AGROMINDS - Historic and projected global agro-meteorologic indicators for major summer crops

لطالما راقب المزارعون السماء، مدركين أن بضعة أسابيع من الحرارة أو تأخراً في هطول الأمطار يمكن أن يحول حصاداً وفيراً إلى فشل ذريع. وبالنسبة للعلماء الذين يحاولون التنبؤ بكيفية تأثير تغير المناخ على الغذاء الذي نأكله، فإن التحدي مشابه ولكنه أكثر تعقيداً؛ إذ يتعين عليهم تتبع ليس فقط الطقس، بل كيفية تفاعل هذا الطقس مع دورة الحياة المحددة للمحصول. فالنبات لا ينمو وفق تقويم ثابت، بل ينمو بناءً على الحرارة التي يراكمها. ففي ربيع دافئ، قد ينضج المحصول بسرعة، بينما يستغرق وقتاً أطول في السنة الباردة. وغالباً ما تقوم بيانات المناخ التقليدية بمتوسط الظروف عبر أشهر ثابتة، مما قد يؤدي إلى تفويت اللحظات الحرجة التي يكون فيها النبات في أكثر حالات ضعفه. ولفهم مستقبل الزراعة، يحتاج الباحثون إلى وسيلة لقياس الطقس تماماً كما يختبره المحصول، من لحظة زراعة البذرة حتى جمع الحصاد.

لقد أنشأ فريق من الباحثين في المعهد الدولي لتحليل النظم التطبيقية مجموعة بيانات عالمية جديدة تسمى AGROMINDS لحل هذه المشكلة. فبدلاً من النظر إلى الطقس في كتل شهرية عامة، قاموا ببناء نظام يتتبع موسم النمو الفعلي لأربعة محاصيل صيفية رئيسية هي: الذرة، وفول الصويا، والأرز، والقمح الربيعي. وتجمع مجموعة البيانات بين سجلات الطقس اليومية والمعلومات التفصيلية حول موعد زراعة المزارعين وموعد جاهزية المحاصيل للحصاد. ومن خلال استخدام النماذج الحاسوبية لتقدير سرعة تطور المحاصيل بناءً على درجات الحرارة اليومية، استطاع الفريق تحديد البداية والنهاية الدقيقة لموسم النمو لكل قطعة أرض زراعية على وجه الأرض. ويسمح هذا النهج بحساب مجموعة واسعة من المؤشرات المناخية — مثل إجمالي هطول الأمطار، ومتوسط درجة الحرارة، وعدد الأيام التي شهدت حرارة شديدة — خصيصاً للفترة التي يكون فيها المحصول موجوداً بالفعل في التربة.

استخدم الباحثون هذه الطريقة لإنشاء سجل شامل للظروف المناخية من عام 1971 إلى عام 2100. وقد غطت هذه السجلات كلاً من الطقس التاريخي، بناءً على إعادة تحليل الملاحظات الماضية، والتوقعات المستقبلية بناءً على خمسة نماذج مناخية مختلفة وأربعة سيناريوهات لكيفية تغير الانبعاثات البشرية. تم تنظيم البيانات في شبكة تغطي الكرة الأرضية بأكملها، مع التركيز على المناطق التي تُزرع فيها هذه المحاصيل حالياً. وفي كل سنة وموقع، يحسب النظام مقدار الحرارة التي راكمها المحصول، وكمية المياه التي تلقاها، وعدد الأيام التي واجه فيها إجهاداً بسبب الجفاف أو درجات الحرارة الحارقة. والأهم من ذلك، أن النظام يقسم موسم النمو إلى مراحل أصغر ذات معنى بيولوجي، مثل الوقت الذي يثبت فيه النبات جذوره، ووقت إزهارها، ووقت امتلاء حبوبها. ويساعد هذا المستوى من التفصيل العلماء على رؤية متى يكون المحصول في أمسّ حالات الخطر بدقة.

وعندما طبق الفريق مجموعة البيانات هذه للنظر في المستقبل، رسمت النتائج صورة واضحة لعالم يزداد دفئاً. ففي عمليات المحاكاة لنهاية القرن، ترتفع متوسط درجات الحرارة خلال موسم النمو باستمرار في جميع المناطق وجميع النماذج المناخية. ويكون الارتفاع حاداً بشكل خاص في السيناريوهات التي تظل فيها انبعاثات غازات الاحتباس الحراري مرتفعة. وإلى جانب الحرارة، يزداد عدد الأيام ذات درجات الحرارة العالية بشكل خطير، مما يعني أن المحاصيل ستواجه موجات حر أكثر تكراراً خلال مراحل نموها الأكثر حساسية. وبينما تصبح أنماط هطول الأمطار أكثر تباينًا، حيث تصبح بعض المناطق أكثر رطوبة وأخرى أكثر جفافاً، تزداد الحاجة الإجمالية للمياه من قبل النباتات لأن الهواء الساخن يجفف التربة بشكل أسرع. وتظهر مجموعة البيانات أنه في العديد من الأماكن، سيؤدي الجمع بين درجات الحرارة المرتفعة وزيادة الطلب على المياه إلى خلق المزيد من الأيام التي يسحب فيها الغلاف الجوي الرطوبة من التربة بمعدل يفوق ما يمكن للمطر تعويضه.

توفر هذه الأداة الجديدة طريقة أكثر واقعية لدراسة العلاقة بين المناخ والزراعة من أي وقت مضى. فمن خلال مواءمة بيانات الطقس مع الإيقاع البيولوجي الفعلي للمحصول، قدم الباحثون مورداً يمكنه مساعدة العلماء على بناء نماذج أفضل للتنبؤ بإنتاجية المحاصيل. وهي تسمح بفهم أوضح لكيفية تأثير الصدمات المناخية، مثل موجة حر مفاجئة أثناء الإزهار، على إنتاج الغذاء في أجزاء مختلفة من العالم. كما تم تصميم مجموعة البيانات لتكون مرنة، مما يسم يسمح للباحثين الآخرين بتعديل المعايير لمحاصيل أو مناطق مختلفة، مما يضمن بقاء التحليل ذا صلة مع تطور الممارسات الزراعية والظروف المناخية. وفي نهاية المطاف، توفر AGROMINDS خريطة مفصلة للتحديات المناخية التي تواجه الزراعة العالمية، مما يوفر أساساً لتطوير استراتيجيات لحماية الأمن الغذائي في عالم متغير.