In een nieuwe studie gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , onderzoekers onthullen technieken - geïnspireerd door de studie van informatietheorie - om te volgen hoe veranderingen in neerslag de interacties tussen de atmosfeer veranderen, vegetatie en bodem op twee National Science Foundation Critical Zone Observatory-locaties in het westen van de Verenigde Staten.

"Informatie die voortkomt uit fluctuaties in regenval beweegt door ecosystemen, vergelijkbaar met de manier waarop informatie door communicatienetwerken stroomt, " zei Praveen Kumar, een professor in civiele en milieutechniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en co-auteur van de studie. "Dit soort analyse, wat nieuw is voor ecologische en hydrologische studies, laat ons bepalen hoe goed verschillende aspecten van een ecosysteem met elkaar zijn verbonden en of reacties op klimaatveranderingen locatiespecifiek zijn of gebruikelijk zijn in verschillende ecosystemen."

De onderzoekers keken naar veranderingen in warmte, bodemvocht en koolstofstroom - bekend als fluxen - voorheen, tijdens en na regenval en droogte op twee locaties. De eerste website, in het zuidwesten van Idaho, in juli 2015 meerdere dagen regen gehad. De tweede, in de zuidelijke Sierra-regio van Californië, kende een meerjarige droogte vanaf 2012.

"Op de locatie in Idaho, we zagen een verhoogde connectiviteit tussen de atmosfeer en de bodem in de periode direct na de regenval, " zei Allison Goodwell, een professor civiele techniek aan de Universiteit van Colorado, Denver, een voormalige afgestudeerde student uit Illinois en hoofdauteur van de nieuwe studie. "Op de zuidelijke Sierra-site, we ontdekten dat warmte- en koolstofstromen op verschillende manieren op de droogte reageerden, en dat bronnen van connectiviteit varieerden tussen hoge en lage locaties."

"Een ander aspect dat deze studie uniek maakte, was de beschikbaarheid van gegevens van meerdere stations op verschillende hoogten op elke locatie, " zei Kumar. "Hierdoor konden we zien of de veranderingen in connectiviteit te wijten waren aan klimaatverschillen als gevolg van hoogteverschillen. Normaal gesproken, de stations voor gegevensverzameling zijn geïsoleerd, waardoor het moeilijk is om dit soort vergelijkende analyse uit te voeren."

Hoewel de veldlocaties en gegevens afkomstig zijn uit verschillende ecosystemen, tijden en weersinvloeden, de studie geeft inzicht in hoe connectiviteit verschillende soorten fluxen beïnvloedt, aldus de onderzoekers. Sterkere connectiviteit verandert hoe regenval vocht beïnvloedt, warmte en koolstofflux in het systeem, en de progressie van droogte in een vroeg stadium naar een laat stadium.

"Deze resultaten laten zien hoe een stroomgebied kan reageren op neerslagverstoringen, in dit geval droogte, " zei Richard Yuretich, de programmadirecteur van de NSF Critical Zone Observatories. "De informatie is belangrijk om te voorspellen hoe ecosystemen zullen reageren op toekomstige extreme gebeurtenissen."