Lượng mưa được đặc trưng bởi sự biến thiên tự nhiên đáng kể, bao gồm cả quy mô vùng và chu kì. Sự thay đổi tương đối lớn này đặt ra một thách thức lớn trong việc đánh giá ý nghĩa của sự thay đổi lượng mưa do con người gây ra. Ở đây chúng tôi sử dụng thí nghiệm về biến đổi khí hậu để đánh giá xem liệu trên quy mô vùng có sự khác biệt về sự thay đổi của con người trong trạng thái chu kì không? Ở đây, phân biệt có nghĩa là thay đổi nhân tạo nằm ngoài phạm vi dự kiến từ sự biến thiên tự nhiên. So với thời kỳ 1950-1999, các biến đổi mô phỏng sự gia tăng lượng mưa ở các quốc gia ở giai đoạn 2000-2009 đã được phân biệt trên 36-41% trên toàn cầu – chủ yếu ở các vĩ độ cao, phía đông đại dương và vùng nhiệt đới. Tác động của con người trong các kịch bản phát thải trung bình tới cao trong tương lai dự kiến sẽ làm thay đổi 68-75% trên toàn cầu vào năm 2050 và 86-88% vào năm 2100. Những phát hiện của chúng tôi cho thấy sự thay đổi trong sự giảm lượng mưa trung bình theo chu kỳ sẽ vượt quá giới hạn biến thiên tự nhiên trên hầu hết hành tinh trong vài thập kỷ.
Sự khác nhau về biến đổi của lượng mưa có thể có những tác động quyết liệt đến môi trường và xã hội. Ví dụ, năm 1930 ở Hoa Kỳ, hạn hán kéo dài hàng thập kỷ, là một trong những thảm hoạ môi trường nghiêm trọng nhất ảnh hưởng đến Hoa Kỳ trong thế kỷ qua. Dự báo những thay đổi trong thời kỳ suy giảm lượng mưa – đặc biệt là những thay đổi do các hoạt động của con người – đã không chỉ là mục tiêu lâu dài của các nhà khoa học mà còn là mối quan tâm lớn của công chúng. Sự biến đổi suy giảm trong lượng mưa bị chi phối bởi biến đổi khí hậu nội bộ (phát sinh từ các quá trình tự nhiên bên trong hệ thống khí hậu và các tương tác của chúng) vốn không thể đoán trước được trong vòng một thập kỷ (do hỗn độn của hệ thống khí hậu) . Sự thống trị của biến đổi khí hậu trong nội bộ (tiếng ồn) không thể đoán trước là một thách thức rất lớn trong việc dự báo và đánh giá sự thay đổi theo thời kỳ suy giảm của con người do lượng mưa (tín hiệu) do tỷ lệ tín hiệu-tiếng ồn thấp. Tuy nhiên, dự báo và đánh giá sự thay đổi của thời kỳ suy giảm con người trong lượng mưa có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự hiểu biết khoa học và các ứng dụng thực tiễn (hoạch định chính sách) liên quan đến giảm nhẹ và thích ứng khí hậu.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đánh giá nơi nào và khi nào sự suy giảm trầm tích theo quy mô ở cấp độ khu vực có nghĩa là những quốc gia phát sinh từ sự tác động của con người có thể được phân biệt mạnh mẽ với bối cảnh biến đổi khí hậu nội bộ ở tần số thấp (dài hơn một thập niên) không dự đoán được trong các dự báo chung trong tương lai. Chúng tôi tập trung vào trạng thái trung bình do sự thay đổi nhân tạo trong trạng thái trung bình là thành phần có thể đoán trước nhất trong sự thay đổi khí hậu. Sự thay đổi trạng thái trung gian mưa được xác định là có thể phân biệt được khi biên độ của sự thay đổi nằm ngoài phạm vi biến đổi khí hậu nội bộ tần số thấp có thể xảy ra. Cụ thể, chúng ta giải quyết câu hỏi dưới đây: Trên một thập kỷ và khung lưới bằng cơ sở lưới điện, dự báo sự thay đổi lượng mưa có nghĩa là trạng thái tương đối so với khí hậu 1950-1999 có thể phân biệt được với biến đổi khí hậu trong nội bộ tần số thấp và do sự tác động của con người ? Câu trả lời cho câu hỏi này có thể thông báo các chính sách về quản lý tài nguyên nước, phát triển nông nghiệp, an ninh lương thực và xã hội. Để trả lời câu hỏi trên, chúng tôi xem xét sự phát triển của sự thay đổi theo thời kỳ trong trạng thái mưa kéo dài sau năm 2000 (tương ứng với khí hậu 1950-1999), với trọng tâm là các dự đoán cho đến năm 2050. Về việc thay đổi theo thời gian chúng ta định lượng được các đóng góp tương đối từ sự biến đổi khí hậu tự nhiên và sự biến đổi khí hậu tự nhiên, trong đó bao gồm cả biến đổi khí hậu trong nội bộ tần số thấp không được áp đặt và sự biến đổi tự nhiên (ví dụ như núi lửa). Chúng tôi chỉ ra rằng, về quy mô vùng, sự thay đổi thời kỳ suy tàn của con người trong trạng thái mưa vừa giảm dần từ sự biến thiên khí hậu tự nhiên với từng thập kỷ qua nhiều khu vực trên thế giới.
