Long-term hydrological dynamics of Canada’s largest watershed: climate controls on water quantity and quality of the Mackenzie River Basin

Canada’s Mackenzie River Basin (MRB) is one of the world’s largest and most important freshwater ecosystems and is at risk due to climate change and resource development. The MRB is of global importance due to its biodiversity and unique role in carbon storage, climate processes, and health of Arctic terrestrial and marine ecosystems. Warming temperatures in the MRB have led to widespread permafrost thaw and are affecting the hydrological cycle. People living in communities in the basin report decreased water levels and water flows, drying conditions, warmer temperatures, and thinning ice. Although water quantity monitoring of rivers in the MRB has been conducted since 1970s, the brevity of instrumental records makes them inadequate for understanding multi-decadal cycles and trends associated with long-lived climate phenomena such as the Pacific Decadal Oscillation (PDO) that may influence the hydrology of the MRB. The objectives of this multi-disciplinary research project are to reconstruct hydrological change of MRB of the past ~4000 years with a focus on the Mackenzie River in the Gwich’in Settlement Area. We will collect and analyze lake sediments and peats to provide information on past climate variability and water quantity in the MRB. Traditional Knowledge will also be used to better understand long-term changes in water levels in the basin. Our approach will permit recognition of cycles and trends that have impacted water levels of the MRB. Information on drivers of water quantity change are needed for strategic management of Canada’s water resources. Through a multi-disciplinary network federal and territorial governments, communities, and academia we will develop currently non-existent data on long-term climate fluctuations that affect the MRB and how these have impacted water quantity of the basin. This knowledge will serve as a benchmark against which to understand water resource trajectories under 21st c. climate forcing and using this knowledge we will generate hydrological models to predict future trajectories of climate variability and water quantity change in the MRB.

La dynamique hydrologique à long terme du bassin versant le plus important du Canada : l’incidence des fluctuations climatiques sur la quantité et la qualité des ressources en eau dans le bassin du fleuve Mackenzie 

Le bassin du fleuve Mackenzie au Canada, l’un des écosystèmes d’eau douce les plus grands et les plus importants au monde, est en péril en raison des changements climatiques et de l’exploitation des ressources naturelles. Sa biodiversité et son rôle unique concernant le stockage de carbone, les phénomènes climatiques et la santé des écosystèmes terrestres et marins de l’Arctique en font un enjeu d’importance mondiale. Le réchauffement des températures dans le bassin du fleuve Mackenzie provoque une fonte généralisée du pergélisol et perturbe le cycle de l’eau. Les collectivités qui y vivent ont observé une diminution des niveaux et des débits d’eau, une aggravation des conditions de sécheresse, un réchauffement des températures et une réduction de l’épaisseur de la glace. Bien que l’on exerce une surveillance de la quantité d’eau dans les rivières du bassin du fleuve Mackenzie depuis les années 1970, la brièveté des relevés instrumentaux ne permet pas de comprendre les tendances et les cycles multidécennaux des phénomènes climatiques à longue période, tels que l’oscillation décennale du Pacifique, qui peuvent avoir une incidence sur l’hydrologie du fleuve Mackenzie. Ce projet de recherche multidisciplinaire vise à reconstituer les changements hydrologiques du bassin du fleuve Mackenzie survenus au cours des quelque 4 000 dernières années, se penchant notamment sur le fleuve Mackenzie dans la région désignée des Gwich’in. Nous prélèverons et analyserons des échantillons de tourbe et de sédiments lacustres afin d’obtenir des données sur les variations climatiques et les changements de la quantité d’eau dans le bassin du fleuve Mackenzie au fil des années. Nous nous appuierons également sur les connaissances traditionnelles pour mieux comprendre les changements à long terme des niveaux d’eau dans le bassin. Notre approche nous permettra de cerner les tendances et les cycles ayant contribué à la diminution du niveau d’eau dans le bassin du fleuve Mackenzie. La collecte de données sur les facteurs liés aux changements de la quantité d’eau est essentielle à la gestion stratégique des ressources hydriques du Canada. Grâce à un réseau multidisciplinaire composé de représentants des gouvernements fédéral et territoriaux, de membres des collectivités et de partenaires du milieu universitaire, nous pourrons recueillir des données, encore non disponibles à ce jour, sur les fluctuations climatiques à long terme ayant une incidence sur le bassin du fleuve Mackenzie, et déterminer en quoi ces fluctuations ont contribué à réduire la quantité d’eau dans le bassin. Ces connaissances serviront de point de référence pour comprendre les trajectoires des ressources hydriques dans le contexte de l’augmentation des phénomènes de forçage climatique, observés au 21e siècle, et produire des modèles hydrologiques visant à prévoir les trajectoires futures des variations climatiques et des changements de la quantité d’eau dans le bassin du fleuve Mackenzie.