Новое исследование Columbia Engineering показывает, что мир будет сталкиваться с более частыми и более экстремальными засухами и засухами, чем в настоящее время, в грядущем столетии, усугубленными как изменением климата, так и процессами, происходящими в атмосфере. Исследователи демонстрируют, что одновременная засуха почвы и засушливость атмосферы в значительной степени обусловлены серией процессов между землей и атмосферой и петлями обратной связи. Они также обнаружили, что обратные связи между землей и атмосферой будут еще больше усиливать одновременную засуху почвы и засушливость атмосферы в более теплом климате. Исследование было опубликовано сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
В то время как более ранние исследования изучали, как атмосферные и океанические процессы вызывают экстремальные климатические явления, команда инженеров Колумбийского университета сосредоточилась на изучении и моделировании атмосферно-земных процессов, особенно на создании одновременных экстремальных явлений, которые могут быть очень разрушительными. Почвенная засуха, проявляющаяся очень низкой влажностью почвы, и засушливость атмосферы, проявляющаяся очень высоким дефицитом давления паров, сочетанием высокой температуры и низкой атмосферной влажности являются двумя основными факторами стресса, вызывающими массовую гибель растительности и снижение поглощения углерода наземными ресурсами. Сочетанная засуха почвы и засушливость атмосферы - это период времени, когда влажность почвы чрезвычайно низкая, а дефицит давления пара чрезвычайно велик.
«Сопутствующая засуха почвы и засушливость атмосферы оказывают сильное воздействие на естественную растительность, сельское хозяйство, промышленность и здоровье населения», - говорит Пьер Жентин, доцент кафедры инженерии земли и окружающей среды, сотрудник Института Земли.«Будущее усиление одновременной засухи почвы и засушливости атмосферы будет иметь катастрофические последствия для экосистем и сильно повлияет на все аспекты нашей жизни».
Исследователи объединили наборы данных повторного анализа и модельные эксперименты, чтобы определить основные процессы между землей и атмосферой, ведущие к одновременной засухе почвы и атмосферной засушливости, и использовали климатические модели и статистические методы для оценки того, как процессы на земле и атмосфере повлияют на частоту и интенсивность одновременной засухи почвы и засушливости атмосферы в будущем климате. Задача, с которой они столкнулись, заключалась в том, как изолировать влияние обратной связи между землей и атмосферой на одновременную засуху и засушливость. Перепробовав множество различных методов, они работали с учеными GLACE-CMIP5 (Global Land Atmosphere Coupling Experiment - Coupled Model Intercomparison Project) из Института атмосферных и климатических наук ETH Zurich и использовали их модельные эксперименты.
Группа Гентина первой выделила это явление и была удивлена, что их работа привела к таким впечатляющим результатам.
«Большинство групп были сосредоточены на оценке одновременной засухи и волн тепла, но мы обнаружили более сильную связь между засухой и засухой, чем между засухой и волнами тепла», - говорит Ша Чжоу, ведущий автор исследования и постдоктор, работающий с Gentine. «Сопутствующая засуха и засушливость также оказывают более сильное влияние на углеродный цикл, поэтому мы решили, что это важный момент для изучения».
Команда обнаружила, что обратная связь почвенной засухи с атмосферой во многом ответственна за увеличение частоты и интенсивности атмосферной засушливости. Кроме того, обратная связь между влажностью почвы и осадками способствует более частым случаям экстремально низкого уровня осадков и влажности почвы в большинстве регионов. Эти петли обратной связи приводят к высокой вероятности одновременной засухи почвы и крайней засушливости. Моделирование CMIP5 предполагает, что обратные связи между сушей и атмосферой еще больше увеличат частоту и интенсивность одновременных засух и засушливости в 21 веке, что может иметь серьезные последствия для человека и окружающей среды.
Исследование PNAS подчеркивает важность изменчивости влажности почвы для запуска ряда процессов и циклов обратной связи, влияющих на приповерхностный климат Земли.
Говорит Джентин: «Очень важно, чтобы мы лучше определяли количество и оценивали представление этих процессов в наших климатических моделях. Точное представление модели как изменчивости влажности почвы, так и связанных с ней обратных связей имеет решающее значение, если мы хотим обеспечить надежное моделирование частота, продолжительность и интенсивность комбинированных явлений засухи и засушливости и их изменения в более теплом климате. В конечном итоге это поможет нам смягчить будущие риски, связанные с этими явлениями».