Gli uragani Florence e Michael negli Stati Uniti e il super tifone Mangkhut nelle Filippine hanno mostrato l'impatto diffuso e dannoso degli estremi meteorologici sia sugli ecosistemi che sulle comunità costruite, con inondazioni improvvise che causano più morti, così come le perdite di proprietà e agricoltura rispetto a qualsiasi altro grave rischio meteorologico. Queste perdite sono aumentate negli ultimi 50 anni e hanno superato i 30 miliardi di dollari all'anno nell'ultimo decennio. Globalmente, quasi un miliardo di persone ora vive in pianure alluvionali, aumentando la loro esposizione alle inondazioni dei fiumi da eventi meteorologici estremi e sottolineando l'urgenza di comprendere e prevedere questi eventi.

I ricercatori della Columbia Engineering hanno dimostrato per la prima volta che gli estremi di deflusso sono aumentati drasticamente in risposta ai cambiamenti climatici e indotti dall'uomo. Le loro scoperte, pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura , mostrano un grande aumento sia delle precipitazioni che dei deflussi estremi guidato sia dall'attività umana che dal cambiamento climatico. Il gruppo, guidato da Pierre Gentine, professore associato di ingegneria della terra e dell'ambiente e affiliato all'Earth Institute, ha anche scoperto che il deflusso delle tempeste ha una risposta più forte delle precipitazioni ai cambiamenti indotti dall'uomo (cambiamento climatico, cambiamenti nell'uso del suolo della copertura del suolo, eccetera). Ciò suggerisce che le risposte previste degli estremi di deflusso delle tempeste ai cambiamenti climatici e antropici aumenteranno drasticamente, che rappresentano grandi minacce per l'ecosistema, che influenzano la resilienza della comunità e i sistemi infrastrutturali.

I ricercatori hanno scoperto che i cambiamenti negli estremi del deflusso delle tempeste nella maggior parte delle regioni del mondo sono in linea o superiori a quelli degli estremi delle precipitazioni. Hanno notato che le diverse risposte delle precipitazioni e del deflusso delle tempeste alla temperatura possono essere attribuite non solo al riscaldamento, ma anche a fattori come i cambiamenti nell'uso del suolo e nella copertura del suolo, gestione dell'acqua e del territorio, e cambiamenti della vegetazione che hanno alterato le condizioni della superficie sottostante e feedback idrologici che hanno, a sua volta, aumento del deflusso temporalesco.

"Il nostro lavoro aiuta a spiegare i meccanismi fisici sottostanti legati all'intensificazione delle precipitazioni e ai deflussi estremi, " Gentine ha detto. "Ciò contribuirà a migliorare la previsione delle inondazioni e gli avvisi di allerta precoce. I nostri risultati possono aiutare a fornire una guida scientifica per la pianificazione della resilienza delle infrastrutture e degli ecosistemi, e potrebbe aiutare a formulare strategie per affrontare il cambiamento climatico".

La precipitazione è generata dopo che il vapore acqueo si condensa nell'atmosfera, e l'intensità delle precipitazioni è governata dalla disponibilità di vapore acqueo atmosferico. Poiché l'atmosfera può trattenere più umidità all'aumentare della temperatura, gli scienziati del clima si aspettano di vedere un'intensificazione delle precipitazioni estreme con il cambiamento climatico.

Poiché studi precedenti hanno studiato principalmente la risposta alle precipitazioni, Il team di Gentine ha deciso di esaminare la risposta delle precipitazioni e dei deflussi estremi delle tempeste ai cambiamenti naturali e antropici della temperatura superficiale e del contenuto di umidità atmosferica. Hanno eseguito un'analisi idrologica su scala globale per caratterizzare le risposte ei meccanismi fisici sottostanti. I ricercatori hanno quindi valutato l'influenza della variabilità nel corso dei decenni sulla scala degli estremi di deflusso e della temperatura, quindi confrontato sistematicamente questo con i cambiamenti negli estremi delle precipitazioni. I loro dati di deflusso giornalieri osservativi provenivano dai set di dati del Global Runoff Data Center (GRDC), e dati sulle precipitazioni giornaliere e sulla temperatura dell'aria vicino alla superficie dal set di dati Global Summary of the Day (GSOD).

"Stavamo cercando di trovare i meccanismi fisici alla base del motivo per cui le precipitazioni e i deflussi estremi stanno aumentando in tutto il mondo, " ha detto l'autore principale dello studio Jiabo Yin, uno studente in visita dell'Università di Wuhan che lavora nel gruppo di Gentine. "Sappiamo che le precipitazioni e i deflussi estremi si intensificheranno in modo significativo in futuro, e dobbiamo modificare le nostre infrastrutture di conseguenza. Il nostro studio stabilisce un quadro per indagare sulla risposta al deflusso".

Le precipitazioni sono governate sia dalla termodinamica (il rapporto tra vapore acqueo e temperatura) che dalla dinamica atmosferica. Il team di Gentine ha in programma di provare a suddividere gli impatti della termodinamica e della dinamica sulle precipitazioni per ottenere una comprensione più profonda dell'intensificazione delle precipitazioni. Si concentreranno anche sulla rilevazione dei cambiamenti dovuti al riscaldamento rispetto a quelli dovuti all'attività umana al fine di stabilire un sistema di gestione delle risorse idriche adattivo.