Hydrological extremes and shifting runoff seasonality in Central European headwaters

Abstract

Headwaters are crucial sources of freshwater with a vital role in runoff regime of every catchment. In Central Europe, these areas are typically in montane, forested areas with almost minimal human impact. Changing precipitation and runoff patterns in headwater zones significantly influence water quantity and availability downstream, but also its quality. Because of their sensitivity, headwater areas often serve as early indicators of environmental change. Climate variations, such as changing distribution and phase of precipitation, rising air temperatures, evapotranspiration rates are expected to affect the frequency and distribution of extreme hydrological events and their influence on surface water quality. Therefore, it is essential to understand the factors and conditions driving changes in runoff behaviour. This thesis examines recent hydrological changes in montane catchments of Central Europe, focusing on shifts in runoff seasonality, streamflow droughts, and evaporative demand. The research is based on five original studies that employ mostly observational data with few modelling approaches to investigate changes in water balance components and hydrological extremes in last six decades. Initial research presented in Paper 1 explores trends in various climate variables including open water...

Pramenné oblasti jsou klíčovým zdrojem sladké vody a hrají zásadní roli v odtokovém režimu každého povodí. Ve střední Evropě se tyto oblasti obvykle nacházejí v horských, zalesněných lokalitách s minimálním vlivem člověka. Změny v rozložení srážek a odtoku v pramenných zónách výrazně ovlivňují kvantitu a dostupnost vody dále po toku, ale také její kvalitu. Díky své citlivosti slouží pramenné oblasti často jako včasné indikátory environmentálních změn. Očekává se, že změny klimatu, například změny v rozložení a skupenství srážek, zvyšující se teploty vzduchu a rostoucí míra evapotranspirace, ovlivní četnost a rozložení extrémních hydrologických jevů i jejich dopad na kvalitu povrchové vody. Proto je důležité porozumět faktorům a podmínkám vedoucím ke změnám odtoku. Tato práce se zaměřuje na nedávné hydrologické změny v horských povodích střední Evropy, konkrétně na posuny v sezonalitě odtoku, výskyt sucha a evapotranspiraci. Výzkum je založen na pěti původních studiích, které využívají převážně naměřená data a v menší míře modelové přístupy k analýze změn složek vodní bilance a výskytu hydrologických extrémů v šesti posledních desetiletích. Úvodní studie (článek 1) zkoumá trendy v různých klimatických proměnných, včetně výparu z volné vodní hladiny (Epan), pomocí dlouhodobých datových řad z Česka....