Les grandes villes perturbent l’atmosphère, générant souvent plus de précipitations, mais peuvent également avoir un effet desséchant

Les résultats d’une nouvelle étude mondiale sur les régimes de précipitations urbaines soulignent l’importance pour les zones métropolitaines de s’adapter au climat modifié par l’homme.

Les plus grandes zones urbaines du monde ont une influence démesurée sur les conditions météorologiques et climatiques régionales, créant souvent des « îles humides », avec plus de précipitations sur les villes et les zones adjacentes sous le vent, selon une étude publiée lundi dans les Proceedings of the National Academy of Sciences.

La recherche financée par la NASA a utilisé des données satellitaires pour mesurer les précipitations dans et autour des 1 056 villes les plus peuplées du monde de 2001 à 2020, constatant que 63 % d'entre elles recevaient plus de précipitations annuelles dans et sous le vent de leurs zones urbaines, par rapport aux zones rurales limitrophes.

Les villes influencent le climat et la météo régionale car elles modifient la température et la texture du terrain, ce qui affecte la façon dont l'air circule sur la terre, et parce qu'elles produisent des nuages ​​de minuscules particules de pollution appelées aérosols, qui peuvent provenir de diverses sources, notamment les émissions industrielles, les gaz d'échappement des voitures et même les arbres, qui peuvent produire plus ou moins de pluie, selon leur composition chimique exacte.

Fondamentalement, lorsque l’air humide circule au-dessus des villes, la chaleur qui s’élève des zones pavées comme des bulles dans une lampe à lave, combinée aux turbulences créées par les immeubles de grande hauteur, pousse l’humidité vers le haut où, potentiellement ensemencée par la pollution par les aérosols, elle peut se condenser et retomber à la surface sous forme de pluie en plus grande quantité que sur les zones non développées voisines.

Par exemple, Houston reçoit en moyenne près de 12,7 cm de pluie de plus par an que les zones rurales environnantes. Outre Houston, les villes où les précipitations sont les plus anormales sont Hô-Chi-Minh-Ville, au Vietnam ; Kuala Lumpur, en Malaisie ; Lagos, au Nigéria ; et la zone métropolitaine de Miami-Fort Lauderdale-West Palm Beach.

Mais l'étude a également documenté un effet desséchant dans 37 % des grandes villes étudiées, y compris Seattle, où les effets du développement urbain et d'autres facteurs ont entraîné une anomalie annuelle négative des précipitations de près de 8 pouces, le plus grand déficit mesuré dans l'étude.

Les chercheurs ont indiqué que les anomalies de précipitations négatives se produisent généralement dans les villes situées dans les vallées et les plaines, où les montagnes voisines exercent une plus grande influence sur les précipitations que l'empreinte urbaine elle-même. Les villes où ce phénomène est le plus prononcé sont Kyoto, au Japon, et Jakarta, en Indonésie.

Mais le signal global d’une « île humide » est plus fort, a déclaré Dev Niyogi, co-auteur de l’étude et géoscientifique à l’Université du Texas à Austin, qui se concentre sur les extrêmes climatiques et les villes intelligentes. L’ampleur de l’effet a presque doublé au cours de la période d’étude de 20 ans, ce qui accroît les inquiétudes concernant les inondations urbaines dangereuses à une époque où les images de voitures déferlant dans les rues des villes sont devenues omniprésentes.

« Le cœur de cette découverte est que les villes du monde entier montrent une signature de changement des précipitations », a-t-il déclaré. « Et de la même manière que nous considérons les îlots de chaleur urbains comme une constatation mondiale, je pense que cette anomalie des précipitations urbaines est une caractéristique mondiale. Nous avons une assez bonne confiance dans la robustesse de ce résultat. »

Il a déclaré que les scientifiques étaient au courant de l'anomalie des précipitations urbaines depuis un certain temps. « La singularité de cette étude réside dans son caractère mondial, qui est la première du genre », a-t-il déclaré. Elle arrive à point nommé, a-t-il ajouté, car le prochain rapport majeur du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, attendu en 2027, portera sur le changement climatique et les zones urbaines, où vit 55 % de la population mondiale, une proportion qui devrait augmenter à 70 % d'ici 2050.

« L’utilisation de données satellitaires pour évaluer l’impact des villes nous permet de faire cette analyse à l’échelle mondiale, et de couvrir tous les continents et tous les climats », une avancée significative dans la compréhension de la façon dont le développement humain à grande échelle peut affecter la météo et le climat, a déclaré Valéry Masson, chercheur au Centre national de recherche météorologique français qui n’a pas participé à l’étude.

Il a déclaré que l’étude montre un lien entre la taille de la ville et l’augmentation des précipitations, « de sorte que les grandes villes à l’avenir pourraient avoir plus d’impact sur les précipitations ».

Mais il a déclaré que le lien entre l’augmentation des précipitations et les îlots de chaleur urbains et les charges d’aérosols semble être statistique, « sans aucun lien de cause à effet démontré. Ces deux quantités sont fortement influencées par la taille de la ville… donc ces deux processus peuvent être complètement indépendants de l’augmentation des précipitations », a-t-il déclaré, ajoutant que des études plus détaillées seraient nécessaires pour démontrer un lien plus fort.

S'adapter grâce aux infrastructures et à la planification

Au niveau régional, les villes africaines se distinguent en tant que groupe dans la nouvelle étude. Sur 17 villes présentant des anomalies de précipitations urbaines supérieures à 20 cm par an, neuf sont situées en Afrique. La proportion est beaucoup plus faible en Asie, mais l'effet d'île humide le plus important, avec des anomalies de précipitations positives de bien plus de 20 cm, a été mesuré dans deux villes de cette région : Ho Chi Minh-Ville et Kuala Lumpur.

