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    Più estremo e più frequente:siccità e aridità nel 21° secolo

    Terreno arido nel deserto di Sonora, Sonora, Messico. Credito:Tomas Castelazo, tomascastelazo.com / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

    Il campo della scienza del clima sembra contenere molti esempi di allarmanti cicli di feedback fuggitivi, circoli viziosi, ed effetti sinergici dannosi precedentemente inimmaginabili che si verificano all'interno dei sistemi terrestri, ad esempio, l'effetto albedo rispetto allo scioglimento del ghiaccio marino; o sciogliere il permafrost rilasciando più metano per accelerare ulteriormente il processo di fusione. La nuova ricerca di un team della Columbia University continua in questa direzione con i risultati del loro recente studio pubblicato su Progressi scientifici . Lo studio, "Aumenti previsti di intensità, frequenza, e costi del carbonio terrestre di eventi composti di siccità e aridità, " mostra che l'effetto composto dell'umidità del suolo (SM) e del deficit di pressione di vapore (VPD) sull'assorbimento di carbonio terrestre è maggiore dell'effetto di entrambe le variabili se considerate separatamente, e che queste due condizioni tendono a rafforzarsi a vicenda.

    La siccità e il caldo eccessivo sono due forme di clima estremo che hanno avuto, e continuerà ad avere, un impatto importante sui sistemi naturali, nonché sulle comunità umane e sui sistemi che si basano su di essi. Una terza dinamica climatica, aridità atmosferica, è una misura combinata della temperatura e dell'umidità atmosferica, incapsulato nella metrica di VPD. SM e VPD sono entrambi indicatori riconosciuti dell'assorbimento di carbonio e dell'uso di acqua da parte delle piante in periodi di siccità, e le occorrenze estreme di entrambi questi indicatori - VPD alto o SM basso - sono noti per far sì che gli stomi delle piante si restringano o si chiudano, limitando così l'assorbimento di carbonio. VPD e SM sono condizioni che sono anche note per verificarsi insieme, e sebbene siano stati spesso valutati in modo indipendente in passato, un obiettivo importante di questo studio è stato quello di comprendere meglio la relazione tra le due variabili che si verificano di concerto.

    Gli effetti composti di VPD e SM sono stati caratterizzati dai ricercatori come "guidati da una serie di processi fisici complementari, " di cui un basso SM contribuisce alla diminuzione dell'evapotraspirazione. L'evapotraspirazione ridotta a sua volta porta ad un aumento della temperatura e a un VPD più alto (a causa della diminuzione del raffreddamento evaporativo e dell'umidità vicino alla superficie). L'aumento del VPD determina un'ulteriore evapotraspirazione, che a sua volta accelera le diminuzioni di SM. La co-occorrenza di VPD e SM in questo circolo vizioso è in aumento dalla metà del XX secolo, e questi eventi concomitanti sono aumentati in frequenza e intensità. Si prevede che questo modello aumenterà continuamente nel prossimo futuro in tandem con le tendenze al riscaldamento.

    Nell'esplorare la relazione tra SM e VPD, Zhou e colleghi hanno anche esaminato il loro effetto sugli scenari climatici futuri, soprattutto per quanto riguarda il modo in cui i dati osservati corrispondevano a diversi modelli del sistema terrestre (ESM), in termini di accuratezza in relazione sia alle simulazioni storiche passate che alle previsioni delle simulazioni climatiche future. Nello specifico, il loro studio ha mostrato che:"(i) gli estremi composti di VPD e SM si verificano molto più frequentemente del previsto se VPD e SM non fossero intimamente accoppiati, (ii) questa coevoluzione di siccità e aridità si traduce in sostanziali perdite di carbonio nell'ecosistema, e (iii) gli impatti di questi estremi composti si rafforzeranno in futuro".

    Nel testare le loro ipotesi, Zhou e colleghi hanno raccolto dati di osservazioni giornaliere da 66 siti di torri di flusso, per lo più localizzati in località di bassa e media latitudine, e valutato la relazione tra SM, VPD, produttività netta dell'ecosistema (NEP), produttività primaria lorda (GPP), e respirazione totale dell'ecosistema (TER). NEP è una misura del bilancio del carbonio terrestre, mentre GPP e TER sono metriche costitutive della NEP, che rappresenta la fotosintesi e la respirazione, rispettivamente. L'analisi statistica di questi dati ha confermato una forte correlazione bimodale tra SM e VPD ad entrambi gli estremi; questo è, SM basso e VPD alto tendevano a coesistere così come SM alto e VPD basso. Inoltre, hanno scoperto che gli eventi di VPD basso SM-alto tendevano a verificarsi con una frequenza doppia rispetto a ciascuna variabile considerata indipendentemente, e che le condizioni di VPD basso SM-alto tendevano a diventare più strettamente accoppiate man mano che diventavano più estreme. In presenza di condizioni VPD estremamente basse SM-alto, GPP e NEP sono entrambi diminuiti, mentre il TER è rimasto relativamente stabile.

