Thread by @valmasdel

Quelles sont les interactions entre changement climatique et cycle de l’eau ?
Voici un (long) 🧵 basé sur les rapports du GIEC de 2021-2022 qui comportent cette fois 2 chapitres sur l'eau (physique du climat / impacts-risques-adaptation) ...

C'est parti!
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L’eau est vitale pour la vie.
Environ 4% de l’eau douce est disponible et accessible pour le fonctionnement des écosystèmes et les besoins des sociétés humaines, avec de fortes disparités selon les régions et les saisons.

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Chaque année, nos usages de l’eau redistribuent environ la moitié de l’écoulement des rivières. Les pressions croissantes liées à l’utilisation de l’eau sont associées à des enjeux majeurs (nexus eau – alimentation – énergie).
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Dans un climat qui se réchauffe, les changements du cycle de l’eau font partie des premières conséquences qui affectent les écosystèmes terrestres et les sociétés humaines.
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4 milliards de personnes font déjà face à des pénuries d’eau sévères au moins 1 mois par an.
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Le bilan d’énergie de la Terre interagit aussi étroitement avec le cycle de l’eau, notamment via des rétroactions (vapeur d’eau, nuages, albédo des surfaces enneigées et englacées) et des effets dynamiques (circulation atmosphérique et océanique).
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Les cycles de l’eau et du carbone sont étroitement couplés : effet du CO2 sur l’efficacité de l’utilisation de l’eau par les plantes, effets de l’humidité des sols sur la capacité des plantes à absorber du CO2….
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Quelles sont les conséquences déjà observées du changement climatique en cours, du fait de l'influence humaine sur le climat planétaire (+1,1°C de réchauffement par rapport à 1850-1900)?
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Les perturbations des flux de rayonnement (effet de serre, effet "parasol" des particules de pollution - les aérosols) affectent le climat, et les processus du cycle de l'eau.
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Les perturbations des flux radiatifs (gaz à effet de serre, aérosols) affectent les processus atmosphériques du cycle de l'eau, qui conduisent à des rétroactions sur le climat.
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Le changement climatique dû à l’influence humaine a déjà provoqué des changements détectables dans le cycle de l’eau global depuis le milieu du 20ème siècle.
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Les précipitations continentales ont augmenté depuis les années 1950, plus rapidement depuis les années 1980, avec des contrastes marqués selon les régions et les saisons.
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En haut : les obs (changements de la moyenne annuelle des précipitations). En-dessous : la réponse aux perturbations radiatives (ALL, tout; GHG, gaz effet serre; AER, aérosols).
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Ce graphique permet de mieux visualiser la structure des effets contrastés des gaz à effet de serre et des aérosols sur les changements de température (❗️ les échelles de couleur sont différentes pour les cartes de gauche et de droite), précipitations, et aridité des sols
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Outre le changement climatique dû à l’influence humaine, l’occurrence d’éruptions volcaniques majeures affecte le cycle de l’eau pendant 1-3 ans (effet temporaire radiatif des aérosols volcaniques).
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Revenons à l'accumulation de chaleur dans le système climatique, dû à l'influence humaine.
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La quantité de vapeur d’eau de la troposphère (le bas de l'atmosphère) a augmenté depuis au moins les années 1980, du fait du réchauffement dû à l’influence humaine.
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est aussi le cas de l’humidité spécifique en surface depuis la fin des années 1970, au-dessus de l’océan et des continents.
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Le réchauffement plus marqué au dessus des continents que de l’océan modifie la circulation atmosphérique et réduit l’humidité relative au niveau des surfaces continentales, ce qui contribue à leur assèchement.
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Le changement climatique dû à l’influence humaine se manifeste aussi des modifications du bilan (précipitation – évaporation) ...
