vignette|Les phénomènes météorologiques extrêmes (fortes pluies, sécheresses, vagues de chaleur) sont l'une des conséquences des effets du changement climatique sur le cycle de l'eau . Les effets du changement climatique sur le cycle de l’eau sont profonds et ont été décrits comme une intensification ou un renforcement du cycle de l’eau (également appelé cycle hydrologique). Ces effets sont reconnus par l'ensemble de la communauté scientifique et ont été observés depuis au moins 1980. Cependant, ses conséquences sont diverses et difficiles à quantifier avec précision. Le rapport du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) sur le changement climatique et l'eau de 2008 établit un lien entre les futures projections climatiques et la vulnérabilité de la ressource en eau douce. Le réchauffement observé au cours des dernières décennies est relié aux changements survenus dans le cycle de l'eau à grande échelle : augmentation de la teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère, évolution de l'intensité et des extrêmes des précipitations, diminution de la couverture neigeuse, fonte des glaciers accrue, modification de l’humidité du sol et ruissellement.
Plusieurs caractéristiques inhérentes du cycle de l'eau ont le potentiel de provoquer des changements brusques. Cependant, la probabilité que de tels changements se produisent au cours du siècle est actuellement considérée comme faibleArias, P.A., N. Bellouin, E. Coppola, R.G. Jones, G. Krinner, J. Marotzke, V. Naik, M.D. Palmer, G.-K. Plattner, J. Rogelj, M. Rojas, J. Sillmann, T. Storelvmo, P.W. Thorne, B. Trewin, K. Achuta Rao, B. Adhikary, R.P. Allan, K. Armour, G. Bala, R. Barimalala, S. Berger, J.G. Canadell, C. Cassou, A. Cherchi, W. Collins, W.D. Collins, S.L. Connors, S. Corti, F. Cruz, F.J. Dentener, C. Dereczynski, A. Di Luca, A. Diongue Niang, F.J. Doblas-Reyes, A. Dosio, H. Douville, F. Engelbrecht, V. Eyring, E. Fischer, P. Forster, B. Fox-Kemper, J.S. Fuglestvedt, J.C. Fyfe, et al., 2021: Technical Summary. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, US, pp. 33−144. doi:10.1017/9781009157896.002.. Aperçu vignette| Le cycle de l'eau Le réchauffement de la Terre entraîne une intensification du cycle énergétique dans son système climatique, ce qui provoque des changements dans le cycle global de l'eau. Il s’agit en premier lieu d’une augmentation de la pression de vapeur d’eau dans l’atmosphère. Cela entraîne des changements dans la fréquence et l'intensité des précipitations. Mais également des variations de l’humidité du sol et des eaux souterraines. Pris ensemble, ces mutations sont souvent qualifiées d’intensification et d’accélération du cycle de l’eau. Les processus clés amplifiés sont les sécheresses, les inondations, les cyclones tropicaux, le recul des glaciers, la couverture neigeuse, les inondations dues aux embâcles de glace et les phénomènes météorologiques extrêmes.
La quantité croissante de gaz à effet de serre dans l’atmosphère provoque un réchauffement supplémentaire de la troposphère. La pression de vapeur saturante de l’air augmente avec la température (l’air plus chaud peut contenir plus de vapeur d’eau). Les transferts de chaleur vers les surfaces terrestres, océaniques et glacées favorisent en outre une évaporation accrue. Dès lors, la quantité de vapeur d’eau plus importante dans la troposphère augmente la fréquence d’événements pluvieux plus intenses.
La relation entre la température et la pression de vapeur saturante est décrite par l'équation de Clausius-Clapeyron. Cette loi stipule qu'un réchauffement de l'atmosphère entraîne une augmentation de la concentration en vapeur d'eau dans celle-ci. Les simulations et observations confirment une augmentation thermodynamique de la vapeur d'eau proche de 7 %/°C à basse altitude lorsqu'elle est moyennée à l'échelle mondiale. Le cinquième rapport d'évaluation du GIEC 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 .
L’influence humaine sur le cycle de l’eau peut être observée en analysant la salinité à la surface de l’océan et les modèles de « précipitations moins évaporation (P–E) » au-dessus de l’océan. Les deux critères présentent des résultats élevés. Des recherches publiées en 2012 sur la salinité à la surface des océans au cours de la période 1950 à 2000 confirment la projection d'un cycle mondial de l'eau intensifié, les zones salées devenant plus salées et les zones plus douces devenant plus douces au cours de cette période. Le GIEC indique qu'il existe un degré de confiance élevé sur l'intensification des cyclones, du transport d'humidité atmosphérique et des fortes précipitations.
Cependant, les modèles climatiques ont des difficultés à simuler efficacement le cycle de l’eau. L’une des raisons est la nature intermittente des précipitations. Les scientifiques ont établi que la fréquence et l'intensité des précipitations sont plus représentatives des phénomènes extrêmes. Cependant, ils sont difficiles à calculer dans les modèles climatiques.
Observations et prévisions vignette| Changements prévus dans l'intensité des précipitations et l'évapotranspiration dans le scénario SSP2-4.5. Depuis le milieu du siècle, le changement climatique a entraîné des modifications observables du cycle global de l’eau. Le sixième rapport d’évaluation du GIEC de 2021 évalue que ces changements continueront de s’accentuer de manière significative au niveau mondial et régional .
