Historical and future trends in global snow conditions – observed by remote sensing and forecasted by spatio-temporal modelling

Abstract

Snow resources worldwide are undergoing extensive changes in response to widespread and rapid changing of the global climate. These resources are vital in many areas and changes to them have and will continue to impact human societies and ecosystems in cold regions. The research presented in this dissertation entails the assessment and comparison of historical trends in the climate and snow regimes and the projection of these trends until the end of the 21st century, under different emission scenarios. The results show that extensive changes have occurred to the frequency of Northern Hemisphere (NH) snow cover since the beginning of the 21st century, as estimated based on remote sensing data from the MODIS satellite instrument. The future evolution of NH snow resources was modelled for the period 1950-2100 for each of the 21 downscaled and bias corrected CMIP5 climate models for two emission scenarios (RCP45 and RCP85) using the Snow17 model. The simulations show that the Snow Cover Frequency (SCF) is in general projected to diminish substantially across the NH. However, the NH 1st April Snow Water Equivalent (SWE) is projected to increase slightly at the beginning of the period, driven by increased snowfall at high latitudes in the Arctic and then decline back to 1950-1975 levels under RCP45 and 10% under those given RCP85. These trends were analyzed specifically for Icelandic circumstances revealing a trend of increasing SCF in many parts of the country over the period 1930-2021, whereas the simulated results project a decrease in SCF across Iceland between 1950 to 2100.

Snjóauðlindir víðsvegar um heiminn eru nú breytingum undiropnar í kjölfar hnattrænna loftlagsbreytinga. Þessar auðlindir eru mikilvægar víðsvegar og breytingar á eðli þeirra hafa haft og munu halda áfram að hafa áhrif á mannleg samfélög og vistkerfi á kvöldum svæðum. Rannsókn sú er birt er í þessari ritgerð fjallar um greiningu og samanburð á sögulegri þróun loftlags og snjós og gerð forspár um það hvernig væntar loftlagsbreytingar munu hafa áhrif á snjóauðlindir út 21 öldina miðað við mismunandi sviðsmyndir í hlýnun. Niðurstöður rannsóknarinnar sýna fram á að víðtækar breytingar hafa þegar orðið á snjóþekju á Norður Hveli jarðar (NH) frá byrjun 21 aldarinnar útfrá fjarkönnunargögnum frá MODIS gervihnattamælinum. Spáð var fyrir um framtíðarþróun snjóauðlinda á NH fyrir tímabilið 1950-2100 með Snow17 snjólíkaninu útfrá 21 CMIP5 loflagslíkönum fyrir tvö hlýnunartilvik (RCP45 og RCP85). Niðurstöður líkansins gefa til kynna að tíðni snjóhulu (SCF) muni almennt minnka verulega um allt NH en að hinsvegar, muni meðal rúmál vatns sem geymt er í snjóalögum NH aukast lítillega í byrjun tímabilsins, aðallega vegna aukinnar snjókomu og norðlægum breiddargráðum innan norðurheimskautsbaugs, en minnka svo aftur að því sem var um 1950 fyrir RCP45 en 10% neðar en svo fyrir RCP85.. Þróun í loftlagi og snjóauðlindum var rannsökuð sérstaklega á Íslandi, sem leiddi í ljós tölfræðilega marktækta aukningu á SCF stórum svæðum frá aldamótum, spá um þróun snjóauðlinda út 21 öldina gerir hinsvegar ráð fyrir verulegri minnkun á SCF í öllum hæðarbilum á Íslandi.