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Cela conduit à une amplification des contrastes de salinité à la surface de l’océan (les régions de forte salinité deviennent + salées, et les régions de faible salinité deviennent - salées).
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Ces changements de salinité affectent la densité de l’eau de mer en surface, son mélange, et peuvent affecter les écosystèmes marins (y compris en lien avec les activités d'aquaculture)
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A mesure du réchauffement planétaire, l’évaporation augmente au-dessus de l’océan et l’évapotranspiration augmente au-dessus des continents (sauf en cas de sols secs), avec des variations régionales.
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Le réchauffement au-dessus des continents entraîne une augmentation de la demande évaporative de l’atmosphère et une augmentation de la sévérité des évènements de sécheresse.
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Le changement climatique dû aux activités humaines a déjà contribué à augmenter les sécheresses agricoles et écologiques (liées à l'humidité des sols) dans certaines régions (hexagones jaunes) du fait d’une augmentation de l’évapotranspiration
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La réponse du cycle de l’eau aux perturbations du bilan d’énergie de la Terre joue un rôle clé dans les rétroactions climatiques, notamment via les changements du profil vertical de température et la quantité de vapeur d’eau qu’elle peut contenir (+7%/°C), et les nuages.
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Il est maintenant établi que les nuages sont associés à une rétroaction amplificatrice.
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L’amélioration de la compréhension de ces processus climatiques, combinée aux informations paléoclimatiques et aux observations de la réponse du climat au forçage radiatif, a permis de réduire la plage d'incertitude associée à la sensibilité climatique.
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Cela permet de contraindre les projections en réponse aux 5 cinq scénarios illustratifs qui couvrent l'éventail des évolutions futures possibles des facteurs anthropiques du changement climatique disponibles dans la littérature scientifique (SSP).
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La poursuite du réchauffement planétaire intensifiera le cycle global de l’eau et sa variabilité, notamment les évènements et saisons très humides et très secs,
avec des implications pour les risques d'inondations et sécheresses.
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Pour chaque incrément de réchauffement supplémentaire, à l'échelle planétaire, les changements en moyenne annuelle s'accentuent dans chaque région, avec des effets contrastés pour les précipitations, amplifiés pour l'humidité des sols (effet évapotranspiration en +).
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Attention pour certaines grosses taches vertes sur ces cartes : des changements absolus faibles peuvent sembler importants quand ils sont exprimés en % lorsque les conditions de référence sont très sèches (ex Sahara).
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A ces changements en moyenne annuelle s'ajoutent des modifications de la répartition saisonnière des précipitations, illustrées ici pour 1 scénario intermédiaire. DJF = déc-janvier-février, MAM = mars avril mai, JJA = juin juillet août, et SON = sept oct novembre.
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Les effets sur le ruissellement moyen projeté sont aussi contrastés selon les saisons (même échelle de couleur que ci-dessus)
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Les changements de précipitations reflètent à la fois des effets thermodynamiques (+ 2 à 3% de précipitations par °C de réchauffement) et des effets dynamiques (changements de la circulation atmosphérique de grande échelle).
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L’augmentation de l’évapotranspiration, en particulier du fait de l’augmentation de la demande évaporative atmosphérique, diminue l’humidité des sols dans certaines régions (augmentation d'aridité).
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La surface continentale affectée par une augmentation de la fréquence et la sévérité des sécheresses va augmenter.
Davantage de régions sont affectées par une augmentation de ces sécheresses pour un niveau de réchauffement planétaire + élevé.

