Kort viser den tætte sammenhæng mellem afgrødeproduktion, nedbør og temperatur i det amerikanske midtvest i sidste halvdel af det 20. århundrede. På dette kort, antallet af producerede skæpper majs er vist i grønne nuancer. Kredit:Massachusetts Institute of Technology
Forskere er enige om, at ændringer i arealanvendelsen såsom skovrydning, og ikke kun drivhusgasemissioner, kan spille en væsentlig rolle ved at ændre verdens klimasystemer. Nu, en ny undersøgelse foretaget af forskere ved MIT og Dartmouth College afslører, hvordan en anden type arealanvendelse, intensivt landbrug, kan påvirke det regionale klima.
Forskerne viser, at i sidste halvdel af det 20. århundrede, det midtvestlige USA gennemgik en intensivering af landbrugspraksis, der førte til dramatiske stigninger i produktionen af majs og sojabønner. Og, i samme periode i den pågældende region, somrene var betydeligt køligere og havde større nedbør end i det foregående halve århundrede. Denne effekt, med regional afkøling i en tid med generel global opvarmning, kan have maskeret en del af den opvarmningseffekt, der ville have fundet sted i den periode, og det nye fund kunne hjælpe med at forfine globale klimamodeller ved at inkorporere sådanne regionale effekter.
Resultaterne offentliggøres i denne uge Geofysiske forskningsbreve , i et papir af Ross Alter, en nylig MIT postdoc; Elfatih Eltahir, Breene M. Kerr professor i hydrologi og klima; og to andre.
Holdet viste, at der var en stærk sammenhæng, i både rum og tid, mellem intensiveringen af landbruget i Midtvesten, faldet i observerede gennemsnitlige dagtemperaturer om sommeren, og en stigning i den observerede lokale nedbør. Ud over disse indicier, de identificerede en mekanisme, der forklarer sammenhængen, tyder på, at der faktisk var en årsag-virkning sammenhæng mellem ændringerne i vegetationen og de klimatiske virkninger.
Eltahir forklarer, at planter "ånder" i den kuldioxid, de har brug for til fotosyntese, ved at åbne små porer, kaldet stomi, men hver gang de gør dette, mister de også fugt til atmosfæren. Med kombinationen af forbedrede frø, gødning, og anden praksis, mellem 1950 og 2009 steg det årlige majsudbytte i Midtvesten omkring det firdoblede, og det for sojabønner fordoblet. Disse ændringer var forbundet med tættere planter med mere bladmasse, hvilket dermed øgede mængden af fugt, der frigives til atmosfæren. Den ekstra fugt tjente både til at afkøle luften og øge mængden af nedbør, foreslår forskerne.
Dette kort viser afvigelser i nedbør sammenlignet med det foregående halve århundrede. Områder med øget nedbør er vist med grønt (hvor mørket stiger i forhold til mængden af stigning) og områder. Kredit:Massachusetts Institute of Technology
"I nogen tid, vi har været interesseret i, hvordan ændringer i arealanvendelsen kan påvirke klimaet, " siger Eltahir. "Det er et uafhængigt problem fra kuldioxidemissioner, ", som er blevet mere intensivt undersøgt.
Eltahir, Ændre, og deres medforfattere bemærkede, at optegnelser viste, at i løbet af det 20. århundrede, "der var væsentlige ændringer i regionale mønstre for temperatur og nedbør. En region i Midtvesten blev koldere, hvilket var en overraskelse, " siger Eltahir. Fordi vejrrekorder i USA er ret omfattende, der er "et robust datasæt, der viser betydelige ændringer i temperatur og nedbør" i regionen.
I løbet af den sidste halvdel af århundredet, den gennemsnitlige nedbør om sommeren steg med omkring 15 procent sammenlignet med det forrige halve århundrede, og de gennemsnitlige sommertemperaturer faldt med omkring en halv grad celsius. Effekterne er "betydelige, men lille, " siger Eltahir.
Ved at indføre i en regional amerikansk klimamodel en faktor, der skal tage højde for det mere intensive landbrug, der har gjort Midtvesten til et af verdens mest produktive landbrugsområder, fandt forskerne, "modellerne viser en lille stigning i nedbør, et fald i temperaturen, og en stigning i atmosfærisk luftfugtighed, " Eltahir siger - præcis hvad klimaregistreringerne faktisk viser.
Det karakteristiske "fingeraftryk, " han siger, tyder stærkt på en årsagssammenhæng. "I løbet af det 20. århundrede, det midtvestlige USA oplevede regionale klimaændringer, der er mere i overensstemmelse med, hvad vi ville forvente af ændringer i arealanvendelse i modsætning til andre påvirkninger, " han siger.
Ændringer i gennemsnitlige sommertemperaturer er vist på dette kort, med højere end gennemsnitstemperaturer i rødt, lavere end gennemsnittet i blåt. Analysen viser en meget stærk sammenhæng mellem områderne med øget afgrødeproduktion, højere nedbør, og lavere temperaturer. Kredit:Massachusetts Institute of Technology
Denne opdagelse modsiger på ingen måde det overordnede mønster af global opvarmning, Eltahir understreger. Men for at forfine modellerne og forbedre nøjagtigheden af klimaforudsigelser, "Vi er nødt til at forstå nogle af disse regionale og lokale processer, der finder sted i baggrunden."
I modsætning til ændringer i arealanvendelsen som f.eks. skovrydning, som kan reducere absorptionen af kuldioxid i træer, hvilket kan bidrage til at lindre emissioner af gassen, ændringerne i dette tilfælde afspejlede ikke nogen væsentlig stigning i det dyrkede areal, men snarere en dramatisk stigning i udbyttet fra eksisterende landbrugsjord. "Arealet med afgrøder voksede ikke meget i løbet af den tid, men afgrødeproduktionen steg betydeligt, fører til store stigninger i afgrødeudbyttet, ", forklarer Alter.
Resultaterne tyder på muligheden for, at i det mindste på et lille regionalt eller lokalt plan, intensivering af landbruget på eksisterende landbrugsjord kunne være en måde at lave noget lokalt geoingeniørarbejde på for i det mindste lidt at mindske virkningerne af global opvarmning, siger Eltahir. Et nyligt papir fra en anden gruppe i Schweiz antyder netop det.
Men resultaterne kan også varsle nogle negative virkninger, fordi den form for intensivering af landbrugsudbyttet opnået i Midtvesten sandsynligvis ikke vil blive gentaget, og nogle af virkningerne af den globale opvarmning kan "være blevet maskeret af disse regionale eller lokale effekter. Men dette var et fænomen fra det 20. århundrede, og vi forventer ikke noget lignende i det 21. århundrede, " siger Eltahir. Så opvarmning i den region i fremtiden "vil ikke være til gavn for disse regionale moderatorer."
"Dette er en rigtig vigtig fremragende studie, " siger Roger Pielke Sr., seniorforsker ved CIRES, ved University of Colorado i Boulder, som ikke var involveret i dette arbejde. "Ledelsen af det klimavidenskabelige samfund har endnu ikke accepteret, at menneskelig jordforvaltning er mindst lige så vigtig for regionalt og lokalt klima som tilsætning af kuldioxid og andre drivhusgasser til atmosfæren af menneskelige aktiviteter."
Pielke tilføjer, at "Professor Eltahir har været en af pionererne i forbedringen af vores viden om dette videnskabeligt og samfundsmæssigt vigtige spørgsmål." Dette papir "er et væsentligt bidrag om dette emne."
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.