The long-term response of stream flow to climatic warming in headwater streams of interior Alaska

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Abstract:

Warming in the boreal forest of interior Alaska will have fundamental impacts on stream ecosystems through changes in stream hydrology resulting from upslope loss of permafrost, alteration of availability of soil moisture, and the distribution of vegetation. We examined stream flow in three headwater streams of the Caribou–Poker Creeks Research Watershed (CPCRW) in interior Alaska over a 30-year period to determine (i)how stream flow varied among streams draining watersheds with varying extents of permafrost and (ii)evaluate if stream hydrology is changing with loss of permafrost. The three streams drained subcatchments with permafrost extents ranging from 4% to 53%. For each stream, runoff data were analyzed by separating base and storm flow contributions using a local-minimum method and with analysis of flood recession curves. Mean daily runoff during the ice-free season did not significantly vary among streams (mean= 0.57mm·d–1), although the watersheds with lower permafrost had a greater contribution of base flow. Across years, flow was variable and was related with summer temperature in the watershed with low permafrost and with precipitation in the watershed with high permafrost. With climate warming and loss of permafrost, stream flows will become less responsive to precipitation and headwater streams may become ephemeral.

Le réchauffement du climat dans la forêt boréale de l’intérieur de l’Alaska aura des impacts fondamentaux sur les écosystèmes lotiques par l’entremise de changements dans l’hydrologie des cours d’eau provoqués par la disparition du pergélisol dans les pentes, la modification de la disponibilité en eau du sol et la distribution de la végétation. Nous avons étudié le débit de trois ruisseaux situés en amont du bassin expérimental de Caribou Poker Creeks à l’intérieur de l’Alaska sur une période de 30 ans. L’étude avait pour but de (i)déterminer de quelle façon varie le débit des ruisseaux qui drainent des bassins où le pergélisol occupe différentes superficies et (ii)évaluer si l’hydrologie des ruisseaux change avec la disparition du pergélisol. Les trois ruisseaux drainaient des sous-bassins où le pergélisol occupait de 4% à 53% de la superficie. Pour chaque ruisseau, les données d’écoulement ont été analysées en séparant la contribution du débit de base et celle du débit d’orage à l’aide de la méthode du minimum local et de l’analyse des courbes de décrue. Le débit journalier moyen durant la saison où il n’y avait pas de glace n’a pas varié de façon significative entre les ruisseaux (moyenne= 0,57mm·j–1) mais les bassins où il y avait le moins de pergélisol contribuaient davantage au débit de base. Le débit variait d’une année à l’autre; il était relié à la température estivale dans le bassin où il y avait peu de pergélisol et aux précipitations dans le bassin où il y avait beaucoup de pergélisol. Avec le réchauffement du climat et la disparition du pergélisol, le débit des cours d’eau va devenir moins sensible aux précipitations et les ruisseaux de tête pourraient devenir saisonniers.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2010

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