Wetenschappers hebben gedacht dat de opwarming van de aarde de beschikbaarheid van oppervlaktewater - zoetwaterbronnen gegenereerd door neerslag minus verdamping - in natte gebieden zal vergroten, en de beschikbaarheid van water in droge gebieden te verminderen. Deze verwachting is voornamelijk gebaseerd op atmosferische thermodynamische processen. Naarmate de luchttemperatuur stijgt, meer water verdampt in de lucht vanuit de oceaan en het land. Omdat warmere lucht meer waterdamp kan bevatten dan droge lucht, een vochtigere atmosfeer zal naar verwachting het bestaande patroon van waterbeschikbaarheid versterken, waardoor de "dry-get-dryer, en nat-ge-natter" atmosferische reacties op het broeikaseffect.

Een Columbia Engineering-team onder leiding van Pierre Gentine, Maurice Ewing en J. Lamar Worzel hoogleraar aard- en milieutechniek en verbonden aan het Earth Institute, vroeg zich af waarom voorspellingen van gekoppelde klimaatmodellen geen significante "dry-get-dryer" reacties op droge gebieden projecteren, tropische en gematigde gebieden met een droogte-index van minder dan 0,65, zelfs wanneer onderzoekers het scenario voor de opwarming van de aarde met hoge emissies gebruiken. Sha Zhou, een postdoctoraal onderzoeker bij Lamont-Doherty Earth Observatory en het Earth Institute die land-atmosfeer-interacties en de wereldwijde watercyclus bestudeert, dacht dat bodemvocht-atmosfeerfeedback een belangrijke rol zou kunnen spelen bij toekomstige voorspellingen van de beschikbaarheid van water in droge gebieden.

De nieuwe studie, vandaag gepubliceerd door Natuur Klimaatverandering , is de eerste die in deze voorspellingen het belang aantoont van veranderingen in bodemvocht op de lange termijn en de daarmee samenhangende terugkoppelingen van bodemvocht en atmosfeer. De onderzoekers identificeerden een langdurige bodemvochtregulatie van atmosferische circulatie en vochttransport die de potentiële achteruitgang van toekomstige waterbeschikbaarheid in droge gebieden grotendeels verbetert, dan verwacht bij afwezigheid van bodemvochtterugkoppelingen.

"Deze terugkoppelingen spelen een belangrijkere rol dan gerealiseerd bij langdurige oppervlaktewaterveranderingen, ", zegt Zhou. "Omdat variaties in bodemvocht een negatieve invloed hebben op de beschikbaarheid van water, deze negatieve feedback zou ook de door opwarming veroorzaakte toenames in de magnitudes en frequenties van extreem hoge en extreem lage hydroklimatische gebeurtenissen gedeeltelijk kunnen verminderen, zoals droogte en overstromingen. Zonder de negatieve feedback, we kunnen vaker en extremere droogtes en overstromingen ervaren."

Het team combineerde een unieke, geïdealiseerd multi-model land-atmosfeer koppelingsexperiment met een nieuwe statistische benadering die ze voor het onderzoek hebben ontwikkeld. Vervolgens pasten ze het algoritme toe op observaties om de cruciale rol te onderzoeken van bodemvocht-atmosfeerfeedbacks in toekomstige veranderingen in de beschikbaarheid van water in droge gebieden, en om de thermodynamische en dynamische mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan toekomstige veranderingen in de beschikbaarheid van water als gevolg van deze terugkoppelingen.

Ze vonden, als reactie op de opwarming van de aarde, sterke afname van de beschikbaarheid van oppervlaktewater (neerslag minus verdamping, P-E) in droge gebieden boven oceanen, maar slechts lichte P-E-dalingen over droge gebieden. Zhou vermoedde dat dit fenomeen verband houdt met processen in de landatmosfeer. "Over droge landen, het bodemvocht zal naar verwachting aanzienlijk afnemen onder klimaatverandering, " legt ze uit. "Veranderingen in bodemvocht zouden een verdere impact hebben op atmosferische processen en de waterkringloop."

Verwacht wordt dat de opwarming van de aarde de beschikbaarheid van water en daarmee het bodemvocht in droge gebieden zal verminderen. Maar uit deze nieuwe studie bleek dat het drogen van bodemvocht in feite een negatieve invloed heeft op de beschikbaarheid van water - afnemend bodemvocht vermindert verdamping en verdampingskoeling, en verbetert de opwarming van het oppervlak in droge gebieden ten opzichte van natte gebieden en de oceaan. Het land-oceaan opwarmingscontrast versterkt de luchtdrukverschillen tussen oceaan en land, waardoor er meer wind waait en meer waterdamp van de oceaan naar het land wordt vervoerd.

"Ons werk stelt vast dat bodemvochtvoorspellingen en bijbehorende atmosfeerfeedbacks zeer variabel en modelafhankelijk zijn, ", zegt Gentine. "Deze studie onderstreept de dringende noodzaak om toekomstige voorspellingen van bodemvocht te verbeteren en nauwkeurig bodemvocht-atmosfeer-feedbacks in modellen weer te geven, die van cruciaal belang zijn voor het leveren van betrouwbare voorspellingen van de beschikbaarheid van drooglandwater voor een beter beheer van de watervoorraden."