Une illustration du cycle mondial de l'eau et de son évolution. Crédit :Figure adaptée de la NASA (gpm.nasa.gov/education/water-cycle)
L'eau et ses mouvements dans ou entre l'atmosphère, la terre et l'océan définissent le cycle mondial de l'eau et sont au cœur du système climatique. Presque tous les phénomènes météorologiques et climatiques sont liés d'une manière ou d'une autre au cycle de l'eau. Les exemples incluent les précipitations extrêmes pendant les orages, ouragans et cyclones tropicaux, inondation, sécheresses, et l'élévation du niveau de la mer.
Maintenant, le cycle de l'eau est en train de changer de manière importante à mesure que le climat change. La théorie et les modèles suggèrent qu'à mesure que la Terre se réchauffe, le cycle mondial de l'eau est amplifié, c'est à dire., plus d'eau s'évapore de l'océan, et par conséquent, les précipitations augmentent, également. Pourtant, la confirmation observationnelle de cette prédiction a été difficile, puisque les changements passés du cycle de l'eau sont mal observés en raison de la difficulté de mesurer l'évaporation et les précipitations à l'échelle mondiale et la complexité de leur variabilité spatiale et temporelle.
La nouvelle étude, publié dans le Journal du climat , surmonte bon nombre des limitations précédentes et dérive une nouvelle estimation du changement du cycle de l'eau basée sur les données de salinité depuis 1960. À partir de là, ils ont fourni de nouvelles preuves solides que le cycle mondial de l'eau s'est considérablement amplifié au cours des 50 dernières années, confirmer la théorie et les modèles. L'étude est dirigée par Lijing Cheng de l'Institut de l'atmosphère de l'Académie chinoise des sciences, qui a collaboré avec un groupe de scientifiques internationaux du Centre national de recherche atmosphérique, NOUS.; ETH Zurich; Université de Saint-Thomas, NOUS.; Université d'État de Pennsylvanie, NOUS.
La climatologie de la salinité moyenne de 0 à 2000 (en haut) montre le Pacifique relativement frais par rapport à l'océan Atlantique nord salé de l'océan Indien. Sa tendance à long terme (milieu) a un schéma remarquablement similaire. Les tendances zonales de la salinité océanique moyenne (en bas) depuis 1960 dans chaque bassin océanique, organisé autour de l'océan Austral au centre, illustrent la pénétration d'anomalies de surface dans le sous-sol océanique. Crédit :Lijing Cheng
« Le changement de la salinité des océans peut être utilisé pour estimer le changement du cycle de l'eau car il révèle la modification des échanges mondiaux d'eau douce de surface :Par conséquent, les changements de salinité intègrent des effets sur de vastes zones et fournissent un excellent indicateur du changement du cycle de l'eau, ", a déclaré Lijing Cheng.
"Toutefois, comme les ensembles de données de salinité précédents montrent des biais ou des lacunes graves, nous avions besoin de meilleures données sur la salinité. Cette étude fournit de nouveaux champs de salinité maillées mensuellement pour les 2000 mètres supérieurs depuis 1960, " John Abraham a déclaré. "Pour effectuer une interpolation à travers des intervalles et des régions de données éparses, la méthode utilise des informations sur la covariabilité spatio-temporelle de la salinité tirées des simulations de modèles climatiques couplés historiques. La méthode est ensuite rigoureusement vérifiée."
"Le nouveau produit est clairement plus fiable pour examiner les changements de salinité à long terme, car nous montrons que cette nouvelle reconstruction de la salinité a une bien meilleure continuité grâce à des changements dans le système d'observation (depuis les altimètres sur les satellites et les flotteurs profileurs (Argo) dans l'océan, " a déclaré le co-auteur Kevin Trenberth du NCAR. " Les nouvelles données démontrent que le modèle de salinité existant s'est amplifié. En d'autres termes, 'le frais devient plus frais, et le salé devient plus salé dans une grande partie de l'océan. Aussi, nous montrons, pour la première fois, que la tendance moyenne de la salinité de l'océan à une profondeur de zéro à 2000 mètres indique un rafraîchissement dans presque tout l'océan Pacifique, une large salinification dans les basses et moyennes latitudes atlantiques, rafraîchissement prononcé dans l'Atlantique Nord, et les contrastes entre le nord et le sud de l'océan Indien."