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Autour de la Méditerranéee, au sud-ouest de l’Amérique du sud et à l’ouest de l’Amérique du Nord, l’aridification future va largement excéder l’ampleur des variations du dernier millénaire.
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L’occurrence simultanée de vagues de chaleurs et de sécheresses est devenue plus fréquente au cours du dernier siècle et cela se poursuivra pour chaque incrément supplémentaire de réchauffement.
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J'avais déjà fait un point sur les conditions météorologiques chaudes et sèches, propices aux incendies, ici :

https://twitter.com/valmasdel/status/1548260050963116033

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Le recul de la cryosphère (surfaces enneigées et englacées) va aussi affecter les ressources hydrologiques.
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L’enneigement de printemps a diminué dans l’hémisphère nord depuis les années 1950. Le démarrage plus précoce de la fonte de la neige contribue à des changements de débits des cours d’eau selon les saisons.
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Les surfaces de l'hémisphère nord enneigées au printemps continueront à diminuer à mesure du niveau de réchauffement planétaire (- 8% par 1°C)
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A de rares exceptions près, les glaciers perdent de la masse partout dans le monde
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Ces changements de la cryosphère modifient la saisonnalité des débits des cours d’eau, avec un pic plus précoce dans les régions de montagne ou de haute altitude
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Les glaciers de montagne vont continuer à rétrécir (avec un temps d’ajustement parfois de plusieurs décennies)
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Dans les projections, le ruissellement alimenté par les petits glaciers diminue du fait de leur perte de masse, tandis que le ruissellement provenant des plus grands glaciers augmente avec le niveau de réchauffement planétaire avec leur perte de masse.
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Dans le monde, 2 milliards de personnes, 2/3 de l’agriculture irriguée dépend du ruissellement provenant des régions de montagne. La diminution de l’enneigement & le retrait des glaciers entraîneront une baisse d’approvisionnement en eau - une limite dure pour l’adaptation.
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En montagne, les enjeux d’adaptation notamment pour la gestion de l’eau sont majeurs (voir fil :

