Paradoxe du désert: Les régions arides défient les prédictions de l'humidité du changement climatique.

De nouvelles recherches ont révélé que l'humidité atmosphérique dans les régions arides et semi-arides n'a pas augmenté autant que prévu avec le réchauffement climatique, contredisant les prédictions des modèles climatiques. Crédit : SciTechDaily.com

Une récente étude révèle que l'humidité atmosphérique dans les régions arides et semi-arides ne augmente pas comme prévu avec le réchauffement climatique, posant de nouveaux défis pour la science du climat et suscitant des inquiétudes concernant les risques accrus d'incendies de forêt et de conditions météorologiques extrêmes.

Les lois de la thermodynamique dictent qu'une atmosphère plus chaude peut contenir plus de vapeur d'eau, mais de nouvelles recherches ont révélé que l'humidité atmosphérique n'a pas augmenté comme prévu dans les régions arides et semi-arides du monde à mesure que le climat se réchauffe.

Les résultats sont particulièrement déconcertants car les modèles climatiques prédisent que l'atmosphère deviendra plus humide, même dans les régions sèches. Si l'atmosphère est plus sèche que prévu, les régions arides et semi-arides pourraient être encore plus vulnérables aux futurs incendies de forêt et à la chaleur extrême que prévu.

Les auteurs de la nouvelle étude, dirigée par le Centre national de recherche atmosphérique de la National Science Foundation des États-Unis (NSF NCAR), ne sont pas certains de la cause de cette divergence.

« Les impacts pourraient être potentiellement graves », a déclaré la scientifique du NSF NCAR, Isla Simpson, auteure principale de l'étude. « Il s'agit d'un problème mondial et c'est quelque chose de complètement inattendu compte tenu de nos résultats de modélisation climatique. »

Simpson et ses co-auteurs estiment qu'il est nécessaire de mener des recherches complémentaires pour déterminer pourquoi la vapeur d'eau n'augmente pas. Les raisons pourraient être liées au fait que l'humidité ne se déplace pas de la surface de la Terre vers l'atmosphère comme prévu, ou circule de manière inattendue dans l'atmosphère. Il est également possible qu'un mécanisme complètement différent soit responsable.

Ce qui ajoute au mystère, c'est que la nouvelle étude a montré que bien que la vapeur d'eau augmente dans les régions humides du monde, elle ne augmente pas autant que prévu pendant les mois les plus arides de l'année.

L'étude paraît cette semaine dans les Actes de l'Académie nationale des sciences. Les recherches ont été financées par la National Science Foundation, la NOAA et le Département de l'énergie des États-Unis. Les co-auteurs étaient des scientifiques de l'Université de Californie à Los Angeles, de l'Université de Californie à Santa Barbara, de l'Université Cornell, de Polar Bears International et de l'Université Columbia.

Une règle de base dans la science du climat est que l'atmosphère peut contenir plus d'humidité à mesure qu'elle se réchauffe. C'est ce qu'on appelle la relation de Clausius-Clapeyron, et c'est la raison pour laquelle les modèles climatiques prévoient régulièrement une augmentation de la vapeur d'eau atmosphérique à mesure que la planète se réchauffe.

Mais lorsque Simpson travaillait sur un rapport pour NOAA en 2020 sur le changement climatique dans le sud-ouest des États-Unis, elle a réalisé que l'atmosphère dans cette région s'était beaucoup plus asséchée que ce qui était attendu sur la base des simulations des modèles climatiques.

Intriguée, Simpson et ses co-auteurs ont examiné l'atmosphère dans le monde entier pour déterminer si la vapeur d'eau augmentait conformément aux projections climatiques. L'équipe de recherche s'est appuyée sur plusieurs sources d'observations de 1980 à 2020. Celles-ci comprenaient des réseaux de stations météorologiques ainsi que des ensembles de données qui estiment l'humidité en se basant sur des observations provenant de sources telles que les ballons-sondes et les satellites météorologiques.

À leur grande surprise, les scientifiques ont constaté que la vapeur d'eau dans les régions arides et semi-arides restait globalement constante au lieu d'augmenter d'environ 7% pour chaque 1°C (1,8°F) de réchauffement, comme on pourrait s'y attendre selon la relation de Clausius-Clapeyron. La vapeur d'eau a en réalité diminué dans le sud-ouest des États-Unis, qui a connu une réduction à long terme des précipitations.

« Cela contredit toutes les simulations des modèles climatiques selon lesquelles la vapeur d'eau augmente à un rythme proche des attentes théoriques, même dans les régions sèches », ont écrit les auteurs dans le nouvel article. « Étant donné les liens étroits entre la vapeur d'eau, les incendies de forêt, la fonctionnement des écosystèmes et les extrêmes de température, il est nécessaire de résoudre cette question afin de fournir des projections climatiques crédibles pour les régions arides et semi-arides du monde. »

L'étude a noté que cette situation entraîne une augmentation du déficit de pression de vapeur, qui est la différence entre la quantité d'humidité que l'atmosphère peut contenir et la quantité réellement présente dans l'air. Lorsque le déficit augmente, il peut jouer un rôle critique dans les incendies de forêt et le stress des écosystèmes.

« Nous pourrions faire face à des risques encore plus élevés que ceux qui ont été projetés pour les régions arides et semi-arides comme le sud-ouest, qui ont déjà été touchées par des pénuries d'eau sans précédent et des saisons d'incendies de forêt extrêmes », a déclaré Simpson.

Elle et ses collègues ont découvert une situation plus complexe dans les régions humides, où la vapeur d'eau atmosphérique a augmenté comme prévu par les modèles climatiques pendant les saisons plus humides. Cette augmentation a quelque peu diminué pendant les mois les plus secs, mais n'a pas diminué autant que dans les régions arides et semi-arides.

As for the question of why the water vapor in the atmosphere is not increasing over dry regions as expected, the authors broadly suggest two possibilities: the amount of moisture that is being moved from the land surface to the air may be lower than in models, or the way that the atmosphere is transporting moisture into dry regions may differ from the models. 

Issues with atmospheric transport are less likely, they conclude, because that wouldn’t necessarily explain the common behavior among all arid and semi-arid regions worldwide, which receive moisture from differing locations. 

That leaves the land surface as the most likely culprit. The authors speculate several possible causes: the land may have less water available to the atmosphere in reality than in models, it may be drying out more than anticipated as the climate warms, or plants may be holding on to moisture more effectively and releasing less into the atmosphere.

The authors also considered the possibility that there is an error in the observations. But they concluded this was unlikely since the discrepancy is closely tied to the dryness of regions all over the world, and it is consistently found even when dividing up the record into shorter time segments to avoid errors due to instrumentation changes. 

Simpson emphasized that more research is needed to determine the cause.

“It is a really tricky problem to solve, because we don’t have global observations of all the processes that matter to tell us about how water is being transferred from the land surface to the atmosphere,” she said.  “But we absolutely need to figure out what’s going wrong because the situation is not what we expected and could have very serious implications for the future.”