KLIMAATIMPACT, KWETSBAARHEID EN ADAPTATIE

Betere weers-verwachtingen voor extreem weer

De wateruitwisseling en fotosynthese worden gemeten met speciale instrumenten op blaadjes. Foto: Wouter Mol

Achterhalen hoe je wél tot goede weermodellen komt in warme, droge gebieden, hoe doe je dat? Want de irrigatie daar heeft invloed op het weer, maar welke? Ruim zestig onderzoekers van over de hele wereld en verschillende disciplines gingen de uitdaging aan in Catalonië, Spanje.

“Catalonië was een unieke situatie”, vertelt Oscar Hartogensis, verbonden aan het Wagenings Instituut voor Milieu en Klimaatstudies (WIMEK). “Al deze onderzoekers en disciplines hebben een maand lang intensief samengewerkt om data te verzamelen waarmee we weermodellen significant kunnen verbeteren.” Hartogensis is namens de afdeling Meteorologie en Luchtkwaliteit van Wageningen University & Research betrokken als projectleider van LIAISE: Land surface Interactions with the Atmosphere over the Iberian Semi-arid Environment.

Dit project onderzocht hoe menselijk ingrijpen, zoals het aanleggen van een irrigatiegebied, van invloed is op de lokale weerspatronen in veranderende klimaatomstandigheden. De onderzoekers verzamelden zich in het Ebro-bekken in Catalonië. Het gebied is van nature een woestijn en heeft regelmatig te maken met droogte, bosbranden en extreme temperaturen. In het bekken ligt een regio van ongeveer 50 x 50 km2 dat zich in de laatste 100 jaar heeft ontwikkeld tot een geïrrigeerd landbouwgebied dat water onttrekt uit de nabijgelegen rivier de Ebro. Het irrigatiegebied wordt gebruikt voor de teelt van hoofdzakelijk alfalfa, mais en fruitbomen, en het heeft een belangrijke rol in de regionale economie.

Je weet dat het geïrrigeerde land invloed heeft op het lokale weer, maar hoe precies was nog een vraagteken

In het geïrrigeerde alfalfa-veld wordt de diffuse straling in kaart gebracht. Foto: Wouter Mol

De groep wetenschappers, waaronder ook Hartogensis’ collega bij Meteorologie en Luchtkwaliteit, professor Jordi Vilà, en zes jonge Wageningse onderzoekers die data verzamelden voor hun PhD-project, wilden beter begrijpen welke rol de atmosfeer speelt in de watercyclus. Hoe gedraagt de atmosfeer zich onder verschillende omstandigheden en hoe werkt dit in op watercirculatie? Maar ook: hoe beïnvloedt de aanwezigheid van begroeiing of juist het gebrek daaraan de watercirculatie in de atmosfeer? De modellen die nu gebruikt worden voor weersvoorspellingen geven slechts een ruw beeld van deze kleinschalige veranderingen in de atmosfeer; het doel van het onderzoek was deze modellen te verbeteren.

Contrast

De onderzoekers deden hun onderzoek in de zomer van 2021. “In de zomer is het moment dat het contrast tussen nat en droog het grootst is”, legt Hartogensis uit. “Je weet dat het geïrrigeerde land invloed heeft op het lokale weer, maar hoe dat proces werkt was nog een vraagteken.” De onderzoekers verzamelden gegevens op de grond en in de lucht die voor hen relevant waren. Dit varieerde van informatie over de bladmondjesopening van een plant en bodemvocht, tot aan de oppervlaktetemperatuur, straling, hitte-uitwisseling, waterdamp, CO₂ en verticale weersprofielen tot op 10 kilometer hoogte. Ook werd gekeken hoe de opwarming van de atmosfeer verloopt en welke rol de zeewind en turbulentie daarin hebben. In dit alles spelen de bladeren van planten een belangrijke rol.

“In het natte gebied heeft de plant veel bodemvocht”, geeft Vilà aan. “Het is een heel warm gebied; we hebben het over 35 graden en hoger. Er ontstaat een soort competitie tussen de plant, het water in de bodem en de droge lucht. De plant brengt water uit de bodem naar de bladeren en opent de huidmondjes om CO₂ op te nemen voor fotosynthese. De prijs die het plantje daarvoor betaalt is dat het water verliest aan de atmosfeer door verdamping. Om dit proces goed te kunnen modelleren, hebben we deze uitwisseling van CO₂ en water van individuele blaadjes met speciale instrumenten gemeten die op de blaadjes geklemd worden. Het verdampte vocht van die fruitplanten komt in de atmosfeer terecht en wordt vermengd met de minder vochtige lucht daarboven. Dat proces gaat door tot een hoogte van ongeveer 1 kilometer: de grenslaag van de atmosfeer.

