miniaturadaimagem|270x270px|O tempo extremo (chuvas fortes, secas, ondas de calor) é uma consequência da mudança do ciclo da água devido ao aquecimento global. Estes eventos se tornarão cada vez mais comuns à medida que a Terra se aquece Os efeitos da mudança climática no ciclo hidrológico são profundos e têm sido descritos como uma intensificação ou um fortalecimento do ciclo hidrológico (também chamado de ciclo da água). Este efeito tem sido observado desde pelo menos 1980. Um exemplo é quando os eventos de chuva forte se tornam ainda mais fortes. Os efeitos da mudança climática no ciclo da água têm efeitos negativos importantes na disponibilidade de recursos de água doce, bem como em outros reservatórios de água, como oceanos, camadas de gelo, atmosfera e umidade do solo. O ciclo da água é essencial para a vida na Terra e desempenha um papel importante no sistema climático global e na circulação oceânica. Espera-se que o aquecimento do planeta seja acompanhado de mudanças no ciclo da água por vários motivos. Por exemplo, uma atmosfera mais quente pode conter mais vapor de água, o que tem efeitos sobre a evaporação e a chuva.
A causa subjacente da intensificação do ciclo da água é o aumento da quantidade de gases de efeito estufa na atmosfera, o que leva a uma atmosfera mais quente por meio do efeito estufa. As leis fundamentais da física explicam como a pressão de vapor de saturação na atmosfera aumenta em 7% quando a temperatura aumenta em 1 °C. Esta relação é conhecida como .
A força do ciclo hidrológico e suas mudanças ao longo do tempo são de considerável interesse, especialmente à medida que o clima muda. O ciclo hidrológico é um sistema pelo qual a evaporação da umidade em um local leva à precipitação (chuva ou neve) em outro. Por exemplo, a evaporação sempre excede a precipitação sobre os oceanos. Isto permite que a umidade seja transportada pela atmosfera dos oceanos para a terra, onde a precipitação excede a evapotranspiração. O escoamento da terra flui para córregos e rios e deságua no oceano, o que completa o ciclo global. O ciclo da água é uma parte fundamental do por meio do resfriamento evaporativo na superfície, que fornece calor latente à atmosfera, já que os sistemas atmosféricos desempenham um papel primordial na movimentação do calor para cima.
A disponibilidade de água desempenha um papel importante na determinação do destino do calor excedente. Ele pode ir para a evaporação ou para o aumento da temperatura do ar. Se houver água disponível (como nos oceanos e nos trópicos), o calor extra será destinado principalmente à evaporação. Se não houver água disponível (como em áreas secas na terra), o calor extra será usado para aumentar a temperatura do ar. Além disso, a capacidade de retenção de água da atmosfera aumenta proporcionalmente com o aumento da temperatura. Por esses motivos, os aumentos de temperatura predominam no Ártico () e na terra, mas não nos oceanos e nos trópicos.
Várias características inerentes têm o potencial de causar mudanças repentinas (abruptas) no ciclo da água. No entanto, a probabilidade de que essas mudanças ocorram durante o século XXI é considerada baixa.
Visão geral esquerda|miniaturadaimagem|250x250px|Ciclo da água O aquecimento da Terra leva a uma maior ciclagem de energia em seu sistema climático, causando mudanças no ciclo global da água. Estas incluem, em primeiro lugar, o aumento da na atmosfera. Isto causa mudanças nos padrões de precipitação com relação à frequência e à intensidade, bem como mudanças na água subterrânea e na umidade do solo. Em conjunto, essas mudanças são frequentemente chamadas de “intensificação e aceleração” do ciclo da água. Os principais processos que também serão afetados são secas e enchentes, ciclones tropicais, recuo de geleiras, cobertura de neve, e eventos meteorológicos extremos.
O aumento da quantidade de gases de efeito estufa na atmosfera leva a um aquecimento adicional da atmosfera inferior, também conhecida como troposfera. A pressão de vapor de saturação do ar aumenta com sua temperatura, o que significa que o ar mais quente pode conter mais vapor de água. Além disso, as transferências de calor para as superfícies da terra, do oceano e do gelo promovem mais evaporação. A maior quantidade de água na troposfera aumenta as chances de ocorrência de chuvas mais intensas.
Essa relação entre a temperatura e a pressão de vapor de saturação é descrita na , que afirma que a pressão de saturação aumentará em 7% quando a temperatura subir 1 °C. Isto é visível nas medições do vapor de água troposférico, fornecidas por satélites, radiossondas e estações de superfície. O IPCC AR5 conclui que o vapor de água troposférico aumentou 3,5% nos últimos 40 anos, o que é consistente com o aumento de temperatura observado de 0,5 °C.
A influência humana no ciclo da água pode ser observada pela análise da salinidade da superfície do oceano e dos padrões de “precipitação menos evaporação (P-E)” sobre o oceano. Ambos estão elevados. Pesquisas publicadas em 2012 com base na salinidade da superfície do oceano no período de 1950 a 2000 confirmam a projeção de um ciclo global da água intensificado, com áreas salgadas se tornando mais salinas e áreas mais doces se tornando mais doces durante o período. O IPCC indica que há alta confiança de que os eventos de precipitação pesada associados a ciclones tropicais e extratropicais, o transporte de umidade atmosférica e os eventos de precipitação intensa se agravarão.
