Modeling Climate Change Impacts on the Water Balance of a Medium-Scale Mixed-Forest Watershed, SE USA

One of the most significant impacts of projected climate change focuses on the hydrological cycle water balance which has the potential to alter future water resource availability at all spatial scales. This study investigated the impacts of projected changes in monthly air temperature and precipitation in the mid-21st century compared to the 1981–2010 normal climate conditions for a forest dominated medium-scale watershed in the southeastern United States (US). We utilized a water-balance model developed by the US Geological Survey to simulate historical long-term monthly evapotranspiration (ET) and runoff using gridded monthly air temperature and precipitation datasets. Following this, projected precipitation and temperature data were incorporated into the model to calculate future monthly ET and runoff values towards the mid-21st century. The results suggest a significant increase in the summer soil moisture deficit and reduction in soil moisture availability throughout the year which could severely impact overall water resource availability within the watershed. Closer monitoring of the health and development of some of the key forest and plant species may prove beneficial in assessing how the real-time water balance is changing in response to climatic drivers.

RESUMEN:

Uno de los impactos más importantes del cambio climático proyectado se enfoca en el balance hídrico del ciclo hidrológico que tiene el potencial de alterar la futura disponibilidad de recursos hídricos en todas las escalas espaciales. Este estudio investigó los impactos de los cambios proyectados en la temperatura del aire y lluvias mensuales a mediados del siglo XXI en comparación con las condiciones climáticas normales de 1981–2010 en una cuenca de media escala dominada por bosques en el sureste de los Estados Unidos (EE. UU.). Utilizamos un modelo de balance hidrico desarrollado por el Servicio Geológico de EE.UU. para simular la evapotranspiración (escurrimiento) mensual y escorrentía de largo plazo mensual mediante el uso de un conjunto de datos mensuales de temperatura del aire y precipitación. Después, se incorporaron los datos de precipitación y temperatura proyectados en el modelo para calcular los valores mensuales futuros de escorrentía y escorrentía hacia mediados del siglo XXI. Los resultados sugieren un aumento significativo en el déficit de humedad del suelo durante el verano y una reducción en la disponibilidad de humedad del suelo durante todo el año, lo cual podría impactar de forma severa la disponibilidad general de recursos hídricos dentro de la cuenca. Un monitoreo más detallado de la salud y el desarrollo de algunas de las especies de bosques y plantas clave puede resultar fructuoso para evaluar cómo está cambiando el balance de agua en tiempo real en respuesta a los factores climáticos.