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

Boeren hebben altijd naar de hemel gekeken, wetende dat een paar weken hitte of een vertraging in de regen een overvloedige oogst in een mislukking kan veranderen. Voor wetenschappers die proberen te voorspellen hoe klimaatverandering de voedselvoorziening zal beïnvloeden, is de uitdaging vergelijkbaar maar veel complexer. Zij moeten niet alleen het weer volgen, maar ook hoe dat weer interageert met de specifieke levenscyclus van een gewas. Een plant groeit niet op een vaste kalender; hij groeit op basis van de warmte die hij accumuleert. In een warme lente kan een gewas snel rijpen, terwijl het in een koel jaar langer duurt. Traditionele klimaatgegevens middelen de omstandigheden vaak over vaste maanden, wat de kritieke momenten kan missen waarop een plant het meest kwetsbaar is. Om de toekomst van de landbouw te begrijpen, hebben onderzoekers een manier nodig om het weer te meten precies zoals het gewas dat ervaart, van het moment dat het zaadje wordt geplant tot het moment dat de oogst wordt binnengehaald.

Een team van onderzoekers aan het International Institute for Applied Systems Analysis heeft een nieuwe wereldwijde dataset genaamd AGROMINDS ontwikkeld om dit probleem op te lossen. In plaats van te kijken naar het weer in generieke maandelijkse blokken, hebben zij een systeem gebouwd dat de werkelijke groeiseizoenen volgt van vier belangrijke zomergewassen: maïs, soja, rijst en lentewintertarwe. De dataset combineert dagelijkse weergegevens met gedetailleerde informatie over wanneer boeren planten en wanneer gewassen klaar zijn voor de oogst. Door computermodellen te gebruiken om te schatten hoe snel gewassen zich ontwikkelen op basis van dagelijkse temperaturen, kan het team het exacte begin en einde van het groeiseizoen definiëren voor elk stuk landbouwgrond op aarde. Deze aanpak stelt hen in staat om een breed scala aan klimaatindicatoren te berekenen — zoals totale neerslag, gemiddelde temperatuur en het aantal dagen met extreme hitte — specifiek voor de tijd dat het gewas daadwerkelijk in de grond zit.

De onderzoekers gebruikten deze methode om een uitgebreid verslag van de klimatologische omstandigheden te maken van 1971 tot het jaar 2100. Ze dekten zowel historische weersomstandigheden, gebaseerd op een reanalyse van waarnemingen uit het verleden, als toekomstige projecties gebaseerd op vijf verschillende klimaatmodellen en vier verschillende scenario's van hoe menselijke emissies kunnen veranderen. De gegevens zijn georganiseerd in een raster dat de hele wereld beslaat, met de focus op gebieden waar deze gewassen momenteel worden verbouwd. Voor elk jaar en elke locatie berekent het systeem hoeveel warmte het gewas heeft geaccumuleerd, hoeveel water het heeft ontvangen en hoeveel dagen het te kampen had met stress door droogte of verzengende temperaturen. Cruciaal is dat het systeem het groeiseizoen opbreekt in kleinere, biologisch betekenisvolle fasen, zoals de tijd waarin de plant zijn wortels vestigt, wanneer hij bloeit en wanneer hij zijn korrels vult. Dit niveau van detail helpt wetenschappers precies te zien wanneer een gewas het grootste risico loopt.

Toen het team deze dataset toepaste om naar de toekomst te kijken, schetsten de resultaten een duidelijk beeld van een opwarmende wereld. In simulaties voor het einde van de eeuw stijgt de gemiddelde temperatuur tijdens het groeiseizoen consistent in alle regio's en in alle klimaatmodellen. De stijging is bijzonder scherp onder scenario's waarin de uitstoot van broeikasgassen hoog blijft. Naast de hitte neemt ook het aantal dagen met gevaarlijk hoge temperaturen toe, wat betekent dat gewassen vaker te maken zullen krijgen met hittegolven tijdens hun meest gevoelige groeifasen. Terwijl neerslagpatronen variabeler worden, waarbij sommige gebieden natter en andere droger worden, neemt de algehele vraag naar water door de planten toe omdat warmere lucht de bodem sneller uitdroogt. De dataset laat zien dat in veel gebieden de combinatie van hogere temperaturen en een toegenomen waterbehoefte zal leiden tot meer dagen waarop de atmosfeer meer vocht uit de bodem onttrekt dan de regen kan vervangen.

Dit nieuwe instrument biedt een realistischere manier om de relatie tussen klimaat en landbouw te bestudelen dan ooit tevoren. Door de weergegevens af te stemmen op het werkelijke biologische ritme van het gewas, hebben de onderzoekers een bron geboden die wetenschappers kan helpen bij het bouwen van betere modellen om gewasopbrengsten te voorspellen. Het maakt een helderder begrip mogelijk van hoe klimaatshocks, zoals een plotselinge hittegolf tijdens de bloei, de voedselproductie in verschillende delen van de wereld kunnen beïnvloeden. De dataset is ontworpen om flexibel te zijn, waardoor andere onderzoekers de parameters voor verschillende gewassen of regio's kunnen aanpassen, zodat de analyse relevant blijft naarmate landbouwpraktijken en klimaatcondities evolueren. Uiteindelijk biedt AGROMINDS een gedetailleerde kaart van de klimatologische uitdagingen waar de wereldwijde landbouw voor staat, en biedt het een fundament voor het ontwikkelen van strategieën om de voedselzekerheid in een veranderende wereld te beschermen.