Более 2 миллиардов человек во всем мире страдают от нехватки воды, лесных пожаров, потери урожая, вымирания лесов или других экологических или экономических проблем, вызванных засухой.
Новый метод мониторинга, разработанный в Университете Дьюка, позволяет ученым раньше определять начало засухи, а это означает, что меры по сохранению или восстановлению могут быть приняты раньше, чтобы ограничить ущерб.
"Объединяя измерения температуры поверхности и воздуха с тысяч метеостанций и спутниковые снимки, мы можем отслеживать текущие условия во всем регионе почти в реальном времени и определять конкретные места, где возникает тепловой стресс, вызванный засухой", сказал Джеймс С. Кларк, профессор Николаса наук об окружающей среде в Школе окружающей среды Николая Герцога.
«Другие используемые сейчас методы основаны на данных, получение которых может занять месяц или больше», - сказал Кларк. «Это означает, что ученые или менеджеры могут не знать, что в регионе засуха, пока условия действительно не начнутся».
Кларк и его коллеги создали бесплатный общедоступный веб-сайт под названием «Око засухи» (https://phenocam.nau.edu/droughteye/), где они ежемесячно публикуют карты с указанием мест на континентальной части Соединенных Штатов, где условия засухи могут на основе последних данных о тепловом напряжении.
Тепловой стресс, который они измерили, представляет собой разницу между температурой воздуха на участке и температурой поверхности растительного покрова. Обычно эти навесы охлаждаются водой, испаряющейся в воздух через маленькие поры или устьица в листьях растений. Это объясняет, почему полуденные температуры летом в лесу ниже, чем в городе. Однако при длительном отсутствии дождя механизм охлаждения выходит из строя. Почвенная влага, доступная деревьям, становится ограниченной. Чтобы сохранить запасы воды, деревья закрывают устьица, позволяя поверхности кроны нагреваться.
Это привело нас к предположению, что разница между пологом и атмосферой может служить простым, но очень точным индикатором водного стресса, вызванного засухой, в континентальном масштабе в теплое и засушливое время года, когда угроза лесных пожаров и других воздействий возрастает. необходим самый строгий и своевременный мониторинг», - сказал Биджан Сейеднароллах, выпускник Никольской школы 2017 года, который руководил исследованием в рамках своей докторской диссертации.
Чтобы проверить гипотезу, он использовал измерения теплового стресса на тысячах мест, чтобы задним числом «предсказать» засушливые условия на территории США за последние 15 лет. Затем он провел аналогичные тесты, используя другие широко используемые индексы засухи, чтобы увидеть, какой из методов, новый или старый, дал результаты, наиболее точно отражающие исторические данные.
«Среди показателей засухи, которые мы рассматривали, тепловой стресс имел самые высокие значения корреляции и наиболее точно «предсказывал» начало засухи в широком диапазоне атмосферных и климатических условий», - сказал Сейеднароллах, который в настоящее время является докторантом. ученый-эколог из Гарвардского университета и Университета Северной Аризоны.
Новый индекс позволит местным властям более своевременно определять риски лесных пожаров или области, где следует ограничить использование воды, говорит Кларк. Он также может выявить области, где происходит отмирание леса, которое влияет на здоровье леса и может увеличить риск лесных пожаров, потому что деревья перестают дышать, когда они начинают умирать. Эти отмирания часто связаны с заражением вредителями или другими экологическими стрессами и представляют собой огромную проблему во многих частях Запада.
Жан-Кристоф Домек, приглашенный профессор школы Николая, стал соавтором нового исследования вместе с Сейеднасроллой и Кларком.
Они опубликовали свои рецензируемые выводы 16 февраля в журнале «Сельскохозяйственная и лесная метеорология». Данные для исследования были получены с наземных метеорологических станций, спутников НАСА MODIS и климатических данных PRISM. Финансирование поступило от Национального научного фонда (гранты NSF-EF-1137364, NSF-EF-1550911 и NSF-IOS-1754893) и Университета Дьюка.