Stigende temperaturer og menneskelig aktivitet øger stormafstrømning og lynoversvømmelser

Orkanerne Florence og Michael i USA og supertyfonen Mangkhut i Filippinerne har vist den udbredte og skadelige virkning af ekstreme vejrforhold på både økosystemer og byggede samfund, med oversvømmelser, der forårsager flere dødsfald, samt tab af ejendom og landbrug end fra andre alvorlige vejrrelaterede farer. Disse tab har været stigende i løbet af de sidste 50 år og har overskredet 30 milliarder dollars om året i det seneste årti. Globalt, næsten en milliard mennesker lever nu i flodsletter, øge deres eksponering for flodoversvømmelser fra ekstreme vejrhændelser og understrege det presserende i at forstå og forudsige disse begivenheder.

Columbia Engineering-forskere har for første gang påvist, at afstrømningsekstremerne er steget dramatisk som reaktion på klima- og menneskeskabte ændringer. Deres resultater, offentliggjort i dag i Naturkommunikation , viser en stor stigning i både nedbørs- og afstrømningsekstremer drevet af både menneskelig aktivitet og klimaændringer. Holdet, ledet af Pierre Gentine, lektor i jord- og miljøteknik og tilknyttet Earth Institute, fandt også, at stormafstrømning har en stærkere respons end nedbør på menneskeskabte ændringer (klimaændringer, ændringer i arealanvendelse, etc). Dette tyder på, at de forventede reaktioner fra ekstreme storme i forhold til klima og menneskeskabte ændringer vil stige dramatisk, udgør store trusler mod økosystemet, påvirker samfundets modstandsdygtighed og infrastruktursystemer.

Forskerne opdagede, at ændringer i ekstremer af stormafstrømning i de fleste regioner i verden er på linje med eller højere end ekstremerne for nedbør. De bemærkede, at forskellige reaktioner af nedbør og stormafstrømning til temperatur ikke kun kan tilskrives opvarmning, men også til faktorer som arealanvendelse og arealdækningsændringer, vand- og arealforvaltning, og vegetationsændringer, der har ændret de underliggende overfladeforhold og hydrologiske tilbagekoblinger, der har, på tur, øget stormafstrømning.

"Vores arbejde hjælper med at forklare de underliggende fysiske mekanismer relateret til intensiveringen af ​​nedbør og afstrømning ekstremer, " sagde Gentine. "Dette vil hjælpe med at forbedre oversvømmelsesprognoser og tidlige advarsler. Vores resultater kan hjælpe med at levere videnskabelig vejledning til planlægning af infrastruktur og økosystems modstandsdygtighed, og kunne hjælpe med at formulere strategier til at tackle klimaændringer."

Nedbør dannes efter at vanddamp kondenserer i atmosfæren, og nedbørsintensiteten er styret af tilgængeligheden af ​​atmosfærisk vanddamp. Fordi atmosfæren kan holde på mere fugt, når temperaturen stiger, klimaforskere forventer at se en intensivering af nedbørsekstremer med klimaændringer.

Fordi tidligere undersøgelser hovedsageligt undersøgte nedbørsreaktionen, Gentines team besluttede at undersøge reaktionen af ​​både nedbør og stormafstrømning ekstremer på naturligt og menneskeskabt drevne ændringer i overfladetemperatur og atmosfærisk fugtindhold. De udførte en hydrologisk analyse i global skala for at karakterisere reaktionerne og deres underliggende fysiske mekanismer. Forskerne vurderede derefter indflydelsen af ​​variabilitet over årtier på skaleringen af ​​afstrømningsekstremer og temperatur, sammenlignede derefter dette systematisk med ændringer i nedbørens ekstremer. Deres observationelle daglige afstrømningsdata kom fra Global Runoff Data Center (GRDC) datasæt, og data om daglig nedbør og lufttemperatur nær overfladen fra datasættet Global Summary of the Day (GSOD).

"Vi forsøgte at finde de fysiske mekanismer bag, hvorfor nedbør og ekstreme afstrømninger stiger over hele kloden, " sagde undersøgelsens hovedforfatter Jiabo Yin, en gæstestuderende fra Wuhan University, der arbejder i Gentines gruppe. "Vi ved, at nedbør og ekstreme afstrømninger vil intensiveres betydeligt i fremtiden, og vi er nødt til at ændre vores infrastrukturer i overensstemmelse hermed. Vores undersøgelse etablerer en ramme for at undersøge afstrømningsreaktionen."

Nedbør er styret både af termodynamik (forholdet mellem vanddamp og temperatur) og atmosfærisk dynamik. Gentines team planlægger dernæst at forsøge at opdele virkningerne af termodynamisk og dynamik på nedbør for at få en dybere forståelse af nedbørsintensivering. De vil også fokusere på at opdage ændringer som følge af opvarmning i forhold til ændringer som følge af menneskelig aktivitet for at etablere et adaptivt forvaltningssystem for vandressourcer.