaces et la fonte des neiges. Il a été déterminé que les précipitations constituaient la principale source de ruissellement, suivies de l'écoulement de base et de la fonte des glaces. Au cours des périodes d'étalonnage et de validation, la fonte de la neige et de la glace a contribué respectivement à 25,14 et 25,62 % du ruissellement total. Dans tous les scénarios SSP, la baisse projetée du ruissellement a indiqué que le temps de ruissellement de pointe était passé. Il a été révélé qu'une augmentation de 2°C de la température moyenne mensuelle pourrait entraîner une augmentation de 37,7% du débit total du bassin. De plus, le GDM était plus sensible aux changements de température de l'air qu'aux changements d'étendue des glaciers.

Translated Description (Spanish)

El análisis de los impactos del cambio climático en la hidrología y las proyecciones futuras del suministro de agua es esencial para una gestión y planificación eficaces de los recursos hídricos en las grandes cuencas fluviales de Asia. En estas regiones, el flujo de los arroyos y el derretimiento de los glaciares siguen estando sujetos a incertidumbres significativas debido a la falta de confianza en las proyecciones del cambio climático y los métodos de modelado. En este estudio, se combinó un modelo de dinámica de glaciares (el Modelo Global de Glaciares Abiertos) con un modelo glaciohidrológico [el Modelo Glaciohidrológico de Grado-día (GDM)] para predecir posibles cambios hidrológicos en la cuenca principal del río Urumqi bajo tres vías socioeconómicas compartidas SSP2-4.5, SSP3-7.0 y SSP5-8.5. El GDM se calibró y validó contra los datos de alta observados in situ para los períodos 2007–2011 y 2012–2018. Los valores de eficiencia de Nash–Sutcliffe (NSE) resultantes fueron 0.82 y 0.81, respectivamente. El GDM se impulsó con un conjunto de cinco conjuntos de datos CMIP6 a escala reducida para examinar los posibles impactos del cambio climático en los procesos hidrológicos en la cuenca. Se simularon cuatro componentes de escorrentía con el GDM: flujo base, lluvia, derretimiento de hielo y derretimiento de nieve. Se determinó que la lluvia constituyó la fuente predominante de escorrentía, seguida del flujo base y el derretimiento del hielo. Durante los períodos de calibración y validación, el derretimiento de nieve y hielo contribuyó con 25.14 y 25.62%, respectivamente, a la escorrentía total. En todos los escenarios de SSP, la disminución de escorrentía proyectada indicó que el tiempo máximo de escorrentía había pasado. Se reveló que un aumento de 2°C en la temperatura media mensual podría resultar en un aumento del 37,7% en la descarga total de la cuenca. Además, la DMG fue más sensible a los cambios en la temperatura del aire que a los cambios en la extensión de los glaciares.

Files

pdf.pdf

Files (4.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b055cc00c32a7f1f017c8f0710698df7
4.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إسقاط تغييرات تدفق التيار في إطار سيناريوهات CMIP6 في مستجمعات مياه نهر أورومتشي، جبل تيانشان، الصين
Translated title (French)
Projection des changements de débit selon les scénarios CMIP6 dans le bassin versant de la rivière Urumqi, mont Tianshan, Chine
Translated title (Spanish)
Proyección de cambios en el caudal de corriente bajo escenarios CMIP6 en la cuenca hidrográfica de la cabecera del río Urumqi, montaña Tianshan, China

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4224048391
DOI
10.3389/feart.2022.857854

Is supplement to
https://openalex.org/W4310069112 (Other)
https://openalex.org/W3205194988 (Other)
https://openalex.org/W3161541206 (Other)
https://openalex.org/W3158924930 (Other)
https://openalex.org/W3110958951 (Other)
https://openalex.org/W2792399085 (Other)
https://openalex.org/W2526214334 (Other)
https://openalex.org/W2515009823 (Other)
https://openalex.org/W2335241039 (Other)
https://openalex.org/W2290039152 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1519230894
  • https://openalex.org/W1972949500
  • https://openalex.org/W2002677736
  • https://openalex.org/W2005765847
  • https://openalex.org/W2022880018
  • https://openalex.org/W2033029221
  • https://openalex.org/W2061551455
  • https://openalex.org/W2066907097
  • https://openalex.org/W2084744129
  • https://openalex.org/W2122680567
  • https://openalex.org/W2128974637
  • https://openalex.org/W2133079590
  • https://openalex.org/W2150668626
  • https://openalex.org/W2193503481
  • https://openalex.org/W2342293082
  • https://openalex.org/W2545757444
  • https://openalex.org/W2589097985
  • https://openalex.org/W2744952291
  • https://openalex.org/W2754617622
  • https://openalex.org/W2791541653
  • https://openalex.org/W2883655537
  • https://openalex.org/W2899404378
  • https://openalex.org/W2922577417
  • https://openalex.org/W2929357616
  • https://openalex.org/W2950827585
  • https://openalex.org/W2990857758
  • https://openalex.org/W2999018289
  • https://openalex.org/W3002829388
  • https://openalex.org/W3021712946
  • https://openalex.org/W3023363297
  • https://openalex.org/W3025949386
  • https://openalex.org/W3037200249
  • https://openalex.org/W3046973285
  • https://openalex.org/W3081382192
  • https://openalex.org/W3088390956
  • https://openalex.org/W3091861829
  • https://openalex.org/W3119824811
  • https://openalex.org/W3126992227
  • https://openalex.org/W3146399845
  • https://openalex.org/W3147116199
  • https://openalex.org/W3177146991
  • https://openalex.org/W3194416595
  • https://openalex.org/W3204312372