Jordfugtighed udøver en negativ feedback på tilgængelighed af overfladevand i tørre områder:undersøgelse

Forskere har troet, at global opvarmning vil øge tilgængeligheden af ​​overfladevand - ferskvandressourcer, der genereres af nedbør minus fordampning - i våde områder, og reducere tilgængeligheden af ​​vand i tørre områder. Denne forventning er primært baseret på atmosfæriske termodynamiske processer. Når lufttemperaturerne stiger, mere fordamper i luften fra havet og land. Fordi varmere luft kan indeholde mere vanddamp end tør luft, en mere fugtig atmosfære forventes at forstærke det eksisterende mønster af tilgængelighed af vand, forårsager "tør-tør-tørrer, og våd-blive-vådere "atmosfæriske reaktioner på global opvarmning.

Et Columbia Engineering -team ledet af Pierre Gentine, Maurice Ewing og J. Lamar Worzel professor i jord- og miljøteknik og tilknyttet Earth Institute, spekulerede på, hvorfor koblede klimamodelforudsigelser ikke udsender betydelige "tør-blive-tørre" reaktioner over tørland, tropiske og tempererede områder med et tørhedsindeks på mindre end 0,65, selv når forskere bruger scenariet med den globale opvarmning med store emissioner. Sha Zhou, en postdoktor ved Lamont-Doherty Earth Observatory og Earth Institute, der studerer interaktioner mellem land og atmosfære og den globale vandcyklus, troede, at jordfugtighed-atmosfære tilbagemeldinger kan spille en vigtig rolle i fremtidige forudsigelser af tilgængelighed af vand i tørre områder.

Den nye undersøgelse, udgivet i dag af Naturens klimaforandringer , er den første til at vise betydningen af ​​langsigtede jordfugtighedsændringer og tilhørende jordfugtighed-atmosfære tilbagemeldinger i disse forudsigelser. Forskerne identificerede en langsigtet jordfugtighedsregulering af atmosfærisk cirkulation og fugttransport, der stort set forbedrer det potentielle fald i fremtidig vandtilgængelighed i tørområder, ud over det forventede i mangel af jordfugtighedsfeedback.

"Disse tilbagemeldinger spiller en mere væsentlig rolle end realiseret i langsigtede ændringer i overfladevand, "siger Zhou." Da variationer i jordfugtighed påvirker vandtilgængeligheden negativt, denne negative feedback kan også delvist reducere opvarmningsdrevne stigninger i størrelser og frekvenser ved ekstremt høje og ekstremt lave hydroklimatiske hændelser, såsom tørke og oversvømmelser. Uden den negative feedback, vi kan opleve hyppigere og mere ekstreme tørke og oversvømmelser. "

Teamet kombinerede en unik, idealiseret multi-model land-atmosfære kobling eksperiment med en ny statistisk tilgang, de udviklede til undersøgelsen. De anvendte derefter algoritmen på observationer for at undersøge den kritiske rolle, jordfugtighed-atmosfære tilbagemeldinger har i fremtidige ændringer i vandtilgængeligheden i tørområder, og at undersøge de termodynamiske og dynamiske mekanismer, der ligger til grund for fremtidige ændringer i vandtilgængeligheden på grund af disse feedbacks.

De fandt, som reaktion på den globale opvarmning, stærke fald i tilgængeligheden af ​​overfladevand (nedbør minus fordampning, P-E) i tørre områder over oceaner, men kun let P-E falder over tørland. Zhou mistanke om, at dette fænomen er forbundet med processer i landatmosfære. "Over tørlandet, jordfugtighed forventes at falde væsentligt under klimaændringer, "forklarer hun." Ændringer i jordfugtighed vil yderligere påvirke atmosfæriske processer og vandets kredsløb. "

Global opvarmning forventes at reducere tilgængeligheden af ​​vand og dermed jordens fugtighed i tørre områder. Men denne nye undersøgelse fandt ud af, at tørring af jordfugtighed faktisk negativt føder tilbage til vandtilgængelighed - faldende jordfugtighed reducerer fordampning og fordampningskøling, og forbedrer overfladeopvarmning i tørre områder i forhold til våde områder og havet. Opvarmningskontrasten mellem land og hav styrker lufttrykforskellene mellem hav og land, driver større vindblæsning og vanddamptransport fra havet til land.

"Vores arbejde finder ud af, at forudsigelser af jordfugtighed og tilhørende tilbagemeldinger i atmosfæren er meget varierende og modelafhængige, "siger Gentine." Denne undersøgelse understreger det presserende behov for at forbedre fremtidige jordfugtighedsprognoser og nøjagtigt repræsentere jordfugtighed-atmosfære tilbagemeldinger i modeller, som er afgørende for at levere pålidelige forudsigelser om tilgængelighed af tørvand til bedre vandressourcer. "