Orkanerna Florens och Michael i USA och supertyfonen Mangkhut på Filippinerna har visat den utbredda och skadliga effekten av väderekstremer på både ekosystem och byggda samhällen, med översvämningar som orsakar fler dödsfall, samt förluster på egendom och jordbruk än från andra allvarliga väderrelaterade faror. Dessa förluster har ökat under de senaste 50 åren och har överstigit 30 miljarder dollar per år under det senaste decenniet. Globalt sett nästan en miljard människor bor nu på översvämningar, öka deras exponering för flodflod från extrema väderhändelser och understryka hur brådskande det är att förstå och förutsäga dessa händelser.

Columbia Engineering-forskare har för första gången visat att extrema avrinningar har ökat dramatiskt som svar på klimat och mänskligt framkallade förändringar. Deras fynd, publicerad idag i Naturkommunikation , visar en stor ökning av både nederbörd och avrinningsextremer som drivs av både mänsklig aktivitet och klimatförändringar. Laget, ledd av Pierre Gentine, docent i jord- och miljöteknik och ansluten till Earth Institute, fann också att stormavrinning har ett starkare svar än nederbörd på mänskligt orsakade förändringar (klimatförändringar, ändringar av markanvändning för markanvändning, etc). Detta tyder på att prognostiserade reaktioner av extrema stormavrinningar på klimat och antropogena förändringar kommer att öka dramatiskt, utgör stora hot mot ekosystemet, påverkar samhällets motståndskraft och infrastruktursystem.

Forskarna upptäckte att förändringar i extrema stormavrinningar i de flesta regioner i världen överensstämmer med eller är högre än nederbördsekstrema. De noterade att olika reaktioner av nederbörd och stormavrinning på temperatur inte bara kan tillskrivas uppvärmning, men också till faktorer som markanvändning och förändringar av markskydd, vatten- och markförvaltning, och vegetationsförändringar som har förändrat de underliggande ytförhållandena och hydrologiska återkopplingar som har, i tur och ordning, ökad stormavrinning.

"Vårt arbete hjälper till att förklara de bakomliggande fysiska mekanismerna som är relaterade till intensifieringen av nederbörd och avrinningsextremer, "Gentine sa." Detta kommer att bidra till att förbättra översvämningsprognoser och varningar om tidig varning. Våra resultat kan hjälpa till att ge vetenskaplig vägledning för planering av infrastruktur och ekosystems motståndskraft, och kan hjälpa till att formulera strategier för att hantera klimatförändringar. "

Nederbörd genereras efter att vattenånga kondenserat i atmosfären, och nederbördens intensitet styrs av tillgängligheten av atmosfärisk vattenånga. Eftersom atmosfären kan hålla mer fukt när temperaturen stiger, klimatforskare räknar med att intensifiera extrema nederbörd med klimatförändringar.

Eftersom tidigare studier främst undersökte nederbördssvaret, Gentines team bestämde sig för att undersöka reaktionen från både nederbörd och extrema extraktioner för stormavrinning på naturligt och antropogeniskt drivna förändringar i yttemperatur och luftfuktighet. De utförde en global hydrologisk analys för att karakterisera svaren och deras underliggande fysiska mekanismer. Forskarna bedömde sedan variationens inflytande över årtionden på skalningen av extrema avrinningar och temperatur, jämförde detta sedan systematiskt med förändringar i nederbördsextremer. Deras observations dagliga avrinningsdata kom från Global Runoff Data Center (GRDC) datamängder, och dagliga nederbörd- och nära-yttemperaturer från data från Global Summary of the Day (GSOD) dataset.

"Vi försökte hitta de fysiska mekanismerna bakom varför nederbörd och avrinningsextremer ökar över hela världen, "sa studiens huvudförfattare Jiabo Yin, en gäststudent från Wuhan University som arbetar i Gentines grupp. "Vi vet att nederbörd och extrema avrinningar kommer att intensifieras avsevärt i framtiden, och vi måste ändra våra infrastrukturer i enlighet därmed. Vår studie etablerar en ram för att undersöka avrinningssvaret. "

Nederbörd styrs både av termodynamik (förhållandet mellan vattenånga och temperatur) och atmosfärisk dynamik. Gentines team planerar nästa att försöka dela in effekterna av termodynamik och dynamik på nederbörd för att få en djupare förståelse för nederbördens intensifiering. De kommer också att fokusera på att upptäcka förändringar på grund av uppvärmning jämfört med de som beror på mänsklig aktivitet för att upprätta ett adaptivt system för hantering av vattenresurser.