L’étalement urbain est désormais suffisamment important pour influencer le réchauffement climatique sur les terres.

Dans quelle mesure l’étalement urbain contribue-t-il au réchauffement à grande échelle ? C'est une question de longue date à laquelle les chercheurs ont cherché à répondre dans une nouvelle étude récemment publiée dans la revue Une Terre.

Autrefois considéré comme couvrant trop peu de surface de la Terre pour affecter le climat à plus grande échelle, le nouveau travail suggère que l'urbanisation a effectivement une influence détectable sur le réchauffement climatique à l'échelle terrestre, et que d'autres pourraient suivre à mesure que les villes continuent de croître.

L'effet est plus dramatique dans certaines des zones à urbanisation la plus rapide du monde. Dans le bassin animé du fleuve Yangtze, par exemple, qui abrite plus de 480 millions d'habitants (un tiers de la population totale de la Chine), l'étalement urbain a contribué à près de 40 % du réchauffement accru de la région entre 2003 et 2019.

Au Japon, où près de 10 % du territoire total est développé, l’urbanisation a contribué à hauteur d’un quart au réchauffement supplémentaire observé au cours de la période d’étude. Le signal urbain était moins prononcé en Europe et en Amérique du Nord, où l’urbanisation a contribué à hauteur d’environ 2 à 3 % au réchauffement. Cela est probablement dû au fait qu'une grande partie du développement a eu lieu avant la période d'étude et que, proportionnellement, il reste encore beaucoup de terres non aménagées par rapport à d'autres régions et pays plus petits.

Dans l’ensemble, les villes ont contribué à un peu plus de 1 % à l’augmentation du réchauffement des surfaces terrestres dans l’ensemble du globe ; 1,3% pendant la journée et 1,1% pendant la nuit.

« Urbanisation » est en quelque sorte un terme générique. Cela englobe non seulement les structures bâties dans les villes, mais également les nombreux facteurs d’influence climatique tels que la pollution de l’air, les parcs urbains et l’augmentation de la population qui sont liés à leur existence.

Le signal climatique urbain

Traditionnellement, les villes sont soit exclues des modèles climatiques mondiaux, soit représentées de manière très simpliste, selon les auteurs de l’étude. Lorsque les climatologues utilisent ces modèles pour comprendre comment les conditions météorologiques extrêmes peuvent changer dans un monde plus chaud, par exemple, ils prennent rarement en compte les villes dans leurs simulations. Mais si elles sont incluses, les villes ne sont pas décrites comme des entités en croissance et en évolution, même si l’on prévoit que le reste du monde changera dans les décennies à venir.

C'est une lacune, a déclaré l'auteur principal et scientifique de la Terre, TC Chakraborty, du Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du ministère de l'Énergie. De nombreuses recherches démontrent que les villes influencent le climat qui nous entoure de multiples façons.

Les bâtiments absorbent et emprisonnent la chaleur, ce qui signifie que les villes mettent beaucoup plus de temps à se réchauffer et à se rafraîchir que les zones rurales. Dans certains cas, cela pourrait signifier que les citadins passent plus de temps dans une chaleur inconfortable que leurs voisins de campagne. Les paysages urbains peuvent modifier la façon dont l’air se déplace autour de nous, voire intensifier les conditions météorologiques extrêmes.

Même si l’influence du territoire urbain est évidente à l’échelle locale, les chercheurs se demandent si les villes sont importantes aux échelles régionale, continentale et planétaire.

“La réponse est oui, ils le font ; dans une petite mesure”, a déclaré Chakraborty. “L'urbanisation a un impact détectable sur le réchauffement climatique. Cet impact est mineur mais statistiquement significatif à l'échelle mondiale, et particulièrement évident à l'échelle continentale. Lorsque vous zoomez sur des régions spécifiques du monde, les effets peuvent devenir assez importants.”

Cela dépend de l'endroit où vous regardez, a ajouté Chakraborty. Dans le cas du Groenland, où très peu de terres urbaines ont été ajoutées au cours de la période d'étude, l'étalement urbain n'a pas eu beaucoup d'impact sur le réchauffement à grande échelle. Mais dans les zones à urbanisation rapide comme certaines parties de l’Asie, les auteurs ont constaté un réchauffement fort et à grande échelle résultant de l’urbanisation.

Même si les villes sont devenues suffisamment grandes pour influer sur le climat mondial, leur effet reste faible si on le compare à celui des émissions de gaz à effet de serre et d’autres changements anthropiques. Les nouvelles découvertes contredisent un point commun de scepticisme, a déclaré Chakraborty.

“Certains affirment que l'effet d'îlot de chaleur urbain est l'un des principaux contributeurs au réchauffement climatique à grande échelle. Nos résultats démontrent que cela est faux : l'impact de l'îlot de chaleur urbain sur le réchauffement climatique mondial est statistiquement significatif, mais il est loin d'être le principal contributeur. “Notre estimation de ce réchauffement à l'échelle de la population à l'aide de données satellitaires le démontre efficacement”, a déclaré Chakraborty.

De plus, l’effet urbain sur le climat est complexe, a-t-il ajouté. Plus tôt cette année, Chakraborty et d’autres chercheurs du PNNL ont montré qu’une ville aride du désert s’était partiellement refroidie au fur et à mesure de son développement. Ils ont constaté que l’ajout de plus de parcs et de terres agricoles que ce qui est naturellement possible dans un climat aride a aidé la ville à inverser partiellement la tendance au réchauffement climatique.

