I en ovanlig ny studie, forskare säger att de har upptäckt fingeravtrycket av mänskligt driven global uppvärmning på mönster av torka och fukt över hela världen så långt tillbaka som 1900. Stigande temperaturer är väldokumenterade åtminstone så långt tillbaka, men det här är första gången forskare har identifierat resulterande långsiktiga globala effekter på vattenförsörjningen som matar grödor och städer. Bland observationerna, forskarna dokumenterade torkning av jordar över stora delar av det folkrika Nordamerika, Centralamerika, Eurasien och Medelhavet. Andra områden, inklusive den indiska subkontinenten, har blivit blötare. De säger att trenderna kommer att fortsätta, med allvarliga konsekvenser för människor. Studien visas denna vecka i den ledande tidskriften Natur .

I allmänhet, forskare är överens om att allt eftersom den globala uppvärmningen fortskrider, många nu torra områden kommer att bli torrare, och blöta blir blötare. Vissa nya studier tyder på att uppvärmning orsakad av människor har intensifierat torka i vissa regioner, inklusive en nu nästan 20 år pågående torka i sydvästra USA. Dock, den senaste rapporten från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar säger att förtroendet för att tillskriva specifika pågående händelser direkt till människor är fortfarande slumpmässigt.

Den nya studien kombinerar datormodeller med långtidsobservationer för att antyda att systemiska förändringar i vad forskare kallar hydroklimatet redan är på gång över hela världen, och har varit det ett tag. Forskarna tittade inte bara på nederbörd, utan snarare jordfuktighet, ett mer subtilt mått som balanserar nederbörd mot avdunstning, och är den kvalitet som är mest direkt relevant för jord- och skogsbruk. De använde trädringar som sträckte sig 600 till 900 år tillbaka i tiden för att uppskatta markfuktighetstrender innan mänskligt producerade växthusgaser började öka, jämförde sedan dessa data med trädringar från 1900-talet och moderna instrumentella observationer, för att se om de kunde plocka ut torkamönster som matchar dem som förutspås av datormodeller, mitt i bruset av naturliga årliga eller decadala regionala vädervariationer.

"Vi frågade, ser den verkliga världen ut som vad modellerna säger att vi ska förvänta oss?" sa studiemedförfattare Benjamin Cook från NASA Goddard Institute for Space Studies och Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory. "Svaret är ja. Det stora vi lärde oss är att klimatförändringarna började påverka globala mönster av torka i början av 1900-talet. Vi förväntar oss att detta mönster kommer att fortsätta växa fram när klimatförändringarna fortsätter."

Huvudförfattaren Kate Marvel, en klimatmodellerare vid Goddard och Columbia University, sa, "Det är häpnadsväckande. Det finns en riktigt tydlig signal om effekterna av mänskliga växthusgaser på hydroklimatet."

Markfuktighet är en komplex fråga, eftersom nederbörd och avdunstning kan samverka med varandra, eller mot varandra. Varmare luft kan transportera mer fukt, och därmed mer regn eller snö. Men varmare luft kan också avdunsta mer fukt från jorden och föra bort den, övervägande nederbörd. Det är förmodligen den faktor som nu är verksam i det torkande västra USA, och möjligen andra platser som har sett den senaste tidens stora torka. "Nerbörd är bara utbudssidan, " sa studiemedförfattare Jason Smerdon, en Lamont-Doherty paleoklimatolog. "Temperaturen är på efterfrågesidan, den del som torkar ut saker." Vilken del som dominerar beror på komplexa faktorer inklusive vindmönster, årstider, moln, topografi och närhet till de fuktgivande haven.

Forskarna identifierade tre distinkta perioder i sin studie. Den första var 1900 till 1949, när de säger att det globala uppvärmningens fingeravtryck var det mest uppenbara. Under denna tid, som förutspått av modeller, torkning sågs i Australien, stora delar av Centralamerika och Nordamerika, Europa, Medelhavet, västra Ryssland och Sydostasien. På samma gång, det blev blötare i västra Kina, stora delar av Centralasien, den indiska subkontinenten, Indonesien och centrala Kanada.

Från 1950 till 1975, mönstret spreds i till synes slumpmässiga händelser. Forskarna tror att detta kan vara relaterat till enorma mängder industriella aerosoler som sedan hälls ut i luften utan moderna föroreningskontroller. Dessa kan påverka regional molnbildning, nederbörd och temperatur, förbi, bland annat, blockerar solstrålning och tillhandahåller kärnor för fuktdroppar. Forskarna tror att de komplexa effekterna av aerosoler förmodligen kastade en apnyckel i vädret på många ställen, maskera effekterna av växthusgaser, även om dessa gaser fortsatte att stiga.

Sedan, med början på 1970-talet, många industriländer inklusive USA började införa successivt strängare renluftslagar. Även om industriverksamheten fortsatte att växa, aerosols quickly leveled off or slightly declined in many places. Men samtidigt, greenhouse-gas emissions continued spiraling up, along with temperatures. Som ett resultat, forskarna säger, the global-warming signature on hydroclimate began re-emerging around 1981. The signal is not yet as obvious as it was in the early 20th century, but it continues to rise, especially since around 2000.

"If we don't see it coming in stronger in, säga, the next 10 years, we might have to wonder whether we are right, " said Marvel. "But all the models are projecting that you should see unprecedented drying soon, in a lot of places."

Many of the areas expected to dry out are centers of agricultural production, and could become permanently arid. "The human consequences of this, particularly drying over large parts of North America and Eurasia, will likely be severe, " says the study.

Precipitation over much of central America, Mexico the central and western United States and Europe is projected to stay about the same, or even increase. Men, according to both the new study and a separate 2018 paper, rising temperatures and resulting evaporation of moisture from soils in those regions will probably predominate. The Mediterranean region is expected to be hit with a double whammy of both less rainfall and more heat-driven evaporation. Adding to the drought dynamics of all the affected areas:populations are expected to continue increasing, adding to water demand. According to an earlier Lamont-Doherty study, a 2006-2010 drought leading up to the disastrous Syrian civil war was probably made more likely by warming climate, and the drought may have helped create the social and economic conditions that sparked the initial rebellion.

Some areas are expected to get wetter, but this may not necessarily be good. India and some surrounding nations are expected to get more rain, because they sit squarely in the path of monsoon winds that pick up moisture from the Pacific and Indian oceans, and those oceans are getting warmer. But the rain may come perhaps more often in overwhelming storms, and not necessarily at times when it is needed.

The new study was made possible in part by recently published atlases of tree-ring chronologies from thousands of sites around the world, going back as far as 2, 000 år. These gave the researchers a baseline of how weather varied before humans started heavily affecting it. The atlases are largely the work of Lamont-Doherty scientist Edward Cook, father of study coauthor Benjamin Cook. The North American drought atlas came out in 2004, followed by a Monsoon Asia atlas in 2010, and compilations for Europe and the Mediterranean, Mexico and Australia/New Zealand in 2015. (One for South America is on the way; much of Africa still remains uncovered.)

"This important paper offers new insights into the link between increasing atmospheric greenhouse gases and regional droughts, both in the past and increasingly in the future, sade Peter Gleick, cofounder of California's Pacific Institute, and expert on climate and water issues. "It also confirms the growing sophistication of our climate models and improves the tools available to detect and identify the fingerprint of human impacts on extreme hydrologic events."