Precipitação intermitente Os modelos climáticos não simulam muito bem o ciclo da água. Um dos motivos é que a precipitação é uma quantidade difícil de lidar porque é inerentemente intermitente. Muitas vezes, apenas a quantidade média é considerada. As pessoas tendem a usar o termo “precipitação” como se fosse o mesmo que “quantidade de precipitação”. O que de fato importa ao descrever as mudanças nos padrões de precipitação da Terra é mais do que apenas a quantidade total: trata-se também da intensidade (com que intensidade chove ou neva), da frequência (com que frequência), da duração (por quanto tempo) e do tipo (se é chuva ou neve). Os cientistas pesquisaram as características da precipitação e descobriram que são a frequência e a intensidade que importam para os extremos, e estas são difíceis de calcular nos modelos climáticos.
Observações e projeções miniaturadaimagem|250x250px|Mudanças previstas na intensidade de eventos de precipitação e evapotranspiração no cenário de mudança climática Desde meados do século XX, as mudanças climáticas causadas pelo ser humano incluem alterações observáveis no ciclo global da água. O sexto relatório de avaliação do IPCC, em 2021, projetou que essas mudanças continuarão a aumentar significativamente ao nível global e regional.
O relatório também constatou que a precipitação sobre a terra tem aumentado desde 1950, com uma taxa de aumento mais rápida desde a década de 1980 e em latitudes mais altas. O vapor de água na atmosfera (especialmente na troposfera) aumentou pelo menos desde a década de 1980. Espera-se que, ao longo do século XXI, a precipitação global anual sobre a terra aumente devido à elevação da .
Um clima mais quente torna mais graves as ocorrências extremamente úmidas e muito secas. Também pode haver mudanças nos padrões de circulação atmosférica. Isto afetará as regiões e a frequência de ocorrência desses extremos. Na maior parte do mundo e em todos os cenários de mudanças climáticas, prevê-se que a variabilidade do ciclo da água e os extremos que a acompanham aumentem mais rapidamente do que as mudanças nos valores médios.
Em 2024, a Organização Meteorológica Mundial publicou um relatório afirmando que a mudança climática havia desestabilizado gravemente o ciclo da água durante o ano de 2023, causando chuvas e secas mais intensas. Os rios do mundo tiveram seu ano mais seco em pelo menos 30 anos e muitas das principais bacias hidrográficas do mundo estavam secando, como as bacias do Mississippi, Amazonas, Ganges, Bramaputra e Mekong. Por três anos consecutivos, mais de 50% das áreas de captação global tiveram descargas fluviais abaixo do normal. As geleiras perderam mais de 600 gigatoneladas de água - a maior perda de água dos últimos 50 anos. Foi o segundo ano consecutivo em que todas as regiões glaciais registraram perda de gelo. esquerda|miniaturadaimagem|250x250px|Mudanças previstas na umidade média do solo para um cenário de aquecimento global de 2°C. Este cenário pode prejudicar a agricultura e os ecossistemas. Uma redução de um desvio padrão na umidade do solo significa que a umidade média do solo corresponderá aproximadamente ao nono ano mais seco entre 1850 e 1900 naquele local
Mudanças em padrões meteorológicos regionais Os padrões meteorológicos regionais em todo o mundo também estão mudando devido ao aquecimento dos oceanos tropicais. A vem se aquecendo rapidamente e se expandindo nas últimas décadas, principalmente em resposta ao aumento das emissões de carbono provenientes da queima de combustíveis fósseis. A piscina quente se expandiu para quase o dobro de seu tamanho, de uma área de 22 milhões de km2 durante 1900-1980 para uma área de 40 milhões de km2 durante 1981-2018. Esta expansão alterou os padrões globais de precipitação, mudando o ciclo de vida da Oscilação de Madden e Julian (OMJ), que é o modo mais dominante de flutuação meteorológica originada nos trópicos.
Potencial de mudança abrupta Várias características do ciclo da água têm o potencial de causar mudanças repentinas (abruptas) nele mesmo. A definição de “mudança abrupta” é: uma mudança em escala regional a global no sistema climático que ocorre mais rapidamente do que no passado, indicando que a resposta climática não é linear. Pode haver “transições rápidas entre estados úmidos e secos” como resultado de interações não lineares entre o oceano, a atmosfera e a superfície terrestre.
Por exemplo, um colapso da circulação meridional de capotamento do Atlântico (AMOC), caso ocorresse, poderia ter grandes impactos regionais no ciclo da água. O início ou o término da também poderia resultar em mudanças abruptas no ciclo da água. Também poderia haver respostas abruptas do ciclo da água às mudanças na superfície terrestre: O desmatamento e a secagem da Amazônia, o esverdeamento do Saara e do Sahel, a amplificação da seca pela poeira são todos processos que podem contribuir.
A compreensão científica da probabilidade de tais mudanças abruptas no ciclo da água ainda não está clara. Mudanças repentinas no ciclo da água decorrentes da atividade humana são uma possibilidade que não pode ser descartada, com o conhecimento científico atual. Entretanto, a probabilidade de que tais mudanças ocorram durante o século XXI é considerada baixa no momento.
Técnicas de medição e modelagem miniaturadaimagem|250x250px|A distribuição média anual da precipitação menos a evaporação. A imagem mostra como a região ao redor do equador é dominada pela precipitação, e os subtrópicos são dominados principalmente pela evaporação
Mudanças na salinidade do oceano Devido ao aquecimento global e ao aumento do derretimento das geleiras, os padrões de circulação termoalina podem ser alterados pelo aumento da quantidade de água doce liberada nos oceanos e, portanto, pela alteração de sua salinidade. A circulação termoalina é responsável por trazer água fria e rica em nutrientes das profundezas do oceano, um processo conhecido como ressurgência.
A água do mar é composta de água doce e sal, e a concentração de sal na água do mar é chamada de salinidade. O sal não evapora, portanto, a precipitação e a evaporação da água doce influenciam fortemente a salinidade. As mudanças no ciclo da água são, portanto, muito visíveis nas medições de salinidade da superfície, o que já é conhecido desde a década de 1930.