Effets du changement climatique sur le cycle de l'eau - Effects of climate change on the water cycle
Le cycle global de l' eau décrit le mouvement de l'eau sous ses formes liquide, vapeur et solide, et son stockage dans différents réservoirs tels que les océans, les calottes glaciaires, l'atmosphère et la surface terrestre. Le cycle de l'eau est essentiel à la vie sur terre et joue un rôle important dans le climat mondial et la circulation océanique .
Le réchauffement de la terre devrait entraîner des changements dans le cycle de l'eau pour diverses raisons. Une atmosphère plus chaude peut contenir plus de vapeur d'eau, ce qui a des effets sur l' évaporation et les précipitations . Les océans jouent également un rôle important, puisqu'ils absorbent 93 % de l'augmentation de la chaleur depuis 1971. Cela a des effets sur le cycle de l'eau et sur la société humaine, puisque le réchauffement des océans entraîne directement l' élévation du niveau de la mer.
Les changements dans le cycle de l'eau sont difficiles à mesurer. Les changements dans la salinité des océans sont des indicateurs importants d'un cycle de l'eau en évolution. On observe une amplification des schémas de salinité des océans, ce qui est considéré comme la meilleure preuve d'une intensification du cycle de l'eau.
Causes de l'intensification du cycle de l'eau
L'augmentation de la quantité de gaz à effet de serre conduit à une atmosphère plus chaude. La pression de vapeur saturante de l'air augmente avec la température, ce qui signifie que l'air plus chaud peut contenir plus de vapeur d'eau. Parce que l'air peut contenir plus d'humidité, l'évaporation est améliorée. En conséquence, l'augmentation de la quantité d'eau dans l'atmosphère entraîne des précipitations plus intenses.
Cette relation entre la température et la pression de vapeur saturante est décrite dans l' équation de Clausius-Clapeyron , qui stipule que la pression de saturation devrait augmenter de 7 % lorsque la température augmente de 1 °C. Ceci est visible dans les mesures de la vapeur d'eau troposphérique , qui sont fournies par les satellites, les radiosondes et les stations de surface. Le GIEC AR5 conclut que la vapeur d'eau troposphérique a augmenté de 3,5 % au cours des 40 dernières années, ce qui est cohérent avec l'augmentation de température observée de 0,5 °C. On s'attend donc à ce que le cycle de l'eau s'intensifie, mais davantage de preuves sont nécessaires pour le dire.
Preuve de salinité pour les changements dans le cycle de l'eau
Les processus essentiels du cycle de l'eau sont les précipitations et l'évaporation. La quantité locale de précipitations moins l' évaporation (souvent notée comme PE) montre l'influence locale du cycle de l'eau. Les changements dans l'amplitude du PE sont souvent utilisés pour montrer les changements dans le cycle de l'eau. Mais des conclusions solides sur les changements dans la quantité de précipitations et d'évaporation sont complexes. Environ 85 % de l'évaporation terrestre et 78 % des précipitations se produisent à la surface de l'océan, où les mesures sont difficiles. Les précipitations, d'une part, ne disposent d'enregistrements d'observation précis à long terme que sur des surfaces terrestres où la quantité de précipitations peut être mesurée localement (appelée in-situ ). L'évaporation, d'autre part, n'a pas du tout d'enregistrements d'observation précis à long terme. Cela interdit de tirer des conclusions sûres sur les changements survenus depuis la révolution industrielle. Le RE5 (cinquième rapport d'évaluation) du GIEC crée un aperçu de la littérature disponible sur un sujet, et étiquette le sujet puis sur la compréhension scientifique. Ils n'attribuent qu'une confiance faible aux changements de précipitations avant 1951, et une confiance moyenne après 1951, en raison de la rareté des données. Ces changements sont attribués à l'influence humaine, mais seulement avec une confiance moyenne également.
Salinité océanique
Une autre méthode pour suivre les changements dans le cycle de l'eau consiste à mesurer la salinité de la surface océanique mondiale . L'eau de mer se compose d'eau douce et de sel, et la concentration de sel dans l'eau de mer est appelée salinité. Le sel ne s'évapore pas, ainsi la précipitation et l'évaporation de l'eau douce influencent fortement la salinité. Les changements dans le cycle de l'eau sont donc fortement visibles dans les mesures de salinité de surface, ce qui est déjà reconnu depuis les années 1930.
