Les ouragans Florence et Michael aux États-Unis et le super typhon Mangkhut aux Philippines ont montré l'impact généralisé et néfaste des phénomènes météorologiques extrêmes sur les écosystèmes et les communautés bâties, avec des crues éclair causant plus de morts, ainsi que des pertes de biens et d'agriculture que de tout autre aléa météorologique grave. Ces pertes ont augmenté au cours des 50 dernières années et ont dépassé 30 milliards de dollars par an au cours de la dernière décennie. Globalement, près d'un milliard de personnes vivent désormais dans des plaines inondables, augmenter leur exposition aux crues des rivières dues à des événements météorologiques extrêmes et souligner l'urgence de comprendre et de prévoir ces événements.

Des chercheurs de Columbia Engineering ont démontré pour la première fois que les extrêmes de ruissellement ont considérablement augmenté en réponse aux changements climatiques et induits par l'homme. Leurs découvertes, publié aujourd'hui dans Communication Nature , montrent une forte augmentation des extrêmes de précipitations et de ruissellement due à la fois à l'activité humaine et au changement climatique. L'équipe, dirigé par Pierre Gentine, professeur agrégé de génie de la terre et de l'environnement et affilié à l'Earth Institute, ont également constaté que le ruissellement des tempêtes a une réponse plus forte que les précipitations aux changements induits par l'homme (changement climatique, les changements d'occupation des sols, etc). Cela suggère que les réponses projetées des extrêmes de ruissellement des tempêtes aux changements climatiques et anthropiques vont augmenter considérablement, posant de grandes menaces pour l'écosystème, affectant la résilience des communautés et les systèmes d'infrastructure.

Les chercheurs ont découvert que les changements dans les extrêmes de ruissellement des tempêtes dans la plupart des régions du monde sont conformes ou supérieurs à ceux des extrêmes de précipitations. Ils ont noté que les différentes réponses des précipitations et du ruissellement des tempêtes à la température peuvent être attribuées non seulement au réchauffement, mais aussi à des facteurs tels que l'utilisation des terres et les changements d'occupation des sols, gestion de l'eau et des terres, et les changements de végétation qui ont modifié les conditions de surface sous-jacentes et les rétroactions hydrologiques qui ont, à son tour, augmentation du ruissellement des tempêtes.

« Nos travaux permettent d'expliquer les mécanismes physiques sous-jacents liés à l'intensification des extrêmes de précipitations et de ruissellement, " a déclaré Gentine. " Cela contribuera à améliorer la prévision des inondations et les alertes précoces. Nos résultats peuvent aider à fournir des conseils scientifiques pour la planification de la résilience des infrastructures et des écosystèmes, et pourrait aider à formuler des stratégies pour lutter contre le changement climatique. »

Les précipitations sont générées après la condensation de la vapeur d'eau dans l'atmosphère, et l'intensité des précipitations est régie par la disponibilité de la vapeur d'eau atmosphérique. Parce que l'atmosphère peut contenir plus d'humidité à mesure que la température augmente, les climatologues s'attendent à une intensification des précipitations extrêmes avec le changement climatique.

Étant donné que les études précédentes ont principalement étudié la réponse des précipitations, L'équipe de Gentine a décidé d'examiner la réponse des extrêmes de précipitations et de ruissellement d'orage aux changements naturels et anthropiques de la température de surface et de la teneur en humidité atmosphérique. Ils ont effectué une analyse hydrologique à l'échelle mondiale pour caractériser les réponses et leurs mécanismes physiques sous-jacents. Les chercheurs ont ensuite évalué l'influence de la variabilité au cours des décennies sur l'échelle des extrêmes de ruissellement et de la température, puis systématiquement comparé cela avec les changements dans les précipitations extrêmes. Leurs données d'observation quotidiennes sur le ruissellement provenaient des ensembles de données du Global Runoff Data Center (GRDC), et les données quotidiennes sur les précipitations et la température de l'air près de la surface de l'ensemble de données Global Summary of the Day (GSOD).

"Nous essayions de trouver les mécanismes physiques qui expliquent pourquoi les précipitations et les écoulements extrêmes augmentent partout dans le monde, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Jiabo Yin, un étudiant invité de l'Université de Wuhan travaillant dans le groupe de Gentine. « Nous savons que les extrêmes de précipitations et de ruissellement s'intensifieront considérablement à l'avenir, et nous devons modifier nos infrastructures en conséquence. Notre étude établit un cadre pour étudier la réponse du ruissellement. »

Les précipitations sont régies à la fois par la thermodynamique (le rapport de la vapeur d'eau à la température) et la dynamique atmosphérique. L'équipe de Gentine prévoit ensuite d'essayer de partitionner les impacts de la thermodynamique et de la dynamique sur les précipitations pour mieux comprendre l'intensification des précipitations. Ils se concentreront également sur la détection des changements dus au réchauffement par rapport à ceux dus à l'activité humaine afin de mettre en place un système de gestion adaptative des ressources en eau.