Les auteurs ont observé un effet similaire dans leurs nouveaux travaux, constatant que l’Inde et l’Afrique, cette dernière comprenant de nombreuses villes arides, présentaient des signaux de refroidissement urbain diurne à mesure que les villes se développaient. Dans le cas de l'Inde, a déclaré Chakraborty, il s'agit d'une combinaison d'irrigation dans les zones rurales qui modulent la différence de température entre zones urbaines et rurales, ainsi que d'émissions supplémentaires d'aérosols atmosphériques des villes.

L’étalement urbain en hausse

Entre 1992 et 2019, la couverture urbaine mondiale a augmenté de 226 %. Cela représente environ 448 113 kilomètres carrés de terres urbanisées ajoutées en moins de trois décennies, dépassant de loin la croissance urbaine survenue au cours du siècle précédant la période d’étude. Imaginez que chaque centimètre carré de la Californie soit développé en tant que ville ; cela est encore loin de capturer tous les terrains urbains ajoutés au cours de cette période.

L’essentiel de cette croissance s’est produit en Asie. Les États-Unis ont élargi leur zone urbanisée de 181 %, l'Inde de 366 % et la Chine de 413 %. Parmi les pays possédant le plus grand nombre de zones urbaines, la Chine et les États-Unis ont affiché la plus forte croissance de zones urbaines.

Alors que la population humaine continue d’augmenter, la majorité devrait vivre dans les villes. Cela signifie qu’une meilleure représentation urbaine dans les modèles climatiques ne fera que gagner en importance à mesure que les chercheurs cherchent à mieux simuler le changement climatique régional, en particulier lorsqu’ils le font dans le but d’éclairer les stratégies d’atténuation et d’adaptation.

“Les gens utilisent de plus en plus de modèles climatiques pour des évaluations à l'échelle régionale, et de nombreux plans visent à exécuter des modèles globaux à des résolutions de plus en plus fines à mesure que nos capacités de calcul s'améliorent”, a déclaré Chakraborty. “Lorsque vous commencez à faire cela, à l'échelle régionale, vous avez besoin d'une représentation des zones urbaines et de leurs impacts sur la température, la couverture nuageuse, les précipitations et la pollution atmosphérique à l'échelle régionale.”

En intégrant l'étalement urbain dans les modèles climatiques, “nous pouvons améliorer notre capacité à mieux estimer les vagues de chaleur régionales”, a déclaré Chakraborty. En outre, “il existe de nombreuses preuves selon lesquelles l'urbanisation peut augmenter les précipitations extrêmes, mais il est difficile d'examiner cet impact à l'aide de modèles en raison de leurs représentations actuelles grossières des terrains urbains et de leurs propriétés”.

“Ensuite, il y a les inconnues”, a-t-il ajouté. “Parce que nous avons rarement essayé d'examiner les impacts de l'urbanisation sur le climat à grande échelle, nous n'avons aucune idée des autres rétroactions induites par l'urbanisation qui sont en jeu, en particulier lorsque l'on considère les changements dans les propriétés thermiques, radiatives et aérodynamiques des zones urbaines dans l'espace et dans l'espace. temps.”

Les satellites sont essentiels

Pour la plupart, les évaluations climatiques à grande échelle ont utilisé comme données d’entrée les relevés de température de l’air en surface provenant des stations météorologiques. Cependant, ces mesures sont sujettes à des biais d’échantillonnage car les instruments de surface sont souvent rares et ne mesurent que les conditions qui les entourent immédiatement.

“Il est extrêmement difficile de capturer toute l'hétérogénéité du climat de surface à l'aide de ces mesures”, a déclaré Chakraborty. “Bien que d'énormes efforts aient été déployés, à la fois grâce à de nouveaux réseaux d'observation et à de meilleures techniques d'assimilation des données, qui ont rendu ces estimations de plus en plus fiables au fil du temps.”

Pour résoudre le problème de l'échantillonnage, les auteurs du nouveau travail ont plutôt utilisé des estimations satellitaires du changement de température à la surface des terres. Les observations par satellite prennent en compte la température globale d'une zone en mesurant le rayonnement infrarouge de chaque pixel de la surface de la Terre, éliminant ainsi les biais d'échantillonnage spatial de par leur conception.

Les chercheurs du PNNL s'efforcent de mieux intégrer l'urbanisation dans les modèles climatiques, a déclaré Yun Qian, co-auteur et chercheur en laboratoire.

« Le DOE a récemment réalisé des investissements importants pour renforcer son leadership en matière de modélisation climatique afin de stimuler la recherche susceptible d'éclairer le développement de technologies de résilience visant à protéger les diverses communautés américaines », a déclaré Qian.

“L'un de ces efforts majeurs consiste à améliorer la représentation urbaine dans le modèle phare du système terrestre énergétique exascale du DOE. Sept laboratoires nationaux collaborent au projet E3SM pour développer la représentation la plus complète du système terrestre dans un cadre de modélisation et répondre aux problèmes les plus difficiles et les plus exigeants. impératifs de recherche sur le changement climatique.