Klimaændringer forværrer tørke, reducere majsudbyttet i Afrika

Næsten 25 procent af verdens underernærede befolkning bor i Afrika syd for Sahara, hvor mere end 300 millioner mennesker er afhængige af majs, eller majs, som deres vigtigste fødekilde. Majs er det mest høstede landbrugsprodukt i Afrika og dyrkes af små landmænd, der er stærkt afhængige af regnvand frem for kunstvanding. Afgrøden er derfor ekstremt følsom over for tørke, og siden 2015 er produktionen faldet dramatisk som følge af rekordstore tørkeforhold i det sydlige og østlige Afrika.

Nu har MIT -forskere fundet ud af, at klimaændringer sandsynligvis vil forværre tørkeforholdene yderligere i dele af kontinentet, dramatisk omforme produktionen af ​​majs i hele Afrika syd for Sahara, efterhånden som de globale temperaturer stiger i løbet af det næste århundrede.

I et papir publiceret online i denne uge i tidsskriftet Earth's Future, forskerne rapporterer, at hvis verdens gennemsnitstemperaturer stiger med 4 grader Celsius i år 2100, meget af det sydlige Afrika og Sahel -regionen lige syd for Sahara -ørkenen - regioner, der bidrager med en betydelig del af Afrikas majsproduktion - vil opleve øget tørhed, hvilket igen forventes at reducere majsafgrødeudbyttet i nogle nationer med over 20 procent.

"[Majs] er en relativt tørkefølsom afgrøde i en region, hvor landbrugsproduktionen for det meste regner, "siger hovedforfatter Amy Dale, en postdoc i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS). "Hvis vi under klimaforandringer har ændringer i temperatur og nedbør, dette er uden tvivl et af de værste områder i verden, hvor vi kommer til at se virkelig negative virkninger på afgrødeproduktion og underernærede bestande. "

Forskernes analyse viser også, at klimaforandringernes indflydelse er mindre sikker for de mest tørre regioner i Afrika syd for Sahara, herunder de semiaride-regioner, der producerer over 40 procent af afrikansk majs syd for Sahara.

Kenneth Strzepek, en medforfatter på papir og forsker i MIT's Joint Program on the Science and Policy of Global Change, siger undersøgelsens resultater giver et kort til, hvordan landbrugsforholdene vil ændre sig i det næste århundrede, samt hvor klimaændringernes indflydelse stadig er mindre tydelig. Alle disse oplysninger, han siger, er afgørende for regeringsplanlæggere, der sigter mod at opbygge Afrikas økonomi og infrastruktur.

"De står over for et stort problem med, hvordan man udformer udviklingspolitikker under risiko for klimaændringer, "Siger Strzepek." Regeringerne ønsker at være modige og bygge infrastruktur i visse regioner, men om 30 år har vi råd til at have [disse strukturer] strandet? Den slags resultater, der kommer ud af denne undersøgelse, er værdifulde i, hvordan [udvikling] går fremad. "

Strzepek og Dales medforfattere omfatter Charles Fant, en tidligere postdoc; Megan Lickley, en kandidatstuderende i EAPS; og Susan Solomon, Lee og Geraldine Martin, professor i miljøstudier i EAPS.

Kører tallene

For at vurdere klimaændringernes indvirkning på majsproduktion, forskerne tog en multimodel tilgang, arbejdskombinationer af globale klimamodelforudsigelser til en open source-afgrødemodel, der simulerer afgrødeudbytter over successive vækstsæsoner.

De tilpassede afgrødemodellen til at simulere majsproduktion i Afrika, først opdele kontinentet i et gittermønster, med hver gittercelle, der måler cirka 200 kvadratkilometer. De anvendte afgrødemodellen til at simulere majsvækst for hver gittercelle, indfører modellen forskellige input til hvert lokalt net, f.eks. jordens egenskaber og området med høstede afgrøder i en given region - alle data, de indhentede fra offentligt tilgængelige datasæt.

Teamet kørte afgrødemodellen under 122 fremtidige klimascenarier, eller fremskrivninger af temperatur og nedbør. Medianfremskrivninger blev beregnet for hver af fem klimamodel "ensembler" - sæt af simuleringskørsler, der repræsenterer enten kombinationer af forskellige klimamodeller eller en enkelt model, der køres flere gange.

Sammenligning af resultaterne for hver ensembletype kaster lys over de vigtigste kilder til usikkerhed i modelforudsigelser. Denne analyse viste, at klimasystemets "kaotiske" karakter, eller dens ekstreme følsomhed over for den oprindelige tilstand af klimasystemet, der antages i hver model, var en stor kilde til usikkerhed.

En usikker fremtid

Ved at kombinere klima- og afgrødemodeller, holdet simulerede majsudbytter i Afrika for årene 2030, 2050, og 2090, under to klimaforandringsscenarier, hvor globale gennemsnitlige årlige temperaturer ville stige med 2 grader eller 4 grader Celsius med 2100 under forskellige drivhusgaskoncentrationsbaner. Disse scenarier er beskrevet i den femte vurderingsrapport fra det mellemstatslige panel om klimaændringer, som "Repræsentativ koncentration Pathway 4.5 og 8.5."

På det meste af kontinentet, forskerne fandt, at de fleste klimamodeller var enige om ændringsretningen i majsproduktion på grund af klimaforandringer. Under det værste tilfælde, hvor de globale temperaturer stiger med 4 grader Celsius, disse modeller anslår, at Sahel og det sydlige Afrika vil opleve omfattende udbyttetab, med nogle gitterceller, der viser tab på op til 50 procent. De mest pessimistiske simuleringskørsler forudsiger en reduktion på 30 procent i majsproduktionen i det sydlige Afrika i 2090, med tab i Zambia på 40 procent.

Modellerne er også enige om klimaændringernes effekt i underregioner i det østlige Afrika, forudsiger, at det etiopiske højland og Afrikas horn vil opleve lidt højere majsudbytter. Majsproduktion i Centralafrika vil forblive mere eller mindre den samme, da tropiske regnskove der modtager regelmæssig nedbør og generelt er modstandsdygtige over for klimaændringer.

Dale og hendes kolleger observerede, at klimamodellerne frembragte en meget bredere vifte af forudsigelser - og derfor en højere grad af usikkerhed - i de mest tørre regioner i Afrika. Nogle modeller forudsagde positive ændringer i afgrødeudbytter, mens andre vurderede flere negative virkninger i ørken- og savanneområder.

"Det indebærer, vi har brug for ledelsesstrategier, der er robuste over for usikkerhed, "Siger Dale." Ændringer i landbrugsskala som at skifte sorter, udvidelse af kunstvanding og næringsstofforvaltning, ændringer i plantningsdatoer, og øget institutionel kapacitet som forsikringsprogrammer, forskningsstøtte, og forbedringer inden for madtransport. Vi er nødt til at tænke på flere facetter til tilpasning til klimaændringer. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.