Inter-annual variability of runoff and climate within the Upper Rhine River basin, 1808-2007

摘要

Recent climate models project not only an increase in mean air temperature, but also an increase in its year-to-year variability. Knowledge about the underlying mechanism and possible impacts of changes in the variability are important both from a hydrological perspective and for the water management of different regions. This article focuses on seasonal and annual changes in runoff, areal precipitation and air temperature of the Upper Rhine River basin during the period from 1808 to 2007. The changes in the mean behaviour and inter-annual variability of the data were analysed by using moving statistical distributions over 30-years. The most remarkable changes in the distributions were found in winter and spring when runoff, precipitation and air temperature had significantly increased. Except for spring runoff, the year-to-year variabilities have not changed considerably, and changes in the mean behaviour of our data are not related to changes in their year-to-year variability. The distributions of runoff and precipitation are only significantly correlated in winter and spring. A sensitivity analysis has further shown that in winter air temperature is more important for changes in runoff quantity than precipitation, whereas for spring and annual runoff precipitation is the main driving force. For the years 2030, 2050 and 2070 a further increase in winter and spring runoff was estimated, whereas the annual runoff quantities will not change considerably. The results show that more investigations are necessary to understand the mechanism of the year-to-year variability in climatic and hydrological time series: The variability not only fluctuates irregularly within a time series, it also differs among the analysed runoff, precipitation and/or air temperature time series. 【keyworks】Alps; bootstrapping; climate change; inter-annual variability; L-moment; Rhine; Switzerland%Les modèles climatiques récents ne projettent pas seulement une augmentation de la température moyenne, mais également une augmentation de sa variabilité interannuelle. Les connaissances sur les mécanismes sous-jacents et les impacts possibles des changements de variabilité sont importants pour l'hydrologie autant que pour les secteurs économiques en rapport avec l'eau. Cet article se concentre sur les changements saisonniers et annuels de débit, de précipitation et de température de l'air dans le bassin versant du haut Rhin durant la période allant de 1808 à 2007. Les changements de comportement moyen des données et leur variabilité interannuelle ont été analysés en utilisant une statistique de distribution glissante sur 30 ans. Les changements de distribution les plus remarquables ont été trouvés en hiver et au printemps, lorsque les débits, les precipitations et la température de l'air augmentent significativement. Exceptés les débits printaniers, les variabilités interannuelles n'ont pas consid-érablement changé, et les changements de comportement moyen de nos données ne sont pas liés aux changements de leur variabilité interannuelle. Les distributions de débits et de précipitations ne sont significativement corrélées qu'en hiver et au printemps. Une analyse de sensibilité a en outre montre que les températures, en hiver, ont plus d'impact sur les volumes écoulés que sur les précipitations, alors que ces derniéres sont les principales forces motrices pour les débits printaniers et annuels. Pour les années 2030, 2050 et 2070, des augmentations de débits hivernaux et printaniers ont été estimées, alors que les débits annuels ne vont pas changer considérablement. Les résultats montrent que plus de recherches sont nécessaires afin de comprendre le mécanisme de variabilité interannuelle des séries temporelles climatiques et hydrologiques: la variabilité ne fluctue pas seulement irréguliérement au sein même d'une série temporelle, mais elle diffère également entre les séries de débit, précipitation et/ou temperature. 【keyworks2】Alpes; bootstrapping; changement climatique; variabilité interannuelle; L-moment; Rhin; Suisse