Une nouvelle étude de Columbia Engineering indique que le monde connaîtra une sécheresse et une aridité plus fréquentes et plus extrêmes qu'actuellement au cours du siècle à venir, exacerbée par les changements climatiques et les processus terre-atmosphère. Les chercheurs démontrent que la sécheresse simultanée des sols et l'aridité atmosphérique sont largement dues à une série de processus terre-atmosphère et de boucles de rétroaction. Ils ont également constaté que les rétroactions terre-atmosphère intensifieraient davantage la sécheresse simultanée des sols et l'aridité atmosphérique dans un climat plus chaud. L'étude a été publiée aujourd'hui dans Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) .

Alors que des études antérieures ont examiné comment les processus atmosphériques et océaniques entraînent les extrêmes climatiques, l'équipe d'ingénierie de Columbia s'est concentrée sur l'examen et la modélisation des processus terre-atmosphère, en particulier dans la mise en place d'extrêmes concurrents qui peuvent être très destructeurs. Sécheresse du sol, représenté par une très faible humidité du sol, et l'aridité atmosphérique, représenté par un déficit de pression de vapeur très élevé, une combinaison de température élevée et d'humidité atmosphérique faible, sont les deux principaux facteurs de stress qui entraînent une mortalité généralisée de la végétation et une réduction de l'absorption de carbone terrestre. La sécheresse du sol et l'aridité atmosphérique concomitantes sont une période où l'humidité du sol est extrêmement faible et le déficit de pression de vapeur est extrêmement élevé.

« La sécheresse simultanée des sols et l'aridité atmosphérique ont des impacts dramatiques sur la végétation naturelle, agriculture, industrie, et la santé publique, " dit Pierre Gentine, professeur agrégé de génie de la terre et de l'environnement et affilié à l'Earth Institute. "L'intensification future de la sécheresse simultanée des sols et de l'aridité atmosphérique serait désastreuse pour les écosystèmes et aurait un impact considérable sur tous les aspects de nos vies."

Les chercheurs ont combiné des ensembles de données de réanalyse et des expériences de modèle pour identifier les principaux processus terre-atmosphère conduisant à la sécheresse des sols et à l'aridité atmosphérique simultanées, et utilisé des modèles climatiques et des méthodes statistiques pour évaluer l'impact des processus terre-atmosphère sur la fréquence et l'intensité de la sécheresse des sols et de l'aridité atmosphérique simultanées dans le climat futur. Le défi auquel ils ont été confrontés était de savoir comment isoler l'impact des rétroactions terre-atmosphère sur la sécheresse et l'aridité simultanées. Après avoir essayé de nombreuses méthodes différentes, ils ont travaillé avec les scientifiques GLACE-CMIP5 (Global Land Atmosphere Coupling Experiment—Coupled Model Intercomparison Project) de l'Institut des sciences de l'atmosphère et du climat de l'ETH Zurich et ont utilisé leurs expériences de modèle.

Le groupe de Gentine est le premier à isoler ce phénomène et a été surpris que leur travail ait produit des résultats aussi spectaculaires.

"La plupart des groupes se sont concentrés sur l'évaluation simultanée de la sécheresse et des vagues de chaleur, mais nous trouvons un couplage plus fort entre sécheresse et aridité qu'entre sécheresse et canicule, " dit Sha Zhou, l'auteur principal de l'étude et un post-doctorant travaillant avec Gentine. « La sécheresse et l'aridité concomitantes ont également un impact plus important sur le cycle du carbone et nous avons donc estimé que c'était un point critique à étudier. »

L'équipe a découvert que la rétroaction de la sécheresse du sol sur l'atmosphère est en grande partie responsable de l'augmentation de la fréquence et de l'intensité de l'aridité atmosphérique. En outre, la rétroaction humidité du sol-précipitations contribue à des précipitations extrêmement faibles et à des conditions d'humidité du sol plus fréquentes dans la plupart des régions. Ces boucles de rétroaction conduisent à une forte probabilité de sécheresse simultanée des sols et d'aridité extrême. Les simulations CMIP5 suggèrent que les rétroactions terre-atmosphère augmenteront encore la fréquence et l'intensité de la sécheresse et de l'aridité simultanées au 21e siècle, avec des impacts humains et écologiques potentiellement importants.

Les PNAS L'étude met en évidence l'importance de la variabilité de l'humidité du sol pour permettre une série de processus et de boucles de rétroaction affectant le climat près de la surface de la Terre.

dit Gentine, "Il est essentiel que nous quantifiions et évaluions mieux la représentation de ces processus dans nos modèles climatiques. Une représentation précise de la variabilité de l'humidité du sol et des rétroactions associées est cruciale si nous voulons fournir des simulations fiables de la fréquence, durée, et l'intensité des phénomènes composés de sécheresse et d'aridité et de leurs changements dans un climat plus chaud. Finalement, cela nous aidera à atténuer les risques futurs associés à ces événements. »