.png)
L'avantage d'utiliser la salinité de surface est qu'elle est bien documentée au cours des 50 dernières années, par exemple avec des systèmes de mesure in-situ comme ARGO . Un autre avantage est que la salinité océanique est stable sur des échelles de temps très longues, ce qui facilite le suivi des petits changements dus au forçage anthropique. La salinité océanique n'est pas répartie de manière homogène sur le globe, il existe des différences régionales qui montrent une tendance claire. Les régions tropicales sont relativement fraîches, car ces régions sont dominées par les précipitations. Les régions subtropicales sont plus salines, car elles sont dominées par l'évaporation, ces régions sont également connues sous le nom de « latitudes désertiques ». Les latitudes proches des régions polaires sont alors à nouveau moins salines, avec les valeurs de salinité les plus faibles trouvées dans ces régions. C'est parce qu'il y a une faible quantité d'évaporation dans cette région et une grande quantité d'eau de fonte douce entrant dans l'océan.
Les enregistrements d'observation à long terme montrent une tendance claire : les modèles de salinité globale s'amplifient au cours de cette période. Cela signifie que les régions à haute salinité sont devenues plus salines et que les régions à faible salinité sont devenues moins salines. Les régions de haute salinité sont dominées par l'évaporation, et l'augmentation de la salinité montre que l'évaporation augmente encore plus. Il en va de même pour les régions de faible salinité qui deviennent moins salines, ce qui indique que les précipitations ne s'intensifient que davantage. Ce schéma spatial est similaire au schéma spatial de l'évaporation moins les précipitations. L'amplification des schémas de salinité est donc une preuve indirecte d'une intensification du cycle de l'eau.
Pour approfondir la relation entre la salinité des océans et le cycle de l'eau, les modèles jouent un rôle important dans la recherche actuelle. Les modèles de circulation générale (MCG) et plus récemment les modèles de circulation générale atmosphère-océan (AOGCM) simulent les circulations mondiales et les effets de changements tels qu'un cycle de l'eau qui s'intensifie. Les résultats de plusieurs études basées sur de tels modèles confirment la relation entre les changements de salinité de surface et l'amplification des précipitations moins les schémas d'évaporation.
Une métrique pour capturer la différence de salinité entre les régions à haute et basse salinité dans les 2000 premiers mètres de l'océan est capturée dans la métrique SC2000. L'augmentation observée de cette métrique est de 5,2% (±0,6%) de 1960 à 2017. Mais cette tendance s'accélère, puisqu'elle a augmenté de 1,9% (±0,6%) de 1960 à 1990, et de 3,3% (±0,4%) à partir de 1991. à 2017. L'amplification du motif est plus faible sous la surface. En effet, le réchauffement des océans augmente la stratification près de la surface, la couche souterraine est toujours en équilibre avec le climat plus froid. Cela rend l'amplification de surface plus forte que les modèles plus anciens prédits.
Effets sur la circulation océanique
Près des pôles, le changement climatique induit un autre effet sur le cycle de l'eau. L'augmentation des températures atmosphériques conduit à un taux plus élevé de fonte des glaces terrestres et marines. Cela crée un afflux important d'eau douce dans l'océan, ce qui abaisse localement la salinité de l'eau de surface. La circulation thermohaline en général, et l' AMOC en particulier, dépendent de la forte salinité de surface actuelle dans l'Arctique. L'eau froide et saline a une densité élevée (comme décrit par l' équation d'état ) et coule donc au fond de l'océan. Sur le fond il retourne ensuite vers le sud, c'est ce qu'on appelle le renversement. Un grand débit d'eau de fonte dans les bassins arctiques réduit la salinité de surface et donc cet effet de renversement. Comme décrit dans le modèle Stommel Box , un point de basculement peut être atteint lorsque la salinité de surface de l'Arctique continue de diminuer par l'eau de fonte, entraînant un arrêt de l'AMOC ou un changement de direction. Cela aurait un impact important sur le climat mondial et les sociétés humaines.
Ceci serait pratiquement irréversible, puisque le système a une boucle d' hystérésis . Cela signifie que le retour du système à l'ancien état nécessiterait des valeurs de salinité beaucoup plus élevées que celles que nous connaissons actuellement, ce qui explique les grandes inquiétudes concernant l'atteinte du point de basculement.