Grondgebruik en irrigatie beïnvloeden het weer in de Maïsband
De veranderingen in landgebruik en irrigatie in de Amerikaanse Corn Belt, samen met de invloed van het ondiepe grondwater in het gebied, hebben de neerslagpatronen in deze vitale agrarische regio aanzienlijk veranderd, blijkt uit nieuw onderzoek.
De studie, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, richt zich op “neerslagrecycling” – een proces waarbij de vochtigheid die door planten, bodems, meren en andere elementen van het landschap in de atmosfeer wordt vrijgegeven, terugkeert naar hetzelfde gebied in de vorm van regen.
Door gebruik te maken van geavanceerde computer-modelleringstechnieken, konden wetenschappers vaststellen dat de landbouw in de regio, in combinatie met ondiep grondwater, de neerslagrecyclingverhouding met bijna 30% verhoogt. Dit geeft een aanzienlijke boost aan de regenval tijdens het groeiseizoen.
De rol van neerslagrecycling varieert van maand tot maand en van jaar tot jaar, zo ontdekte het onderzoek. Het piekt in de zomermaanden wanneer de maïs groeit en in droge jaren wanneer er weinig vocht uit andere regio’s komt.
“Dit onderzoek toont aan hoe landbouwpraktijken het regionale klimaat kunnen aanpassen, met implicaties voor voedsel- en waterbeveiliging,” zei hoofdauteur Zhe Zhang, een wetenschapper bij het National Center for Atmospheric Research van de U.S. National Science Foundation. “In een agrarische regio zoals de Amerikaanse Corn Belt, waar regenval cruciaal is, is het belangrijk voor zowel boeren als waterbeheerder om te begrijpen waar de regen vandaan komt.”
Meer leren over de omvang van neerslagrecycling kan helpen om toekomstige neerslagvoorspellingen voor de Corn Belt te verbeteren en kan meer informatie bieden voor plantstrategieën en toewijzing van watervoorraden.
Veranderde landoppervlakte
De Amerikaanse Corn Belt strekt zich uit over een dozijn staten in het Midwesten en de Grote Vlakte, van Ohio in het oosten tot Nebraska in het westen. De landoppervlakte, die voor de Europese kolonisatie een mix was van hooggrasprarie en bossen, wordt nu gekenmerkt door landbouwgrond met uitgebreide irrigatie.
Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de regio steeds vochtiger is geworden, met meer neerslag. Maar Zhang en zijn collega’s wilden de impact van neerslagrecycling kwantificeren.
Door gebruik te maken van geavanceerde computer-modelleringstechnieken, keerden de wetenschappers zich tot het Weather Research and Forecasting (WRF) model van NSF NCAR, dat de atmosfeer op een zeer hoge resolutie van vier kilometer kan simuleren. Ze gebruikten ook een ander NSF NCAR-model, bekend als Noah-MP, dat een specifieke analyse van het interactieve systeem van grondwater, gewasgroei en irrigatie mogelijk maakt. Ze pasten een fysiek realistisch algoritme toe om de beweging van waterdamp in de simulaties te volgen.
Om de rollen van de landbouw en het ondiepe grondwater, dat een natuurlijk kenmerk van de regio is, te scheiden, vergeleken de wetenschappers simulaties die gewassen, irrigatie en grondwater omvatten met andere simulaties die een of meer van deze factoren misten. Ze voerden de modellen uit in het NSF NCAR-Wyoming Supercomputing Center.
De resultaten toonden aan dat de neerslagrecyclingverhouding – of het percentage neerslag dat als gevolg van lokale processen viel – 18% bereikte door de combinatie van ondiep grondwater dat vocht naar de oppervlakte voerde, bladrijk maïsplanten die vocht aan de atmosfeer vrijgaven, en verdamping van irrigatiesystemen. Zonder dergelijke factoren zou de neerslagrecyclingverhouding slechts 14% zijn, of ongeveer 29% minder.
De wetenschappers concentreerden hun simulaties op drie jaren: 2010 (dat ongewoon nat was), 2011 (gemiddelde neerslag) en 2012 (een droog jaar). Ze ontdekten dat het percentage gerecycleerde neerslag het hoogst was in 2012, toen er minder vocht uit andere regio’s, zoals de Golf van Mexico, arriveerde.
“We konden echt onderscheiden hoe verschillende processen bijdragen aan veranderingen in neerslag,” zei Zhang. “Aangezien de landbouw afhankelijk is van neerslag, kan dit begrip bijdragen aan agrarisch beheer en leiden tot een beter inzicht in de beschikbaarheid van zoetwater.”
Hij en zijn medewerkers zijn van plan om vervolgonderzoek te doen naar hoe de veranderende neerslag de landbouwproductiviteit kan beïnvloeden.