https://twitter.com/valmasdel/status/1544005926360948738

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Passons aux pluies extrêmes.
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Un climat + chaud augmente le transport d’humidité dans les systèmes météorologiques, ce qui intensifie les saisons et évènements humides.
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L’augmentation de la capacité de l’atmosphère à contenir de l’humidité (+7% /°C de +) entraîne une intensification similaire pour les événements de pluies extrêmes (de l’échelle sub-journalière à l’échelle saisonnière), augmentant la sévérité des risques d’inondations.
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Les taux moyens et maximum de précipitation associés aux cyclones tropicaux et extra tropicaux, aux rivières atmosphériques et aux orages convectifs violents augmentent à mesure du niveau de réchauffement planétaire.
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Dans certaines régions, le pic du taux de précipitations pour les cycles tropicaux va augmenter encore davantage, à cause d’une augmentation de la convergence d’humidité en surface associée à une augmentation de l’intensité des vents.
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La fréquence et l’intensité des pluies extrêmes ont augmenté depuis les années 1950 sur la majorité des régions continentales où des données d’observation de bonne qualité sont disponibles. L’influence humaine sur le climat en est le principal facteur.
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Ces pluies extrêmes vont devenir plus fréquentes et plus intenses pour chaque incrément supplémentaire de réchauffement.
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Vous le voyez, le changement climatique va affecter les aléas d'inondations (voir + bas pour les options d'action).
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La probabilité d’inondations composites (submersion de tempête + pluie et/ou débit de cours d’eau extrêmes) a augmenté dans certains endroits et va continue à augmenter du fait de la hausse du niveau de la mer et des augmentations de pluies extrêmes
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dont l’intensité des précipitations associées aux cyclones tropicaux.
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Dans les projections, la variabilité du cycle de l’eau et des extrêmes associés augmente plus rapidement que les changements moyens.
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Dans les tropiques tout au long de l’année et en été dans les autres régions, la variabilité interannuelle des précipitations et du ruissellement va augmenter plus rapidement que les changements des précipitations moyennes saisonnières.
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La variabilité des précipitations va aussi augmenter au sein de chaque saison, avec une diminution du nombre de jours de pluie mais une augmentation de l’intensité moyenne journalière des pluies, au dessus de nombreuses régions continentales.
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Cette augmentation de la volatilité de la pluviométrie (périodes + longues sans pluie, évènements de pluies + extrêmes quand il pleut) est illustrée ici pour 2081-2100, toujours pour le scénario intermédiaire,
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Ces aspects du cycle de l’eau font partie d’un ensemble de facteurs climatiques générateurs d’impacts, que vous pouvez explorer et dont vous pouvez trouver une synthèse région par région sur l’atlas interactif, interactive-atlas.ipcc.ch
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A l’échelle régionale et à court terme, ces tendances dues à l’influence humaine sur le climat seront modulées par les facteurs naturels et la variabilité interne.
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Pour les précipitations moyennes de nombreuses régions terrestres, la variabilité interne est en grande partie responsable de l'amplification et l'amoindrissement des changements d'origine humaine à l'échelle décennale à multi décennale observés.
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Vous trouverez une mine d'informations sur les effets des modes de variabilité naturelle dans l'annexe IV du rapport du groupe I. C'est illustré ici pour l'oscillation nord atlantique (qui joue sur la répartition de la pluviométrie d'hiver entre sud et nord de l'Europe)
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ou pour la variabilité multi-décennale de l'Atlantique, qui module aussi la pluviométrie en moyenne annuelle en Europe de l'Ouest.
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Leurs effets se superposent aux tendances liées à l'influence humaine sur le climat.
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Les variations à court terme des moussons seront dominées par les effets de la variabilité interne.
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L'incertitude sur les changements à court terme des précipitations résultent aussi de la dispersion des résultats issus de modèles (effets dynamiques) et de l’incertitude sur les forçages liés aux aérosols (effets régionaux).
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Les changements d’affectation des terres et l’extraction d’eau pour l’irrigation affectent aussi les réponses locales et régionales du cycle de l’eau.
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La déforestation à grande échelle réduit l’évapotranspiration et les précipitations, et augmente le ruissellement pour les régions déforestées, par rapport aux effets régionaux du changement climatique.
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L’urbanisation augmente les précipitations locales et l’intensité du ruissellement
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L’augmentation des précipitations dans certaines régions tropicales a renforcé la recharge des nappes.
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Mais un épuisement des eaux souterraines se produit depuis au moins le début du 21e siècle, en raison des prélèvements d'eau souterraine pour l'irrigation des zones agricoles dans les régions sèches.
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A l’échelle planétaire, les changements d’affectation des terres affectent l’albédo de la surface (la fraction de rayonnement solaire incident qui est réfléchie), selon le type de végétation et sols (c'est un forçage radiatif).
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L’irrigation affecte l’évaporation. Une augmentation d’évaporation et de transpiration a un effet refroidissant en surface,