Le rapport révèle également que les précipitations sur terre ont augmenté depuis 1950, avec une accélération depuis les années 1980 aux latitudes plus élevées. La vapeur d’eau dans l’atmosphère (en particulier dans la troposphère) est présente en plus grande quantité depuis au moins les années 1980. En 2024, l'Organisation météorologique mondiale a publié un rapport indiquant que le changement climatique avait gravement déstabilisé le cycle de l'eau au cours de l'année 2023, provoquant à la fois des précipitations plus fortes et des sécheresses plus prononcées. Selon ce même rapport, les fleuves du monde ont connu leur année la plus sèche depuis au moins 30 ans et de nombreux bassins fluviaux majeurs de la planète se sont asséchés, comme les bassins du Mississippi, de l'Amazone, du Gange, du Brahmapoutre et du Mékong. Pendant trois années consécutives, plus de 50 % des bassins versants mondiaux ont connu des débits fluviaux inférieurs à la normale. Les glaciers ont perdu plus de 600 gigatonnes d’eau, ce qui représente la plus grande perte d’eau des 50 dernières années. C'était la deuxième année consécutive où toutes les régions glaciaires ont connu une perte de glace.
Précipitations et phénomènes extrêmes Les régions situées dans les latitudes les plus élevées (hémisphère nord) verront leurs précipitations augmenter. Des précipitations plus importantes sont déjà observées en Amérique du Nord, en Europe du Nord, en Asie centrale et en Asie du Nord. A l'inverse, les zones subtropicales et la plupart des zones tropicales deviennent plus sèches, avec moins de précipitations. À titre d'exemple, la sécheresse prolongée au Sahel est liée à des changements dans la circulation atmosphérique. Pour les latitudes tropicales, l’exception est la dépression de la mousson pendant la saison des pluies. centré|vignette|Tendance des précipitations annuelles de 1901 à 2005. Sur certains territoires, les tempêtes seront plus fréquentes et plus intenses, ce qui augmentera le risque d'inondation. À l'inverse, les régions du globe situées loin des trajectoires des tempêtes vont subir moins de précipitations et vont connaître un risque accru de sécheresse, en durée et sur des territoires de plus en plus vastes. La Méditerranée, l’Afrique australe, l’Asie du Sud et le Sahel connaissent déjà des sécheresses plus longues et plus intenses, observées depuis les années 1970.
En France En France, le changement climatique a des effets avérés sur les pluies intenses, l'enneigement ou encore les sécheresses. Météo France a observé une augmentation des précipitations annuelles dans la moitié nord et une diminution dans la moitié sud. Cela se répercute ainsi sur les débits annuels des cours d'eau de la métropole. Cependant, hormis certaines régions de l'est de la France ou situées à proximité de la Méditerranée, les tendances en matière de précipitations sont généralement peu prononcées et peuvent fluctuer en fonction de la période d'étude prise en compte.
Le changement climatique se caractérise notamment par une intensification des pluies méditerranéennes en automne, mais avec des été plus secs ; .
thumb|center|360px|Observation de tendances ponctuelles d’évolutions des cumuls annuels des précipitations sur la période 1969-2009 en France (Météo France).
Modifications des conditions météorologiques régionales vignette| Changements prévus de l’humidité moyenne du sol pour un scénario de réchauffement climatique de 2°C. Les conditions météorologiques régionales à travers le monde changent également en raison du réchauffement des océans tropicaux. La zone chaude de l'Indo-Pacifique s'est réchauffée rapidement et s'est étendue au cours des dernières décennies, en grande partie en réponse à l'augmentation des émissions de carbone. Le bassin chaud s'est étendu pour presque doubler sa taille, passant d'une superficie de entre 1900 et 1980 à une superficie de entre 1981 et 2018. Cette expansion a modifié les schémas de précipitations à l’échelle mondiale, en changeant le cycle de l’oscillation julienne de Madden (MJO), qui est le mode de fluctuation météorologique le plus dominant provenant des tropiques.
Potentiel de changement brutal Plusieurs caractéristiques du cycle de l’eau sont susceptibles de provoquer des changements soudains du cycle de l’eau. La définition de « changement brutal » est la suivante : un changement d’échelle régionale à mondiale dans le système climatique qui se produit plus rapidement que par le passé, indiquant que la réponse climatique n’est pas linéaire . Il peut y avoir des « transitions rapides entre les états humides et secs » en raison d’interactions non linéaires entre l’océan, l’atmosphère et la surface terrestre.
Par exemple, un effondrement de la circulation méridionale de retournement de l’Atlantique (AMOC), pourrait avoir des répercussions régionales importantes sur le cycle de l’eau. Le déclenchement ou l'arrêt d'une modification du rayonnement solaire pourrait également entraîner des changements brusques dans le cycle de l’eau. Le cycle de l'eau pourrait également réagir brusquement aux modifications de la surface terrestre : la déforestation et l’assèchement de l’Amazonie, le verdissement du Sahara et du Sahel, l’amplification de la sécheresse par la poussière sont autant de processus qui pourraient y contribuer.
La compréhension scientifique de la probabilité de changements aussi brusques dans le cycle de l’eau n’est pas encore claire. Des changements soudains dans le cycle de l’eau dus à l’activité humaine sont une possibilité qui ne peut être exclue, compte tenu des connaissances scientifiques actuelles. Cependant, la probabilité que de tels mutations se produisent au cours du siècle est actuellement considérée comme faible.
Océans
Changements de la salinité des océans vignette| Distribution moyenne annuelle des précipitations moins l'évaporation. Les régions autour de l'équateur sont dominées par les précipitations, alors que les régions subtropicales sont principalement dominées par l'évaporation.