Även om globala klimatmodeller varierar på många sätt, de är överens om detta:Medelhavsområdet kommer att bli betydligt torrare under de kommande decennierna, potentiellt sett 40 procent mindre nederbörd under vinterns regnperiod.

En analys av forskare vid MIT har nu hittat de underliggande mekanismerna som förklarar de anomala effekterna i denna region, särskilt i Mellanöstern och i nordvästra Afrika. Analysen kan hjälpa till att förfina modellerna och ge säkerhet till deras prognoser, som har betydande konsekvenser för förvaltningen av vattenresurser och jordbruk i regionen.

Studien, publicerades förra veckan i Journal of Climate , utfördes av MIT doktorand Alexandre Tuel och professor i civil- och miljöteknik Elfatih Eltahir.

De olika globala cirkulationsmodellerna för jordens föränderliga klimat är överens om att temperaturerna nästan överallt kommer att öka, och på de flesta ställen kommer även regn, delvis för att varmare luft kan bära med sig mer vattenånga. Dock, "Det finns ett stort undantag, och det är Medelhavsområdet, Eltahir säger, som visar den största minskningen av förväntad nederbörd av någon landmassa på jorden.

"Med alla deras olikheter, modellerna verkar alla vara överens om att detta kommer att hända, " han säger, även om de skiljer sig åt i storleken på nedgången, från 10 procent till 60 procent. Men ingen hade tidigare kunnat förklara varför.

Tuel och Eltahir fann att denna projicerade uttorkning av Medelhavsregionen är ett resultat av sammanflödet av två olika effekter av ett värmande klimat:en förändring i dynamiken i den övre atmosfärens cirkulation och en minskning av temperaturskillnaden mellan land och hav. Ingendera faktorn i sig skulle vara tillräcklig för att förklara den onormala minskningen av nederbörden, men i kombination kan de två fenomenen fullt ut förklara den unika torktrenden som ses i modellerna.

Den första effekten är ett storskaligt fenomen, relaterat till kraftfulla vindar på hög höjd som kallas jetströmmen på mellanlatitud, som driver en stark, stabilt vädermönster från väst till öst över hela Europa, Asien, och Nordamerika. Tuel säger att modellerna visar att "en av de robusta sakerna som händer med klimatförändringar är att när du ökar den globala temperaturen, du kommer att öka styrkan på dessa medelbreddstrålar."

Men på norra halvklotet, dessa vindar stöter på hinder, med bergskedjor inklusive Klippiga bergen, Alperna, och Himalaya, och dessa ger tillsammans ett slags vågmönster till denna stadiga cirkulation, vilket resulterar i alternerande zoner med högre och lägre lufttryck. Högt tryck är förknippat med klar, torr luft, och lågtryck med blötare luft och stormsystem. Men när luften blir varmare, detta vågmönster ändras.

"Det hände precis att geografin för var Medelhavet är, och var bergen är, påverkar luftflödesmönstret högt i atmosfären på ett sätt som skapar ett högtrycksområde över Medelhavet, Tuel förklarar. Det högtrycksområdet skapar en torr zon med lite nederbörd.

Dock, den effekten ensam kan inte förklara den förväntade medelhavstorkningen. Det kräver tillägg av en andra mekanism, minskningen av temperaturskillnaden mellan land och hav. Den skillnaden, som hjälper till att driva vindar, kommer också att minska kraftigt av klimatförändringarna, eftersom landet värms upp mycket snabbare än haven.

"Det som verkligen är annorlunda med Medelhavet jämfört med andra regioner är geografin, " säger Tuel. "I grund och botten, du har ett stort hav omgivet av kontinenter, som egentligen inte förekommer någon annanstans i världen." Medan modeller visar att de omgivande landmassorna värms upp med 3 till 4 grader Celsius under det kommande århundradet, havet i sig kommer bara att värmas med cirka 2 grader eller så. "I grund och botten, skillnaden mellan vattnet och landet blir mindre med tiden, " han säger.

Den där, i tur och ordning, förstärker tryckskillnaden, vilket ökar högtrycksområdet som driver ett medurs cirkulationsmönster av vindar som omger Medelhavsområdet. Och på grund av detaljerna i lokal topografi, prognoser visar att de två områden som drabbats hårdast av uttorkningstrenden kommer att vara nordvästra Afrika, inklusive Marocko, och den östra Medelhavsregionen, inklusive Turkiet och Levanten.

Den trenden är inte bara en prognos, men har redan blivit uppenbart i de senaste klimattrenderna i Mellanöstern och västra Nordafrika, säger forskarna. "Det här är områden där vi redan upptäcker minskningar i nederbörd, " säger Eltahir. Det är möjligt att dessa nederbördsminskningar i en redan uttorkad region till och med kan ha bidragit till den politiska oroligheten i regionen, han säger.

"Vi dokumenterar från de observerade nederbördsregistren att denna östra del redan har upplevt en betydande nederbördsminskning, " säger Eltahir. Det faktum att de underliggande fysiska processerna nu förstås kommer att bidra till att dessa projektioner bör tas på allvar av planerare i regionen, han säger. Det kommer att ge mycket större självförtroende, han säger, genom att göra det möjligt för dem att "förstå de exakta mekanismerna genom vilka den förändringen kommer att ske."

Eltahir har arbetat med statliga myndigheter i Marocko för att hjälpa dem att översätta denna information till konkret planering. "Vi försöker ta dessa prognoser och se vad som skulle bli effekterna på tillgången på vatten, " säger han. "Det kommer potentiellt att ha stor inverkan på hur Marocko planerar sina vattenresurser, och även hur de kan utveckla teknik som kan hjälpa dem att lindra dessa effekter genom bättre hantering av vatten i fältskala, eller kanske genom precisionsjordbruk med hjälp av högre teknologi."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.