Série chronologique de contraste de salinité de 1960 à 2017 à 2000m supérieur. Crédit :Photographie d'arrière-plan :Xilin Wang.
Le changement de salinité est spatialement compliqué. Cette étude utilise un index simple pour synthétiser ces changements, nommé l'indice de contraste de salinité (SC), qui est définie comme la différence entre la salinité moyenne sur les régions à haute salinité et à faible salinité. "Cette métrique fournit un moyen simple mais puissant de synthétiser les changements observés dans le schéma de salinité, " a déclaré Nicolas Gruber, un co-auteur de cette étude de l'ETH. "Nous montrons que le modèle de salinité de zéro à 2000 mètres s'est amplifié de 1,6% et la salinité de surface s'est amplifiée de 7,5%. Nous montrons également que cette augmentation est due à l'influence humaine, et ce signal anthropique a dépassé la variabilité naturelle du fond."
Une estimation améliorée du changement du cycle mondial de l'eau a été compilée sur la base des nouvelles données de salinité, métriques de contraste de salinité et simulations de modèles. Elle montre que le cycle de l'eau a déjà été amplifié de 2 à 4 % par degré Celsius depuis 1960 (Figure 1). "Notre résultat basé sur l'océan est largement cohérent avec de nombreuses estimations récentes basées sur l'atmosphère et renforce la preuve que le cycle mondial de l'eau s'est intensifié avec le réchauffement climatique, " a déclaré John Fasullo du NCAR, NOUS.
Ce résultat a des implications importantes pour le climat futur. Dans un monde réchauffé de +2°C (limite supérieure de l'objectif de l'Accord de Paris), le cycle de l'eau s'amplifiera de 4 à 8%. Cette amplification sera encore plus forte si les impacts des aérosols sont plus faibles à l'avenir qu'aujourd'hui (c'est-à-dire, si la pollution de l'air peut être contrôlée). Par conséquent, l'évaporation sera plus forte :les régions les plus sèches deviendront encore plus sèches et augmenteront encore les risques d'aggravation de la sécheresse.
Les sécheresses affectent le bétail et les cultures et augmentent le risque d'incendies de forêt parfois mortels dans de nombreuses régions, y compris les États-Unis, Chine, Australie, Brésil et autres pays, présentant de graves risques pour la sécurité sanitaire des aliments et la santé humaine. Il y aura également un risque considérablement accru de pluies abondantes et extrêmes. Les tempêtes de pluie plus intenses causent des problèmes majeurs comme des inondations extrêmes dans le monde. Les précipitations associées aux cyclones tropicaux et aux ouragans continueront d'augmenter et d'augmenter les dommages non seulement aux communautés côtières et aux petites îles, mais aussi à l'intérieur des terres (comme lors de l'ouragan Isaias).
« Cette étude est une avancée significative dans le domaine, " a déclaré Michael Mann de l'Université d'État de Pennsylvanie, États-Unis :« Tout d'abord, le nouveau, des estimations plus précises des changements de salinité offrent une meilleure base de comparaison avec les simulations de modèles climatiques. Deuxièmement, l'indice de contraste de salinité fournit une mesure clé de l'impact du changement climatique sur le cycle hydrologique mondial de l'eau et aide à distinguer le signal. Nous constatons qu'il faut un peu plus d'une décennie pour isoler le signal du changement climatique du bruit de fond dans cette métrique particulière, suggérant qu'il devrait être utilisé plus largement par la communauté des chercheurs sur le climat."