Trong các mô phỏng của chúng tôi, sự thay đổi nhân tạo trong trạng thái có lượng mưa vừa có thể phân biệt được với biến đổi khí hậu tự nhiên trong khoảng 36-41% toàn cầu trong những năm 2000 so với khí hậu 1950-1999. Những tín hiệu phân biệt sớm nhất này bao gồm ẩm ướt trên vĩ độ cao và vùng xích đạo Thái Bình Dương và vùng khô hạn trên các đại dương phía đông gần các cao nguyên cận nhiệt đới. Ở các vĩ độ cao và các đại dương phía đông phía đông, sự phân biệt sớm nhất chủ yếu phát sinh từ sự biến đổi khí hậu nội tại yếu (do đó thậm chí tín hiệu nhỏ cũng có thể xuất hiện), trong khi ở Thái Bình Dương xích đạo, chủ yếu là do tín hiệu ẩm mạnh.
Ở vùng nhiệt đới, sự xuất hiện sớm của tín hiệu nhân tạo ở trạng thái có lượng mưa tương tự như nhiệt độ bề mặt được báo cáo trong một số nghiên cứu trước đó, nhưng vì một lý do khác. Sự xuất hiện sớm của sự ấm lên của con người ở các vùng nhiệt đới dẫn đến chủ yếu từ sự biến đổi nội tại tương đối yếu trong nhiệt độ bề mặt, trong khi sự xuất hiện sớm của sự giữ ẩm con người phát sinh chủ yếu từ tín hiệu tương đối mạnh mẽ (vì sự biến thiên nội tại rất mạnh). Trên vĩ độ cao (đặc biệt là bán cầu bắc), sự xuất hiện sớm của tín hiệu nhân tạo được dự báo cho lượng mưa, nhưng không cho nhiệt độ bề mặt. Sự khác biệt này cũng là do biên độ tương đối của biến đổi khí hậu nội bộ: sự biến đổi nội tại mạnh mẽ của nhiệt độ bề mặt sẽ làm chậm sự xuất hiện của sự nóng lên của con người (mặc dù khuếch đại cực được biết đến).
Các phát hiện của chúng tôi làm nổi bật những tác động đáng kể đối với lượng mưa trong tương lai có nghĩa là kết quả từ phát thải do con người gây ra. Trên phạm vi toàn cầu, hơn 60% và 85% toàn cầu dự kiến sẽ trải nghiệm những thay đổi nhân tạo có thể phân biệt trong trạng thái mưa đến năm 2050 và 2100. Về quy mô vùng, các tín hiệu nhân học với khả năng phân biệt sớm được dự đoán cho một số khu vực đất, ví dụ như ẩm ướt ở Đông Nam Nam10, Đông Bắc Bắc Mỹ và Bắc Eurasia trong mùa lạnh cực đại và ẩm ướt ở Đông Nam Á và sự khô (ở PmE) Bắc Mỹ và Trung Á Á-Âu trong suốt mùa ấm áp. Những thay đổi trạng thái của lượng mưa có nghĩa là người ta cho rằng những điều cực đoan về thủy văn trong tương lai sẽ xảy ra xung quanh trạng thái trung bình chuyển đổi có thể tăng cường sức mạnh của chúng (ví dụ như lũ lụt, hạn hán qua trạng thái trung bình ướt hoặc khô hơn), do đó gây ra những thách thức nghiêm trọng cho cả hệ sinh thái và xã hội.
https://www.nature.com/articles/s41467-018-03611-3
