Gli scienziati hanno pensato che il riscaldamento globale aumenterà la disponibilità di acqua superficiale - risorse di acqua dolce generate dalle precipitazioni meno l'evapotraspirazione - nelle regioni umide, e diminuire la disponibilità di acqua nelle regioni aride. Questa aspettativa si basa principalmente sui processi termodinamici atmosferici. Con l'aumento della temperatura dell'aria, più acqua evapora nell'aria dall'oceano e dalla terra. Poiché l'aria più calda può trattenere più vapore acqueo dell'aria secca, si prevede che un'atmosfera più umida amplificherà il modello esistente di disponibilità di acqua, causando il "secco-asciuga, e wet-get-wetter" risposte atmosferiche al riscaldamento globale.

Un team di Columbia Engineering guidato da Pierre Gentine, Maurice Ewing e J. Lamar Worzel professore di ingegneria della terra e ambientale e affiliato con l'Earth Institute, si chiedeva perché le previsioni del modello climatico accoppiato non proiettassero risposte significative "secco-si asciuga" sulle terre aride, zone tropicali e temperate con indice di aridità inferiore a 0,65, anche quando i ricercatori utilizzano lo scenario del riscaldamento globale ad alte emissioni. Sha Zhou, un borsista post-dottorato al Lamont-Doherty Earth Observatory e all'Earth Institute che studia le interazioni terra-atmosfera e il ciclo globale dell'acqua, pensava che i feedback dell'umidità del suolo e dell'atmosfera potessero svolgere un ruolo importante nelle previsioni future della disponibilità di acqua nelle terre aride.

Il nuovo studio, pubblicato oggi da Cambiamenti climatici naturali , è il primo a mostrare l'importanza dei cambiamenti di umidità del suolo a lungo termine e dei feedback associati umidità-atmosfera del suolo in queste previsioni. I ricercatori hanno identificato una regolazione a lungo termine dell'umidità del suolo della circolazione atmosferica e del trasporto dell'umidità che migliora ampiamente il potenziale declino della futura disponibilità di acqua nelle zone aride, oltre quello atteso in assenza di feedback di umidità del suolo.

"Questi feedback giocano un ruolo più significativo di quanto realizzato nei cambiamenti a lungo termine delle acque superficiali, " dice Zhou. "Poiché le variazioni di umidità del suolo influiscono negativamente sulla disponibilità di acqua, questo feedback negativo potrebbe anche ridurre parzialmente gli aumenti causati dal riscaldamento nelle entità e nelle frequenze di eventi idroclimatici estremamente alti ed estremamente bassi, come siccità e inondazioni. Senza il feedback negativo, potremmo sperimentare siccità e inondazioni più frequenti e più estreme".

Il team ha combinato un unico, esperimento di accoppiamento terra-atmosfera idealizzato multi-modello con un nuovo approccio statistico sviluppato per lo studio. Hanno quindi applicato l'algoritmo alle osservazioni per esaminare il ruolo critico dei feedback umidità-atmosfera del suolo nei futuri cambiamenti della disponibilità di acqua sulle terre aride, e studiare i meccanismi termodinamici e dinamici alla base dei futuri cambiamenti nella disponibilità di acqua dovuti a questi feedback.

Hanno trovato, in risposta al riscaldamento globale, forte calo della disponibilità di acqua superficiale (precipitazioni meno evaporazione, P-E) nelle regioni aride sopra gli oceani, ma solo un leggero calo del PE sulle terre aride. Zhou sospettava che questo fenomeno fosse associato ai processi terra-atmosfera. "Sulle terre aride, si prevede che l'umidità del suolo diminuirà sostanzialmente a causa dei cambiamenti climatici, " spiega. "I cambiamenti nell'umidità del suolo avrebbero un ulteriore impatto sui processi atmosferici e sul ciclo dell'acqua".

Si prevede che il riscaldamento globale ridurrà la disponibilità di acqua e quindi l'umidità del suolo nelle zone aride. Ma questo nuovo studio ha scoperto che l'essiccazione dell'umidità del suolo in realtà si ripercuote negativamente sulla disponibilità di acqua:la diminuzione dell'umidità del suolo riduce l'evapotraspirazione e il raffreddamento evaporativo, e migliora il riscaldamento superficiale nelle zone aride rispetto alle regioni umide e all'oceano. Il contrasto del riscaldamento terra-oceano rafforza le differenze di pressione dell'aria tra oceano e terra, guidando un maggiore trasporto del vento e del vapore acqueo dall'oceano alla terraferma.

"Il nostro lavoro rileva che le previsioni sull'umidità del suolo e i feedback atmosferici associati sono altamente variabili e dipendenti dal modello, " afferma Gentine. "Questo studio sottolinea l'urgente necessità di migliorare le previsioni future sull'umidità del suolo e rappresentare accuratamente i feedback umidità del suolo-atmosfera nei modelli, che sono fondamentali per fornire previsioni affidabili sulla disponibilità di acqua nelle zone aride per una migliore gestione delle risorse idriche".