    Per confrontare e verificare le loro osservazioni dai dati della torre di flusso, il gruppo ha esaminato simulazioni centenarie di condizioni climatiche storiche (1871-1970) e future previste (2001-2100) rispetto a 15 ESM. Questi ESM hanno confermato la correlazione negativa tra SM e VPD e hanno permesso ai ricercatori di mappare le aree del globo in cui il fattore di moltiplicazione delle probabilità, la principale misura statistica di questo studio, era particolarmente pronunciato. Di nota, il sud-est degli Stati Uniti, la regione amazzonica, Africa meridionale, e l'Asia orientale e sudorientale hanno tutti dimostrato una forte interazione SM-VPD nei modelli ESM sia storici che futuri. Questi modelli ESM prevedevano aumenti sia della frequenza che dell'intensità degli eventi SM-VPD composti, che avrà un impatto globale significativo sulla capacità di assorbimento del carbonio continentale.

    Nel valutare questo impatto futuro del VPD-SM estremo negli ESM, i ricercatori hanno previsto un calo dell'assorbimento di carbonio. Per quanto riguarda la maggior parte delle regioni non boreali tra 50 gradi di latitudine nord e 50 gradi di latitudine sud (dove sono stati raccolti la maggior parte dei dati della torre di flusso), TER è diminuito. Sia il GPP che il TER interessati da eventi composti VPD-SM sono stati associati a "anomalie NEP negative... su oltre il 75% della superficie terrestre durante i due periodi [storico e futuro della simulazione ESM]". In sintesi, "i tremendi aumenti previsti del tasso di co-occorrenza e dell'entità degli estremi simultanei di VPD e SM in molte regioni del mondo" si tradurranno in drastiche riduzioni della capacità di assorbimento del carbonio da parte degli ecosistemi.

    I dati ESM hanno anche mostrato che le anomalie NEP risultanti da eventi SM-VPD estremi composti erano molto più forti delle anomalie risultanti da eventi estremi derivanti da una sola di queste variabili. I risultati differivano a livello regionale Nella valutazione degli effetti additivi di una variabile estrema rispetto a un'altra in relazione all'assorbimento di carbonio nel contesto delle simulazioni storiche e future. Si prevedeva che un SM estremamente basso avesse un impatto maggiore sulla NEP rispetto a un VPD estremamente alto nell'emisfero settentrionale, sebbene questa scoperta non si applicasse ai bacini dell'Amazzonia e del Congo nell'emisfero australe. L'effetto aggiuntivo di un SM estremamente basso sul GPP si è dimostrato molto maggiore dell'effetto di un VPD estremamente alto per quasi tutte le masse terrestri nelle simulazioni future, però.

    Zhou e colleghi tengono conto anche del fattore attenuante del fenomeno noto come CO 2 fecondazione, per cui il tasso di fotosintesi aumenta nelle piante a causa dell'aumento dell'anidride carbonica atmosferica. Nonostante questo offset però, si prevede ancora che l'assorbimento globale di carbonio diminuirà. Gli investigatori notano alcune incertezze nei loro metodi e modelli, ad esempio, il fatto che i loro modelli non tengono conto della capacità di adattamento delle piante ai cambiamenti climatici. Richiedono anche lavori futuri per separare gli effetti di VPD e SM quando si applicano ai modelli di ecosistema, poiché si prevede che la VPD aumenterà notevolmente in tutto il mondo, mentre le proiezioni SM sembrano applicarsi meno universalmente.

    In conclusione, il gruppo afferma, "i nostri risultati evidenziano l'importanza degli eventi composti di siccità e aridità e il loro impatto sull'assorbimento di carbonio continentale, e la necessità di considerare questi fattori nella valutazione dei futuri rischi di cambiamento climatico. Considerando i previsti aumenti dell'intensità e della frequenza degli eventi composti di siccità e aridità nel 21° secolo, dovrebbero essere sviluppate e attuate strategie per gestire i rischi e migliorare la capacità di adattamento".

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