De orkanen Florence en Michael in de VS en de supertyfoon Mangkhut op de Filippijnen hebben de wijdverbreide en schadelijke impact van extreme weersomstandigheden op zowel ecosystemen als gebouwde gemeenschappen aangetoond. met plotselinge overstromingen die meer doden veroorzaken, evenals eigendoms- en landbouwverliezen dan door andere ernstige weergerelateerde gevaren. Deze verliezen zijn de afgelopen 50 jaar toegenomen en hebben het afgelopen decennium meer dan $ 30 miljard per jaar overschreden. wereldwijd, bijna een miljard mensen leven nu in uiterwaarden, het verhogen van hun blootstelling aan rivieroverstromingen door extreme weersomstandigheden en het benadrukken van de urgentie om deze gebeurtenissen te begrijpen en te voorspellen.

Columbia Engineering-onderzoekers hebben voor het eerst aangetoond dat extreme afvoerstromen dramatisch zijn toegenomen als reactie op klimaat- en door de mens veroorzaakte veranderingen. Hun bevindingen, vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie , laten een grote toename zien van zowel neerslag als afvoerextremen, aangedreven door zowel menselijke activiteit als klimaatverandering. Het team, onder leiding van Pierre Gentine, universitair hoofddocent aard- en milieutechniek en verbonden aan het Earth Institute, vond ook dat de afvoer van stormen sterker reageert dan neerslag op door de mens veroorzaakte veranderingen (klimaatverandering, veranderingen in landgebruik, landbedekking, enzovoort). Dit suggereert dat de verwachte reacties van extreme stormafvoeren op klimaat- en antropogene veranderingen dramatisch zullen toenemen, grote bedreigingen vormen voor het ecosysteem, die van invloed zijn op de veerkracht en infrastructuursystemen van de gemeenschap.

De onderzoekers ontdekten dat veranderingen in extreme afvoer van stormen in de meeste regio's van de wereld in lijn zijn met of hoger zijn dan die van extreme neerslag. Ze merkten op dat verschillende reacties van neerslag en stormafvoer op temperatuur niet alleen kunnen worden toegeschreven aan opwarming, maar ook aan factoren zoals veranderingen in landgebruik en landbedekking, water- en landbeheer, en vegetatieveranderingen die de onderliggende oppervlaktecondities en hydrologische terugkoppelingen hebben veranderd die, beurtelings, verhoogde stormafvoer.

"Ons werk helpt bij het verklaren van de onderliggende fysieke mechanismen die verband houden met de intensivering van neerslag en extreme afvoer, "Zei Gentine. "Dit zal de voorspelling van overstromingen en vroegtijdige waarschuwingen helpen verbeteren. Onze bevindingen kunnen helpen bij het bieden van wetenschappelijke richtlijnen voor de planning van de veerkracht van infrastructuur en ecosystemen, en zou kunnen helpen bij het formuleren van strategieën om de klimaatverandering aan te pakken."

Neerslag ontstaat nadat waterdamp condenseert in de atmosfeer, en de neerslagintensiteit wordt bepaald door de beschikbaarheid van atmosferische waterdamp. Omdat de atmosfeer meer vocht kan vasthouden naarmate de temperatuur stijgt, klimaatwetenschappers verwachten een intensivering van de neerslagextremen met klimaatverandering.

Omdat eerdere studies voornamelijk de neerslagreactie onderzochten, Gentine's team besloot om de reactie van zowel neerslag als stormafvoerextremen op natuurlijke en antropogene veranderingen in oppervlaktetemperatuur en atmosferisch vochtgehalte te onderzoeken. Ze voerden een hydrologische analyse op wereldwijde schaal uit om de reacties en hun onderliggende fysieke mechanismen te karakteriseren. De onderzoekers beoordeelden vervolgens de invloed van variabiliteit over decennia op de schaal van extreme afvoer en temperatuur, dit vervolgens systematisch vergeleken met veranderingen in neerslagextremen. Hun dagelijkse observatiegegevens waren afkomstig van de gegevenssets van het Global Runoff Data Center (GRDC), en dagelijkse neerslag- en luchttemperatuurgegevens in de buurt van het oppervlak uit de gegevensset Global Summary of the Day (GSOD).

"We probeerden de fysieke mechanismen te vinden achter waarom extreme neerslag en afvoer over de hele wereld toenemen, " zei de hoofdauteur van de studie, Jiabo Yin, een gaststudent van de universiteit van Wuhan die in de Gentine-groep werkt. "We weten dat extreme neerslag en afvoer in de toekomst aanzienlijk zullen toenemen, en we moeten onze infrastructuur dienovereenkomstig aanpassen. Onze studie stelt een kader vast voor het onderzoeken van de afvoerreactie."

Neerslag wordt beheerst door zowel thermodynamica (de relatie van waterdamp tot temperatuur) als atmosferische dynamica. Het team van Gentine is van plan om vervolgens te proberen de effecten van thermodynamica en dynamiek op neerslag te verdelen om een ​​dieper inzicht te krijgen in de intensivering van neerslag. Ze zullen zich ook richten op het detecteren van veranderingen als gevolg van opwarming versus die als gevolg van menselijke activiteit om een ​​adaptief waterbeheersysteem op te zetten.