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mais pas d’effet direct sur les flux radiatifs au sommet de l’atmosphère : du fait de la courte durée de vie de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, les modifications de l’évaporation sont négligeables sur la contribution à l’effet de serre de la vapeur d’eau atmosphérique.
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L’évaporation induite par l'irrigation peut néanmoins affecter les ajustements radiatifs (forçage radiatif effectif) via les nuages bas.
Pour en savoir plus : iopscience.iop.org/article/10.108…
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Le forçage radiatif effectif lié au changements d’usages des terres est estimé à environ -0,15 W/2 (effet net refroidissant) et celui lié à l’irrigation (via les nuages bas) est de l’ordre de -0,05 W/m2, soit un effet total de l’ordre de -0,2 W/m2.
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Un mot sur les écosystèmes terrestres. La distribution géographique des zones climatiques s’est déplacée au cours des derniers 50 ans dans de nombreuses régions du monde. Les espèces terrestres se déplacent vers les pôles et en altitude.
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Des augmentations sont projetées pour la sécheresse, l’aridité, et les conditions propices aux incendies dans certaines régions
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Le changement climatique va augmenter les perturbations d’écosystèmes, notamment les incendies et la mortalité d’arbres (stress thermique et hydrique).
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La probabilité de franchir des seuils régionaux de tolérance incertains (eg incendies, dépérissement de forêts) augmente avec chaque incrément de réchauffement supplémentaire.
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Dans le cas d’un scénario intermédiaire d’émissions de gaz à effet de serre ou + (+ 2°C d’ici 2050), les projections climatiques montrent une diminution des taux d'absorption du CO2 par les terres émergées et l’océan au cours de la seconde moitié du 21e siècle
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Les impacts liés à l’effet du changement climatique sur l’eau sont déjà observés dans chaque région, et les risques vont dépendre du niveau de réchauffement, et de l'efficacité des réponses mises en oeuvre (gestion de risque, adaptation).
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Dans le monde, 60% des interventions d’adaptation portent sur les réponses face aux aléas climatiques liés à l’eau.
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Les options d'adaptation et de gestion des inondations se sont par exemple avérées efficaces pour réduire les pertes de vies humaines, mais pas entièrement pour maintenir les moyens de subsistance et réduire les dommages aux infrastructures.
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Chaque incrément de réchauffement augmente les risques physiques liés à l’eau notamment pour les régions et populations + exposées et + vulnérables.
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Différents acteurs initient différents types de réponses en matière d’adaptation. Les enjeux portent sur les écosystèmes, les activités et rendements agricoles, l’approvisionnement en eau des villes, la production énergétique (notamment pour l’hydroélectricité).
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avec une palette de stratégies possibles, illustrées ici pour les services liés à l'eau pour les ville
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Dans certains cas, il est possible de cartographier les effets positifs d'actions d’adaptation, selon différentes dimensions (y compris les vulnérabilités, et les effets sur les écosystèmes, qui ne sont pas toujours prioritaires)
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On observe aussi des pertes et dommages, malgré les efforts d’adaptation.
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Chaque option d’adaptation peut permettre de réduire les risques mais peut aussi être associée à une maladaptation.
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Certaines options d’action peuvent perdre en efficacité du fait de limites physiques sur la quantité d’eau disponible (aridification, ou eau de fonte de la cryosphère)
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avec des différences d'efficacité (et d'impacts résiduels) selon le niveau de réchauffement planétaire, et selon les régions
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Les surfaces irriguées ont doublé au cours des derniers 50 ans. L’irrigation peut augmenter la résilience en réduisant le stress lié à la chaleur et la sécheresse sur les rendements des cultures.
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Si l’extension de l’irrigation est l’une des mesures d’adaptation les + couramment envisagées, elle est contrainte par l’évolution des ressources en eau disponibles dans un climat qui se réchauffe.
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Le remplacement de systèmes inefficaces par des systèmes performants peut permettre de réduire de ¾ la consommation d’eau en maintenant des rendements stables.
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L’orientation vers des cultures – gourmandes en eau et – sensibles au climat serait optimale en terme d’efficacité de l’utilisation en eau, si elle est intégrée dans une stratégie de sécurité d’approvisionnement alimentaire (aliments de base).
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Enfin, certaines options d’action pour réduire les émissions de gaz à effet de serre peuvent aussi avoir une forte empreinte en eau (cultures de biomasse pour l’énergie, afforestation ou reforestation), ...
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et il est important d’en tenir compte pour construire des trajectoires de développement qui soient résilientes (la sécurité en eau est un aspect critique de la soutenabilité).
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Cette synthèse a été produire à partir de plusieurs chapitres du rapport WGI GIEC 2021 (ch 2, 7, 8, 9, 11, 12 atlas), du résumé technique (encadré eau) et du résumé pour décideurs, et du chapitre 4 du rapport WGII GIEC 2022, tout est dispo là : ipcc.ch
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Je rappelle pour terminer les risques clés pour l'Europe dans un climat qui se réchauffe.

Mon souhait est que ces connaissances puissent être mobilisées pour agir, par anticipation, sur les causes et sur les conséquences.

Je compte sur vous!

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