Water resources from the mountains under climate change : the case of the upper Indus basin

Overall glaciers world-wide, are shrinking as revealed by the time series of measured changes in glacier length, area, volume and mass. Current glacier extents are out of balance with current climatic conditions, indicating that glaciers will continue to shrink in the future even without further temperature increase. There is a need of a more accurate quantitative knowledge of the different mountain cryospheric components, especially glaciers, frozen ground and snow and of the amount of water stored inside, and of their current changes. Hydrogeological risk, including floods, storm driven landslides, avalanches, may increase under the modified hydrological cycle in mountain areas, where environmental gradients are strongly enhanced. Integration of water quantity and water quality approaches is extremely important to understand the social and economic relevance of water modification under present and future climate change. Anyway changes in the global water cycle in response to the warming over the 21st century will not be uniform. One of the mostly interesting and important area in the world respect high altitude water resources is the Hindu-Kush Karakorum Himalaya region (HKKH). The mountain regions of the Hindu Kush, Karakoram and Himalaya (HKKH) are the "third pole" of our planet, and water from therein plays an essential role for agriculture, drinking purposes, and hydropower production. Dynamics of glaciers in Karakoram is complex, and in the last decades the area has experienced substantially unchanged ice cover against the noticeable loss observed worldwide (the "Karakoram anomaly"). This work focuses upon a particular watershed, the Shigar river closed at Shigar nested within the Upper Indus Basin (UIB) and fed by seasonal melt from two major glaciers (Baltoro and Biafo systems) at the toe of K2 peak. We used a set of hydrological, meteorological, and glaciological data gathered during three years of field campaigns (2011-2013). Using these data a semi-distributed hydrological model has been developed, providing depiction of in stream flows, snow dynamics, and ice cover thickness and their changes in the next century, reproducing also the glaciers dynamics due to the gravity force. Changes of the hydrological cycle until the end of the twenty-first century have been assessed by way of downscaled precipitation and temperature projections provided by three state-of-the-art Global Climate Models (EC-Earth, CCSM4 and ECHAM6) under the RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. In the future (until 2099) the ice volume stored at these altitudes will decrease in the worst scenario (RCP8.5) of about 90% causing long dry period. Therefore, during the century flood hazard may increase, as much as hazards related to glaciers’ down wasting (e.g. GLOFs, icefalls, crevasses), putting at stake local population, and tourists. High altitude glacierized catchments as here are paradigmatic of glacierized areas within HKKH, the third pole of the world, storing a tremendous amount of water to be delivered to populations downstream, and monitoring, assessing and projection of future dynamics here forward is warranted, to aid taking actions for adaptation to climate change effects.

I ghiacciai in tutto il mondo si stanno riducendo come confermato dalle variazioni di volume e area osservate e risulta esserci uno squilibrio con le attuali condizioni climatiche il che significa che gli apparati glaciali continueranno a ridursi anche senza un ulteriore aumento di temperatura. Attualmente c’è il bisogno di approfondire la conoscenza sia qualitativa, ma soprattutto quantitativa della criosfera, delle sue componenti (ghiacciai, neve, permafrost) e della quantità di acqua in esse stoccate. Il rischio idrogeologico incluso il rischio di inondazioni, di periodi siccitosi, di frane e valanghe potrebbe aumentare come conseguenza delle variazioni nel ciclo idrologico delle aree di alta montagna. Lo sviluppo di metodologie per la valutazione della disponibilità (in termini sia quantitativi che qualitativi) della risorsa idrica per i prossimi decenni è fondamentale per comprendere le ricadute socio-economiche dei cambiamenti in atto. Una delle zone più interessanti e importanti nel mondo per quanto riguarda le risorse idriche in alta quota è la regione dell’ Hindu-Kush Karakorum Himalaya (HKKH). Quest’area è nota anche come "terzo polo" o “water towers of Asia” data l’enorme quantità di acqua dolce contenuta nei ghiacci e nelle nevi che rappresenta la quasi totalità dell’acqua utilizzata da milioni di persone (Cina, Pakistan, India, ecc.) per l'agricoltura, per uso potabile e per la produzione di energia idroelettrica. La dinamica dei ghiacciai in questa regione è però molto complessa e negli ultimi decenni ha mostrato una situazione in controtendenza rispetto a quella globale, infatti non sembra esserci stata alcuna variazione nel volume degli apparati glaciali che sembrano mostrare una situazione di equilibrio (in letteratura chiamata “Karakorum anomaly”). Il presente lavoro è focalizzato sul bacino del fiume Shigar (Pakistan), un immissario del fiume Indo, alimentato dall’acqua di fusione di alcuni dei ghiacciai vallivi più grandi del mondo (Biafo e Baltoro) ai piedi del K2. Attraverso l’utilizzo e l’analisi di dati meteorologici, idrometrici e glaciologici raccolti durante 3 anni di attività di campo (2011-2013) è stato implementato, calibrato e validato un modello idrologico semi distribuito in grado di riprodurre con una buon accuratezza il deflusso in alveo, la dinamica di ablazione nivo/glaciale comprensiva del flusso gravitativo delle masse glaciali (fondamentale per lo sviluppo di scenari futuri). Il modello così calibrato è stato alimentato con le precipitazioni e temperature per il prossimo secolo opportunamente disaggregate fornite da 3 modelli di circolazione generale (EC-Earth, CCSM4 e ECHAM6) sotto 3 diversi scenari climatici (RCP2.6, RCP4.5 e RCP8.5) definiti dall’IPCC. In futuro (2099) il volume di ghiaccio all’interno del bacino sotto le condizioni peggiori (RCp8.5) mostra riduzioni fino al 90% causando forti variazioni nel regime idrometrico con pronunciati periodi di siccità. Inoltre durante il prossimo secolo aumenterà in modo significativo la probabilità di eventi estremi (inondazioni) e altri eventi catastrofici come GLOFs (Glacial Lake Outburst Flood), crolli di ghiaccio e roccia e frane causate dalla fusione del permafrost. Risulta quindi fondamentale, in un’area come quella dell’HKKH che rappresenta una riserva di acqua per milioni di persone, monitorare e comprendere nel dettaglio le conseguenze del cambiamento climatico in atto per sviluppare azioni di adattamento e mitigazione.