Drivers of Future Northern Latitude Runoff Change

Identifying the drivers of changing continental runoff is key to understanding current and predicting future hydrological responses to climate change. Potential drivers of runoff change include changes in precipitation and evaporation caused by climate warming, physiological responses of vegetation to elevated atmospheric CO2 concentrations, increases in lower-atmosphere aerosols and anthropogenic land-cover change. In this study, we present a series of simulations using an intermediate-complexity climate and carbon cycle model to assess the contribution of each of these drivers to historical and future continental runoff changes. We present results for global runoff, in addition to northern latitude runoff that discharges into the Arctic and North Atlantic oceans, to identify any potential contribution of increased continental freshwater discharge to changes in North Atlantic deep-water formation. Between 1800 and 2100, the model simulated a 26% increase in global runoff and a 32% runoff increase in the northern latitude region. This increase was driven by a combination of increased precipitation from climate warming and decreased evapotranspiration caused by the physiological response of vegetation to elevated CO2. When isolated, climate warming (and associated changes in precipitation) increased runoff by 16% globally and by 27% at northern latitudes. Vegetation responses to elevated CO2 led to a 13% increase in global runoff and a 12% increase in the northern latitude region. These changes in runoff, however, did not affect the strength of the Atlantic Meridional Overturning Circulation, which was affected by surface ocean warming rather than by runoff-induced salinity changes. This study indicates that physiological responses of vegetation to elevated CO2 may contribute to changes in continental runoff at a level similar to that of the direct effect of climate warming. RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] Il est primordial de déterminer les causes premières des changements dans le ruissellement continental afin de comprendre les réactions hydrologiques par rapport aux changements climatiques à l’heure actuelle et de les prédire. Voici des facteurs éventuellement responsables : les changements dans les précipitations et l’évaporation causés par le réchauffement climatique, la réaction physiologique des plantes à l’augmentation des concentrations de CO2 dans l’atmosphère, l’augmentation de la concentration d’aérosols dans la basse atmosphère et les changements dans la couverture terrestre, qui découlent des activités humaines. Dans notre étude, nous présentons une série de simulations fondées sur un modèle du climat et du cycle du carbone de complexité intermédiaire afin d’évaluer le rôle de chacun de ces facteurs dans les changements du ruissellement continental dans le passé et à l’avenir. Nous présentons des résultats pour le ruissellement dans le monde, en plus du ruissellement sous les latitudes nordiques qui se déversent dans les océans Arctique et Atlantique Nord, afin d’établir la contribution éventuelle de l’augmentation de la décharge d’eau douce en provenance du continent dans les changements dans la formation d’eaux profondes dans l’océan Atlantique Nord. Entre 1800 et 2100, le modèle a simulé une augmentation de 26% du ruissellement mondial et de 32% du ruissellement sous les latitudes nordiques. Cette progression s’expliquait par la hausse des précipitations conjuguée au réchauffement climatique et à la diminution de l’évapotranspiration attribuable à la réaction physiologique des plantes à l’augmentation des concentrations de CO2. Quand nous avons isolé ces facteurs, nous avons constaté que le réchauffement climatique (et les changements survenus dans les précipitations, induits par ce réchauffement) a augmenté de 16% le ruissellement à l’échelle mondiale et de 27% le ruissellement sous les latitudes nordiques. La réaction physiologique des plantes à l’augmentation des concentrations de CO2 a entraîné une progression de l’ordre de 13% du ruissellement mondial et de 12% du ruissellement sous les latitudes nordiques. Cependant, ces changements ne se sont pas répercutés sur la circulation de renversement méridienne de l’Atlantique, qui était affectée par le réchauffement de la surface des océans plutôt que par des changements dans la salinité induits par le ruissellement. Notre étude démontre que la réaction physiologique des plantes à l’augmentation des concentrations de CO2 peut entraîner des changements dans le ruissellement continental comparables à l’effet direct du réchauffement climatique.