Forskare har trott att den globala uppvärmningen kommer att öka tillgängligheten av ytvatten - sötvattenresurser som genereras av nederbörd minus evapotranspiration - i våta områden, och minska vattentillgängligheten i torra områden. Denna förväntan baseras främst på atmosfäriska termodynamiska processer. När lufttemperaturen stiger, mer vatten avdunstar till luften från havet och land. Eftersom varmare luft kan hålla mer vattenånga än torr luft, en fuktigare atmosfär förväntas förstärka det befintliga mönstret för vattentillgänglighet, orsakar "torr-bli torrare, och våt-bli-våtare" atmosfäriska reaktioner på global uppvärmning.

Ett Columbia Engineering-team ledd av Pierre Gentine, Maurice Ewing och J. Lamar Worzel professor i jord- och miljöteknik och ansluten till Earth Institute, undrade varför förutsägelser av kopplade klimatmodeller inte projicerar signifikanta "torr-torkare"-svar över torra områden, tropiska och tempererade områden med ett torrhetsindex på mindre än 0,65, även när forskare använder scenariot för global uppvärmning med höga utsläpp. Sha Zhou, en postdoktor vid Lamont-Doherty Earth Observatory och Earth Institute som studerar interaktioner mellan land och atmosfär och den globala vattencykeln, trodde att jordfuktighet-atmosfärsåterkopplingar kan spela en viktig roll i framtida förutsägelser om vattentillgång i torra områden.

Den nya studien, publicerad idag av Naturens klimatförändringar , är den första som visar vikten av långsiktiga jordfuktighetsförändringar och tillhörande återkopplingar av jordfuktighet och atmosfär i dessa förutsägelser. Forskarna identifierade en långsiktig markfuktighetsreglering av atmosfärisk cirkulation och fukttransport som till stor del förbättrar den potentiella minskningen av framtida vattentillgång i torra områden, utöver det som förväntas i avsaknad av återfuktning av markfukt.

"Dessa återkopplingar spelar en mer betydelsefull roll än vad som insågs vid långsiktiga förändringar av ytvatten, "säger Zhou." Eftersom markfuktvariationer påverkar tillgängligheten av vatten negativt, denna negativa återkoppling kan också delvis minska uppvärmningsdrivna ökningar i storleken och frekvensen av extrema höga och extrema låga hydroklimatiska händelser, som torka och översvämningar. Utan negativ feedback, vi kan uppleva tätare och mer extrema torka och översvämningar. "

Teamet kombinerade en unik, idealiserat multi-modell land-atmosfär kopplingsexperiment med en ny statistisk metod som de utvecklade för studien. De använde sedan algoritmen på observationer för att undersöka den kritiska rollen för återkoppling av jordfuktighet och atmosfär i framtida förändringar av vattentillgänglighet över torrland, och att undersöka de termodynamiska och dynamiska mekanismerna som ligger till grund för framtida vattentillgångsförändringar på grund av dessa återkopplingar.

De hittade, som svar på den globala uppvärmningen, kraftiga minskningar av ytvattentillgången (nederbörd minus avdunstning, P-E) i torra områden över hav, men endast svaga P-E nedgångar över torra marker. Zhou misstänkte att detta fenomen är förknippat med processer på landatmosfär. "Över torrland, markfuktigheten förväntas minska avsevärt under klimatförändringarna, "förklarar hon." Förändringar i markfuktighet skulle ytterligare påverka atmosfäriska processer och vattencykeln. "

Den globala uppvärmningen förväntas minska vattentillgången och därmed markfuktigheten i torra områden. Men den här nya studien visade att torkning av jordfuktighet faktiskt påverkar vattentillgängligheten negativt - sjunkande markfuktighet minskar avdunstning och förångningskylning, och förbättrar ytuppvärmningen i torrland i förhållande till våta områden och havet. Kontrasten för uppvärmning av land och hav förstärker lufttrycksskillnaderna mellan hav och land, driva större vind och vattenånga transport från havet till land.

"Vårt arbete finner att förutsägelser av jordfuktighet och tillhörande atmosfäråterkopplingar är mycket varierande och modellberoende, " säger Gentine. "Denna studie understryker det akuta behovet av att förbättra framtida markfuktighetsförutsägelser och korrekt representera jordfuktighet-atmosfärsåterkopplingar i modeller, som är avgörande för att tillhandahålla tillförlitliga förutsägelser om torrlandvattentillgång för bättre förvaltning av vattenresurser."