Hydrologen herdefiniëren droogte-index om rivier- en grondwaterstromen mee te nemen voor nauwkeurigere schattingen

De ariditeitsindex: Een nieuwe benadering voor waterbeschikbaarheid

De ariditeitsindex is een onmisbaar hulpmiddel voor het inschatten van hoe droog (of vochtig) een locatie is, gebaseerd op de neerslag en verdamping die in het gebied plaatsvinden. Het is nuttig voor het voorspellen van de ernst van droogtes, het bestuderen van veranderingen in waterbeschikbaarheid door klimaatverandering en het bepalen van de toewijzing van water in hulpbronnenplanning.

Hoewel de ariditeitsindex door de jaren heen is veranderd, wordt deze over het algemeen gedefinieerd als de neerslag (P) in een gebied gedeeld door de potentiële verdamping (PET). Dit levert een waarde op die aangeeft of de watervoorziening aan de vraag voldoet, met lagere waarden (<1) die aangeven dat een plek droger is en hogere waarden die aantonen dat het vochtig is.

Deze maat voor ariditeit is nuttig geweest voor het begrijpen van de klimaatimpact op ecosystemen, landbouw en de samenleving, maar het biedt geen compleet beeld van waterbeschikbaarheid. Sommige laaggelegen gebieden, zoals de Okavango Delta in Botswana, lijken meer water te ontvangen dan wat alleen door neerslag wordt geleverd. Dergelijke gebieden kunnen meer planten- en diersoorten ondersteunen dan zou worden verwacht op basis van de huidige definitie van de ariditeitsindex.

In een recent onderzoek, gepubliceerd in een toonaangevend tijdschrift, hebben hydrologen Gonzolo Miguez-Macho en Ying Fan mogelijk de oplossing voor dit probleem gevonden: laterale waterstromen. Het huidige model houdt alleen rekening met neerslag—verticale waterstromen—wat goed werkt voor hooggelegen gebieden, maar het blijkt dat sommige laaggelegen gebieden daadwerkelijk een aanzienlijke hoeveelheid water ontvangen van rivier- en grondwaterstromen, wat verklaart waarom deze gebieden minder droog zijn dan zou moeten.

“Aangezien water ook lateraal over het land stroomt, van heuvels naar valleien en van bergen naar vlaktes, door het rivierennetwerk boven de grond en het grondwatersysteem onder de grond, weerspiegelt een waterbalans die alleen op klimaat is gebaseerd niet volledig de waterbeschikbaarheid in de ontvangende laaglanden,” schrijven de auteurs van de studie.

Miguez-Macho en Fan stellen in hun paper een nieuwe definitie voor van de ariditeitsindex, die ze liever de “globale vochtigheidsindex” noemen, omdat de berekening beter de vochtigheid weerspiegelt dan de ariditeit. Hun nieuwe definitie neemt een meer tweedimensionale benadering aan door de laterale stroom van rivieren en grondwater op te nemen, wat ze definiëren als een variabele genaamd “Q-lat.”

In hun berekening wordt de globale vochtigheidsindex gedefinieerd als GHI_topo = (P + Qlat)/PET. Als er geen laterale waterstroom in een gebied is, is Q-lat gelijk aan nul en geeft het de waarde van ariditeit (of vochtigheid) van de eerdere definitie.

De onderzoekers hebben hun definitie van de globale vochtigheidsindex getest in een reeks simulaties. De simulaties, die beide globale vochtigheidsindexen vergeleken, gebruikten klimaatgegevens en satellietgegevens van vegetatie van elk uur over een periode van 15 jaar (2003–2018) om te bepalen welke modellen nauwkeuriger zijn.

Ze ontdekten dat hun bijgewerkte globale vochtigheidsindex beter overeenkwam met de real-world gegevens. “We vonden dat GHI_topo sterk de landtopografie weerspiegelt, met waarden die identiek zijn aan die van de conventionele GHI in hooggelegen gebieden waar de enige watervoorziening P is, maar met veel hogere waarden in laaggelegen gebieden die ook laterale stromen ontvangen.”

Daarnaast ontdekten ze dat gebieden waar de watervoorziening voldoet aan of de vraag overstijgt, bij GHI_topo ≥ 1, wereldwijd met 33% groter zijn dan met de traditionele index, maar zelfs nog groter in het drogere, zomerse Mediterrane klimaat, met 205%. Ongeveer 16% van de landgebieden ontving meer dan 250 mm water uit laterale bronnen en 11% van de landgebieden ontving meer dan 500 mm water uit laterale bronnen—een significante wijziging ten opzichte van alleen neerslag.

Dit model houdt nog steeds geen rekening met menselijke activiteiten die de waterbeschikbaarheid beïnvloeden, zoals irrigatie, dammen of afleidingen, en heeft enkele beperkingen wat betreft de resolutie van landkenmerken, maar het lijkt een realistischer beeld van waterstromen en -beschikbaarheid te bieden. De onderzoekers zijn van plan het model verder te gebruiken.

“Volgende stappen zijn het verkennen van de bruikbaarheid van GHI_topo in het verklaren van mondiale vegetatiedynamiek en hoe hydrologische subsidies de reacties van ecosystemen op toekomstige wereldwijde milieuwijzigingen kunnen vormgeven,” aldus de onderzoekers.