Een nieuwe studie van Columbia Engineering geeft aan dat de wereld in de komende eeuw frequenter en extremere droogte en droogte zal ervaren dan momenteel wordt ervaren, verergerd door zowel klimaatverandering als processen in de landatmosfeer. De onderzoekers tonen aan dat gelijktijdige bodemdroogte en atmosferische droogte grotendeels worden aangedreven door een reeks land-atmosfeerprocessen en feedbacklussen. Ze ontdekten ook dat feedback van land-atmosfeer de gelijktijdige droogte van de bodem en atmosferische droogte in een warmer klimaat verder zou intensiveren. Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS) .

Terwijl eerdere studies hebben gekeken naar hoe atmosferische en oceanische processen klimaatextremen veroorzaken, het Columbia Engineering-team heeft zich gericht op het onderzoeken en modelleren van landatmosfeerprocessen, vooral bij het opzetten van gelijktijdige extremen die zeer destructief kunnen zijn. bodem droogte, vertegenwoordigd door een zeer laag bodemvocht, en atmosferische droogte, vertegenwoordigd door een zeer hoog dampdrukdeficit, een combinatie van hoge temperatuur en lage luchtvochtigheid, zijn de twee belangrijkste stressoren die leiden tot wijdverbreide vegetatiesterfte en verminderde terrestrische koolstofopname. Gelijktijdige bodemdroogte en atmosferische droogte is een periode waarin het bodemvocht extreem laag is en het dampdruktekort extreem hoog.

"Gelijktijdige bodemdroogte en atmosferische droogte hebben dramatische gevolgen voor de natuurlijke vegetatie, landbouw, industrie, en volksgezondheid, " zegt Pierre Gentine, universitair hoofddocent aard- en milieutechniek en verbonden aan het Earth Institute. "Toekomstige intensivering van gelijktijdige bodemdroogte en atmosferische droogte zou rampzalig zijn voor ecosystemen en een grote impact hebben op alle aspecten van ons leven."

De onderzoekers combineerden heranalysedatasets en modelexperimenten om de belangrijkste land-atmosfeerprocessen te identificeren die leiden tot gelijktijdige bodemdroogte en atmosferische droogte, en gebruikte klimaatmodellen en statistische methoden om te beoordelen hoe processen in de landatmosfeer de frequentie en intensiteit van gelijktijdige bodemdroogte en atmosferische droogte in het toekomstige klimaat zouden beïnvloeden. De uitdaging waarmee ze werden geconfronteerd, was hoe ze de impact van land-atmosfeerfeedback op gelijktijdige droogte en droogte konden isoleren. Na veel verschillende methoden geprobeerd te hebben, ze werkten samen met de GLACE-CMIP5 (Global Land Atmosphere Coupling Experiment-Coupled Model Intercomparison Project) wetenschappers van het ETH Zürich's Institute for Atmospheric and Climate Science en gebruikten hun modelexperimenten.

Gentine's groep is de eerste die dit fenomeen isoleerde en was verrast dat hun werk zulke dramatische bevindingen opleverde.

"De meeste groepen zijn gefocust op het beoordelen van gelijktijdige droogte en hittegolven, maar we vinden een sterkere koppeling tussen droogte en droogte dan tussen droogte en hittegolven, " zegt Sha Zhou, de hoofdauteur van het onderzoek en een postdoc die samenwerkt met Gentine. "Gelijktijdige droogte en droogte hebben ook een sterkere impact op de koolstofcyclus en daarom vonden we dit een cruciaal punt om te bestuderen."

Het team ontdekte dat de feedback van bodemdroogte op de atmosfeer grotendeels verantwoordelijk is voor het verhogen van de frequentie en intensiteit van atmosferische droogte. In aanvulling, de bodemvocht-neerslagfeedback draagt ​​in de meeste regio's bij aan frequentere extreem lage neerslag en bodemvochtcondities. Deze feedbackloops leiden tot een grote kans op gelijktijdige bodemdroogte en extreme droogte. De CMIP5-simulaties suggereren dat feedback van land-atmosfeer de frequentie en intensiteit van gelijktijdige droogte en droogte in de 21e eeuw verder zal verhogen, met potentieel grote menselijke en ecologische gevolgen.

De PNAS studie benadrukt het belang van variabiliteit in bodemvocht bij het mogelijk maken van een reeks processen en feedbacklussen die het aardse klimaat nabij het aardoppervlak beïnvloeden.

zegt Gentine, "Het is van cruciaal belang dat we de representatie van deze processen in onze klimaatmodellen beter kwantificeren en evalueren. Nauwkeurige modelrepresentatie van zowel bodemvochtvariabiliteit als de bijbehorende feedback is cruciaal als we betrouwbare simulaties van de frequentie willen bieden, looptijd, en de intensiteit van samengestelde droogte- en droogtegebeurtenissen en hun veranderingen in een warmer klimaat. uiteindelijk, dit zal ons helpen toekomstige risico's in verband met deze gebeurtenissen te beperken."