Wetenschap
Studie informeert klimaatveerkrachtstrategieën in stedelijke en landelijke gebieden
Lokale besluitvormers die op zoek zijn naar manieren om de impact van hittegolven op hun gemeenschappen te verminderen, beschikken over een waardevolle nieuwe mogelijkheid:een nieuw onderzoek naar de veerkracht van vegetatie.
Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy hebben een onderzoek afgerond naar hoe goed de vegetatie de afgelopen jaren extreme hitte heeft overleefd in zowel stedelijke als landelijke gemeenschappen in het hele land. De analyse biedt informatie over trajecten voor klimaatmitigatie, inclusief manieren om het effect van stedelijke hitte-eilanden te verminderen.
Vegetatie zoals bomen zorgt voor een waardevol verkoelend effect, beschaduwt oppervlakken en buigt de zonnestraling af, terwijl vocht in de atmosfeer vrijkomt door middel van verdamping – het proces waarbij planten water via hun wortels opnemen en dit als waterdamp via hun bladeren afgeven.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift PNAS Nexus , is de eerste landelijke rapportage over de veerkracht van vegetatie waarbij rekening wordt gehouden met de invloed van door de mens gebouwde infrastructuur. Met behulp van machine learning-methoden onderzochten ORNL-onderzoekers ongeveer twintig jaar aan satelliet- en andere gegevens over 85 grote steden en omliggende plattelandsgebieden.
Het team ontdekte dat ondoordringbare oppervlakken zoals wegen en andere infrastructuur, de vochtomstandigheden en het type landbedekking de veerkracht van de vegetatie beïnvloeden. Ze evalueerden ook hoe de vegetatie wordt beïnvloed door de intensiteit, duur en timing van hittegolven.
De gegevens bieden cruciale inzichten in hoe ecosystemen kunnen worden beschermd tegen klimaatverandering, inclusief manieren om de invloed van stedelijke hitte-eilanden tegen te gaan en het beheer van natuurlijke hulpbronnen te verbeteren, zegt Jiafu Mao, ORNL Earth System Modeling Scientist en hoofd van het project. /P>
"Het empirische bewijs dat we uit dit onderzoek leveren, kan stadsplanners helpen beter te begrijpen welke planten kwetsbaarder zijn voor hittegolven en stressoren zoals de beschikbaarheid van water in de lokale omgeving, en kan leidend zijn bij beslissingen over plantenselectie en -locatie en verbeteringen in het stadsontwerp", aldus Mao.
"De studie suggereert dat het behoud en de verbetering van de vegetatie aanzienlijk zou kunnen bijdragen aan de stedelijke duurzaamheid, de verbetering van de luchtkwaliteit en het welzijn van de bewoners."
Het werk breidt het onderzoek van ORNL naar de klimaateffecten in stedelijke en landelijke ecosystemen uit. In een eerdere studie ontdekten Mao en collega's dat hoewel alle regio's van het land een vroegere start van het groeiseizoen kunnen verwachten naarmate de temperatuur stijgt, de trend in de warmere regio's waarschijnlijk jaar na jaar variabeler zal worden. Het onderzoek vond een trend van versnelde lenteknoppen en bloei van planten in plattelandsgebieden, bijvoorbeeld als de temperatuur stijgt, maar suggereerde dat deze trend zal vertragen naarmate de opwarming voortduurt.
Patronen identificeren om lokale besluitvorming te begeleiden
Het nieuwe onderzoek naar de veerkracht van vegetatie, beschreven in PNAS Nexus onthulde een algemene trend van toegenomen vroege vergroening als reactie op warmere temperaturen in traditioneel koelere maanden. Maar naarmate de temperatuur steeg en de hitte aanhield, nam de vergroening van de vegetatie vaak aanzienlijk af, zegt Yaoping Wang, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker van ORNL en eerste auteur van het artikel.
Uit het onderzoek blijkt dat een temperatuur van 2 graden Celsius of hoger boven het historische zomergemiddelde, die vier maanden of langer aanhoudt, de drempel is voor de grootste effecten op de vergroening.
De bevindingen varieerden afhankelijk van de kenmerken van het lokale ecosysteem. Zo bleek de stedelijke vegetatie in het westen van de Verenigde Staten tijdens de analyseperiode veerkrachtiger te zijn dan in het oosten, vooral vanwege hogere stedelijke groeitemperaturen en betere irrigatiepraktijken in het Westen, merkten de wetenschappers op.
"Onze analyse is de eerste grootschalige kwantificering van stedelijke en landelijke verschillen in vegetatie en de veerkracht ervan tegen extreme gebeurtenissen in de aangrenzende VS, en legt deze zeer brede patronen op het gebied van veranderingen in het milieu vast", zei Wang. Toekomstig onderzoek dat meer gegevens van hoge kwaliteit vastlegt, zou zowel stadsplanners als ecosysteemmodelbouwers ten goede komen, voegde ze eraan toe.
Het project levert waardevolle gegevens op over de complexe interacties tussen biologische en omgevingsfactoren op meerdere schalen in de tijd, tot een resolutie van 1 kilometer, zei Mao. De informatie is ook gebruikt om de landoppervlakcomponent te verfijnen die ORNL beheert voor het DOE Energy Exascale Earth System Model, dat simuleert hoe de wereld kan veranderen in toekomstige klimaatscenario's.
Bij de analyse werd gebruik gemaakt van de Daymet4-database met dagelijks weer op het landoppervlak en klimatologische samenvattingen, onderdeel van het ORNL Distributed Active Archive Center dat wordt onderhouden voor NASA's Earth Science Data and Information System-project. Wetenschappers hebben ook gebruik gemaakt van de MODIS Enhanced Vegetation Index van NASA en de National Land Cover Database, onderhouden door de U.S. Geological Survey.
De onderzoekers gebruikten het Random Forest Machine Learning-algoritme en andere methoden in hun analyse, evenals de krachtige computerbronnen van de Oak Ridge Leadership Computing Facility, een gebruikersfaciliteit van het DOE Office of Science.