Lorsque Rio de Janeiro et Seattle sont apparues sur la liste des villes ayant un effet de sécheresse important, Niyogi a déclaré que cela avait attiré son attention parce que Rio avait fait la une des journaux à propos d'une pénurie d'eau imminente.

« Voir que la ville a en fait un impact sur la pluie elle-même m'a fait penser que si quelque chose provoque un changement, et que le changement jusqu'à présent est négatif, alors vous pourriez rendre cette ville différente, pour rendre cela positif », a-t-il déclaré.

Dans les deux cas, une option consiste à envisager une adoption plus généralisée d’infrastructures qui aident à promouvoir des « villes éponges » capables d’absorber l’excès d’humidité et de modérer les inondations en période humide et de fournir de l’eau pendant les périodes de sécheresse, a déclaré l’auteur principal Xinxin Sui, doctorant à l’Université du Texas étudiant le climat urbain à la Cockrell School of Engineering.

« Lorsqu’il pleut beaucoup, l’éponge peut absorber cette eau, et si la pluie ne tombe pas pendant longtemps, les gens peuvent la pomper et l’utiliser », a-t-elle déclaré. « L’infrastructure bleu-vert est un concept assez populaire : planter plus d’arbres et ajouter de la terre, plutôt que des pavés imperméables, pour que l’eau puisse s’infiltrer sous terre. »

Dans une perspective plus large, a ajouté Niyogi, les résultats de l'étude suggèrent qu'en plus de rendre les villes plus spongieuses, il est temps de commencer à réfléchir à la manière dont leur conception spatiale affecte la météo et le climat, et d'intégrer ces connaissances dans la planification à long terme.

L'étude a révélé que la corrélation entre la population et les anomalies des précipitations urbaines est plus forte que celle avec d'autres facteurs environnementaux et d'urbanisation. En effet, les populations plus nombreuses créent généralement des zones urbaines plus denses et plus hautes, ainsi que davantage d'émissions de gaz à effet de serre et donc une chaleur plus prononcée, a expliqué Niyogi.

« Dans le contexte de la disponibilité des ressources en eau, ou de la recharge des ressources en eau, nous pouvons penser à créer de la pluie, d'une certaine manière, dans des endroits où elle va être importante et où elle peut être stockée », a-t-il déclaré.

C'est possible, a-t-il ajouté, « par la façon dont nous concevons la ville, par sa forme, par le degré d'atténuation des îlots de chaleur et par le fait qu'il s'agisse d'une ville concentrée ou d'une ville étendue. »

« Où est mon nuage ? »

Le réchauffement climatique est également un facteur clé dans l’équation des précipitations urbaines, tout simplement parce qu’une atmosphère qui se réchauffe retient environ 7 % d’humidité en plus pour chaque degré Celsius de réchauffement. Et un réchauffement accru amplifie également l’effet d’îlot de chaleur urbain, qui, à son tour, intensifie l’effet sur les précipitations dans une boucle de rétroaction climatique.

« Nous savons que l’environnement est beaucoup plus favorable », a déclaré Niyogi. « Il a un potentiel de convection plus important, et ce que les villes fournissent est le forçage qui provoque une instabilité locale, un déclencheur de pluie. »

Il décrit cela à ses élèves comme des bulles remplies d’eau ou des ballons qui grandissent. « Et maintenant, tous les enfants assis en dessous les touchent. Avec seulement 10 enfants, la probabilité de faire éclater la bulle est peut-être moindre. Mais si 30 d’entre eux la touchent, elle va toutes retomber. »

Il a déclaré que, dans certains cas, les villes peuvent concentrer les précipitations qui seraient tombées sur une zone plus vaste dans un espace plus restreint, ce qui signifie qu'un excédent de précipitations dans une ville donnée peut entraîner un déficit de précipitations dans les zones voisines ou dans d'autres villes.

« Je pense qu'une fois que nous aurons pris conscience que les villes modifient les températures et les précipitations, je ne pense pas qu'il soit exagéré de se demander où est mon nuage. »

De nombreuses villes se développent encore sans tenir compte des impacts régionaux et pourraient bénéficier d’une planification régionale plus intégrée, a-t-il déclaré.

« Je pense que ce n’est pas très tiré par les cheveux de se demander : « Hé, où est mon nuage ? » »

« Nous avons pu le constater dans la manière dont les villes étudient et réagissent à la pollution de l’air, en créant des consortiums qui étudient la question à l’échelle de plusieurs villes », a-t-il déclaré. Il serait peut-être temps de réfléchir à la sécurité de l’eau de la même manière, a-t-il ajouté.

« D’autres accords régionaux sur la manière dont les villes se développent pourraient être une possibilité dans les décennies à venir, une fois que nous aurons compris que les villes modifient la pluie », a-t-il déclaré. « La façon dont nous en tirerons parti dépendra de notre technologie, ainsi que de notre volonté et de notre capacité à coopérer. »

Marshall Shepherd, météorologue et directeur du département des sciences atmosphériques de l’université de Géorgie, co-auteur de l’étude, a déclaré que la recherche « montre que l’impact de l’urbanisation peut également modifier le climat, et cela va bien au-delà de la chaleur. La plupart des gens vivent dans et autour des villes », a-t-il déclaré. « Ces travaux ont établi que les effets combinés des émissions anthropiques et des changements de couverture terrestre amplifient les risques d’inondation. »