Nyt feedbackfænomen fandt frem til stigende tørke og tørhed

En ny Columbia Engineering -undersøgelse indikerer, at verden vil opleve hyppigere og mere ekstrem tørke og tørhed end i øjeblikket i det kommende århundrede, forværret af både klimaændringer og land-atmosfære-processer. Forskerne viser, at samtidig jordtørke og atmosfærisk tørhed i vid udstrækning er drevet af en række processer i landatmosfære og feedback-sløjfer. De fandt også ud af, at tilbagemeldinger på land-atmosfære yderligere ville intensivere samtidige jordtørke og atmosfærisk tørhed i et varmere klima. Undersøgelsen blev offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .

Mens tidligere undersøgelser har set på, hvordan atmosfæriske og oceaniske processer driver klimaekstremiteter, Columbia Engineering-teamet har fokuseret på at undersøge og modellere processer i landstemning, især ved oprettelse af samtidige ekstremer, der kan være meget ødelæggende. Jordtørke, repræsenteret ved meget lav jordfugtighed, og atmosfærisk tørhed, repræsenteret ved et meget stort damptrykunderskud, en kombination af høj temperatur og lav luftfugtighed, er de to vigtigste stressfaktorer, der driver udbredt vegetationsdødelighed og reduceret terrestrisk kulstofoptagelse. Samtidig jordtørke og atmosfærisk tørhed er en periode, hvor jordfugtigheden er ekstrem lav, og damptryksunderskuddet er ekstremt højt.

"Samtidig tørke i jorden og atmosfærisk tørhed har dramatiske virkninger på den naturlige vegetation, landbrug, industri, og folkesundhed, " siger Pierre Gentine, lektor i jord- og miljøteknik og tilknyttet Earth Institute. "Fremtidig intensivering af samtidig jordtørke og atmosfærisk tørhed ville være katastrofal for økosystemer og i høj grad påvirke alle aspekter af vores liv."

Forskerne kombinerede genanalysedatasæt og modeleksperimenter for at identificere de vigtigste processer i landatmosfære, der fører til samtidig tørke i jorden og atmosfærisk tørhed, og brugte klimamodeller og statistiske metoder til at vurdere, hvordan land-atmosfære-processer ville påvirke hyppigheden og intensiteten af ​​samtidig jordtørke og atmosfærisk tørhed i fremtidigt klima. Den udfordring, de stod over for, var, hvordan man isolerer virkningen af ​​tilbagemeldinger fra landatmosfære på samtidig tørke og tørhed. Efter at have prøvet mange forskellige metoder, de arbejdede sammen med GLACE-CMIP5 (Global Land Atmosphere Coupling Experiment — Coupled Model Intercomparison Project) forskere ved ETH Zürichs Institut for Atmosfærisk og Klimavidenskab og brugte deres modeleksperimenter.

Gentines gruppe er den første til at isolere dette fænomen og var overraskede over, at deres arbejde gav så dramatiske resultater.

"De fleste grupper har været fokuseret på at vurdere samtidige tørke og hedebølger, men vi finder en stærkere kobling mellem tørke og tørhed end mellem tørke og hedebølger, "siger Sha Zhou, undersøgelsens hovedforfatter og en postdoc, der arbejder med Gentine. "Samtidig tørke og tørhed har også en stærkere indvirkning på kulstofcyklussen, og derfor følte vi, at dette var et kritisk punkt at studere."

Teamet opdagede, at jordtørkens feedback på atmosfæren stort set er ansvarlig for at øge hyppigheden og intensiteten af ​​atmosfærisk tørhed. Ud over, jordens fugt-nedbørsfeedback bidrager til hyppigere ekstrem lav nedbør og jordfugtighedsforhold i de fleste regioner. Disse feedback-sløjfer fører til en høj sandsynlighed for samtidig jordtørke og ekstrem tørhed. CMIP5-simuleringerne tyder på, at jord-atmosfære-feedback yderligere vil øge frekvensen og intensiteten af ​​samtidig tørke og tørhed i det 21. århundrede, med potentielt store menneskelige og økologiske konsekvenser.

Det PNAS undersøgelse fremhæver betydningen af ​​jordfugtighedsvariabilitet for at muliggøre en række processer og feedback-sløjfer, der påvirker Jordens klima nær overfladen.

siger Gentine, "Det er afgørende, at vi bedre kvantificerer og evaluerer repræsentationen af ​​disse processer i vores klimamodeller. Nøjagtig modelrepræsentation af både jordfugtighedsvariabilitet og de tilhørende feedbacks er afgørende, hvis vi skal levere pålidelige simuleringer af frekvensen, varighed, og intensiteten af ​​sammensatte tørke- og tørhedsbegivenheder og deres ændringer i et varmere klima. Ultimativt, dette vil hjælpe os med at afbøde fremtidige risici forbundet med disse begivenheder. "