Les scientifiques ont pensé que le réchauffement climatique augmentera la disponibilité des eaux de surface (ressources en eau douce générées par les précipitations moins l'évapotranspiration) dans les régions humides, et diminuer la disponibilité de l'eau dans les régions sèches. Cette attente est basée principalement sur les processus thermodynamiques atmosphériques. À mesure que la température de l'air augmente, plus d'eau s'évapore dans l'air de l'océan et de la terre. Parce que l'air plus chaud peut contenir plus de vapeur d'eau que l'air sec, une atmosphère plus humide devrait amplifier le modèle actuel de disponibilité de l'eau, provoquant le "sec-get-sec, et les réponses atmosphériques humides-de plus en plus humides au réchauffement climatique.

Une équipe Columbia Engineering dirigée par Pierre Gentine, Maurice Ewing et J. Lamar Worzel professeur de génie de la terre et de l'environnement et affilié à l'Earth Institute, s'est demandé pourquoi les prédictions des modèles climatiques couplés ne projettent pas de réponses significatives « devenir plus sec » sur les terres arides, les zones tropicales et tempérées avec un indice d'aridité inférieur à 0,65, même lorsque les chercheurs utilisent le scénario de réchauffement planétaire à fortes émissions. Sha Zhou, un post-doctorant au Lamont-Doherty Earth Observatory et à l'Earth Institute qui étudie les interactions terre-atmosphère et le cycle global de l'eau, pensaient que les rétroactions humidité du sol-atmosphère pourraient jouer un rôle important dans les prévisions futures de la disponibilité de l'eau dans les zones arides.

La nouvelle étude, publié aujourd'hui par Nature Changement Climatique , est le premier à montrer l'importance des changements à long terme de l'humidité du sol et des rétroactions humidité du sol-atmosphère associées dans ces prévisions. Les chercheurs ont identifié une régulation à long terme de l'humidité du sol de la circulation atmosphérique et du transport de l'humidité qui améliore largement le déclin potentiel de la disponibilité future de l'eau dans les zones arides, au-delà de ce qui est attendu en l'absence de rétroactions de l'humidité du sol.

"Ces rétroactions jouent un rôle plus important qu'on ne le pense dans les changements à long terme des eaux de surface, " dit Zhou. " Comme les variations d'humidité du sol ont un impact négatif sur la disponibilité de l'eau, cette rétroaction négative pourrait également réduire partiellement les augmentations induites par le réchauffement de l'amplitude et de la fréquence des événements hydroclimatiques extrêmement élevés et extrêmement bas, comme les sécheresses et les inondations. Sans les commentaires négatifs, nous pouvons connaître des sécheresses et des inondations plus fréquentes et plus extrêmes."

L'équipe a combiné un unique, expérience de couplage terre-atmosphère multi-modèle idéalisée avec une nouvelle approche statistique qu'ils ont développée pour l'étude. Ils ont ensuite appliqué l'algorithme sur des observations pour examiner le rôle critique des rétroactions humidité du sol-atmosphère dans les futurs changements de disponibilité de l'eau sur les terres arides, et d'étudier les mécanismes thermodynamiques et dynamiques qui sous-tendent les futurs changements de disponibilité de l'eau dus à ces rétroactions.

Ils ont trouvé, en réponse au réchauffement climatique, fortes baisses de la disponibilité des eaux de surface (précipitations moins évaporation, P-E) dans les régions sèches au-dessus des océans, mais seulement une légère baisse de P-E sur les terres arides. Zhou soupçonnait que ce phénomène était associé aux processus terre-atmosphère. « Sur les terres arides, l'humidité du sol devrait diminuer considérablement sous l'effet du changement climatique, " explique-t-elle. " Des changements dans l'humidité du sol auraient un impact supplémentaire sur les processus atmosphériques et le cycle de l'eau. "

Le réchauffement climatique devrait réduire la disponibilité de l'eau et donc l'humidité du sol dans les zones arides. Mais cette nouvelle étude a révélé que l'assèchement de l'humidité du sol se répercute négativement sur la disponibilité de l'eau - la baisse de l'humidité du sol réduit l'évapotranspiration et le refroidissement par évaporation, et améliore le réchauffement de surface dans les zones arides par rapport aux régions humides et à l'océan. Le contraste de réchauffement terre-océan renforce les différences de pression atmosphérique entre l'océan et la terre, entraînant une augmentation du vent et du transport de la vapeur d'eau de l'océan vers la terre.

"Notre travail révèle que les prévisions d'humidité du sol et les rétroactions atmosphériques associées sont très variables et dépendent du modèle, " dit Gentine. " Cette étude souligne le besoin urgent d'améliorer les prévisions futures d'humidité du sol et de représenter avec précision les rétroactions humidité du sol-atmosphère dans les modèles, qui sont essentiels pour fournir des prévisions fiables de la disponibilité en eau des terres arides pour une meilleure gestion des ressources en eau. »