Er worden meteorologische stations opgesteld in een geïrrigeerd alfalfa-veld, La Cendrosa. Foto: Wouter Mol

Er wordt een meting gedaan van de temperatuur, luchtvochtigheid en windsnelheid in het alfalfaveld, vlak na de oogst. Foto: Wouter Mol

Tegelijkertijd zien we dat de grenslaag boven het droge gebied veel hoger is, omdat daar minder vocht in de bodem zit en er dus meer energie beschikbaar is voor het opwarmen van de lucht. Daardoor ontstaat er een circulatie, vergelijkbaar met een zeewind”, aldus Hartogensis. De gegevens werden onder andere verzameld door remote sensing op de grond en met behulp van satellieten, vliegtuigen, drones, kabelballonnen, radiosondes en andere geavanceerde instrumenten die de WUR-meteorologiegroep deels zelf heeft ontwikkeld. Dankzij al deze metingen snappen de onderzoekers nu beter welke rol fotosynthese speelt in de opwarming en afkoeling van de atmosfeer en hoe dat het weer beïnvloedt. Zo kon met behulp van de radiosonde, die ieder uur werd opgelaten om een verticaal profiel te krijgen van de atmosfeer, bepaald worden hoe de temperatuur zich ontwikkelt. Daarmee maakten de onderzoekers inzichtelijk hoe de circulatie tussen nat naar droog in elkaar steekt.

Stille revolutie

En dat is precies het doel van het LIAISE-onderzoeksproject. Er wordt een grote hoeveelheid data verzameld over de invloed van irrigatie op het lokale weer in een droog gebied. De data geeft inzicht in de processen die er spelen. Daarmee kun je vervolgens weermodellen verder aanpassen en verbeteren. “In de meteorologie is sprake van een stille revolutie. Mensen zeggen al gauw: de voorspelling is beter doordat de computers beter zijn”, zegt professor Vilà. “En ja, een snelle computer kan sneller en meer rekenen, maar je hebt begrip nodig van de processen om het weermodel beter te maken.” En dát is volgens Vilà revolutionair. Hartogensis beaamt dat: “Kijk maar naar de afgelopen vijftig jaar – als je ziet hoeveel beter we het weer kunnen voorspellen en hoeveel de maatschappij daarvan heeft geprofiteerd… Economisch, maar ook voor je vakantie en het uitlaten van de hond zonder dat je een bui op je hoofd krijgt.”

Ja, een snelle computer kan sneller en meer rekenen, maar je hebt begrip nodig om het weermodel beter te maken

Aan het weer kun je ook zien dat het klimaat verandert. Extreem weer, zoals droogte, is een van de gevolgen van klimaatverandering. “De boeren in Catalonië merken het ook. Ik sprak iedere dag met ze en zij zien het landschap veranderen; bepaalde bomen verdwijnen en het bodemleven wordt anders. Voorheen werd er gewoon gezegd: het lokale klimaat heeft last van het geïrrigeerde gebied. Dankzij onze metingen en modelstudies wordt het scheiden van lokale effecten door irrigatie en weerseffecten als gevolg van klimaatverandering inzichtelijk”, vertelt Vilà. “We hebben meer en meer te maken met extreem weer en je moet met elkaar samenwerken om te begrijpen hoe het werkt.”

Een experiment van deze omvang komt maar eens per zoveel jaar voor en voor deze toepassing is dat nog veel schaarser. Om onze kennis verder te ontwikkelen zullen dergelijke experimenten in de toekomst vaker worden georganiseerd. Daar zijn beide onderzoekers van overtuigd. “Om de complexiteit van processen te begrijpen heb je dit soort experimenten nodig waarbij mensen vanuit allerlei disciplines bij elkaar komen en metingen doen over een breed spectrum van temporele en ruimtelijke schalen. De ecofysioloog die de blaadjes bekijkt, micrometeorologen zoals wij die naar uitwisselingsprocessen op de schaal van een paar kilometer kijken, en de satellieten die vanuit de ruimte data verzamelen”, zo zegt projectleider Hartogensis.

Het verschil in droog en nat landschap, gefotografeerd vanuit het Franse research aircraft SAFIRE, is duidelijk zichtbaar. Foto: Marie Lothon

Het gebied in Catalonië staat symbool voor andere gebieden zoals Californië, delen van Mexico en in het Midden Oosten. “Wat je ziet in zulke semi-aride gebieden is dat de weersvoorspelling notoir slecht is”, vertelt Oscar Hartogensis. “Het weermodel weet niet dat het gebied geïrrigeerd is en maakt daarom fouten bij het maken van bijvoorbeeld een verdampingsverwachting.”

Beide onderzoekers weten al dat het niet bij het veldonderzoek in Catalonië blijft. In augustus 2022 is het Amazonegebied aan de beurt. “Dat is weliswaar een ander gebied, maar ook daar gaan we op dezelfde manier onderzoek doen naar de wederzijdse interactie tussen vegetatie en wolken, dus hoe de vegetatie reageert op wolken en welke invloed de vegetatie heeft op het ontstaan van bijvoorbeeld wolken.” Ook in Brazilië slaan de wetenschappers van verschillende disciplines de handen ineen, aldus Hartogensis. “We willen het proces begrijpen en om dat goed te doen hebben we zowel metingen als modellen nodig. Een geïntegreerde aanpak tussen disciplines en methodes, dat is echt de toekomst.”

Online

Lees meer over het LIAISE-project op de website Lees meer over het onderzoek van het Wagenings Instituut voor Milieu en Klimaatstudies (WIMEK)

Heb je een vraag over dit onderwerp? Vraag het onze expert

dr. ir. Oscar Hartogensis Onderzoeker Meteorologie en Luchtkwaliteit

Deel dit artikel

Alle verhalen