Οι ερευνητές του INRAE έκαναν ένα αποφασιστικό βήμα, εφαρμόζοντας μια μικρομετεωρολογική προσομοίωση σε ένα δασικό οικόπεδο, χρησιμοποιώντας έναν υπερυπολογιστή, μοντελοποιώντας την εξέλιξη των καιρικών συνθηκών νωρίς το πρωί, μια περίοδο που σπάνια συζητείται σε αυτές τις κλίμακες, αλλά είναι κρίσιμη για τις προβλέψεις που σχετίζονται με τη λειτουργία των καλλιεργούμενων οικοσυστημάτων.
H παρούσα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Journal of Atmospheric Sciences, καταδεικνύει τη δυνατότητα βελτίωσης των μετεωρολογικών προβλέψεων στον πλησιέστερο μετρητή για την ανάπτυξη γεωργικών στρατηγικών που μετριάζουν τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στις καλλιέργειες.
Η αγροτική περιοχή είναι σαν ένα μωσαϊκό που αποτελείται από καλλιέργειες, δάση, φράχτες και δρόμους. Αυτή η ετερογένεια του τοπίου δημιουργεί μια χωρική μεταβλητότητα των ροών θερμότητας και των κινήσεων του αέρα περισσότερο ή λιγότερο φορτωμένη με υγρασία, σε διαφορετικές κλίμακες που κυμαίνονται από χιλιοστά έως χιλιόμετρα. Αυτές οι ανταλλαγές επηρεάζουν το κλίμα τοπικά, δημιουργώντας περιοχές που είναι καλύτερα προσαρμοσμένες στις ακραίες καιρικές συνθήκες και πιο κρίσιμες περιοχές.
Η κατανόηση αυτής της μικροκλιματικής πολυπλοκότητας είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη γεωργικών στρατηγικών που την εκμεταλλεύονται, προκειμένου να μετριαστούν τα ακραία κλιματικά φαινόμενα.
Για παράδειγμα, τα αγροδασοκομικά συστήματα που ενσωματώνουν δέντρα στις καλλιέργειες περιορίζουν την εξάτμιση του εδάφους, μετριάζουν τις αιχμές ανέμου και θερμότητας, δημιουργώντας ευνοϊκές συνθήκες για τις καλλιέργειες. Η μελέτη αυτής της μικροκλιματικής μεταβλητότητας απαιτεί τη λήψη μετεωρολογικών προβλέψεων σε πολύ μικρή κλίμακα, στην οποία οι ανταλλαγές μεταξύ βλάστησης και ατμόσφαιρας διαδραματίζουν ουσιαστικό ρόλο.
Για να προσομοιώσουν τη μικρομετεωρολογία στην κλίμακα των γεωργικών τοπίων, οι ερευνητές του INRAE χρησιμοποίησαν ένα δασικό οικόπεδο 5 x 5 χιλιομέτρων ως μοντέλο. Χρησιμοποιώντας τον υπερυπολογιστή Juliot-Curie της CEA, παρήγαγαν τουλάχιστον 7,5 TB δεδομένων για αρκετούς μήνες, που ισοδυναμεί με 26 ημέρες συνεχούς υπολογισμού, για μια προσομοίωση που αντιπροσωπεύει ανταλλαγές μάζας και ενέργειας διάρκειας 5 ωρών.
Αυτός ο τεράστιος όγκος πληροφοριών κατέστησε δυνατή την επίτευξη μιας εξαιρετικά λεπτομερούς χωρικής και χρονικής ανάλυσης, της τάξεως του ενός μέτρου και ενός χιλιοστού του δευτερολέπτου, αντίστοιχα.
Η προσομοίωση κατέστησε δυνατή την αναπαράσταση της εξέλιξης των ροών μάζας και ενέργειας πάνω από το θόλο του δάσους νωρίς το πρωί, από τις 4 π.μ. έως τις 9 π.μ., μια περίπλοκη περίοδο που σπάνια συζητείται λόγω της υψηλής χρονικής μεταβλητότητάς της που συνδέεται με την υπερθέρμανση της επιφάνειας.
Κατά τη διάρκεια του πρωινού το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας αναπτύσσεται και πυκνώνει, αναμειγνύοντας όλες τις ενώσεις που εκπέμπονται από την επιφάνεια, συμπεριλαμβανομένων των ρύπων. Οι ερευνητές εντόπισαν διαφορές στις ανταλλαγές (όσον αφορά τις κινήσεις της μάζας του αέρα, τις ροές θερμότητας και εξάτμισης) μεταξύ του δάσους και της ατμόσφαιρας υπό συνθήκες χαμηλού ή ισχυρού ανέμου. Με αυτή την προσομοίωση, οι ερευνητές έχουν αναπαράγει για πρώτη φορά, σε συνθήκες ελαφρού ανέμου, μια μαζική απελευθέρωση CO2 από το δάσος νωρίς το πρωί, η οποία οφείλεται στη συσσώρευσή του στον αέρα της χαμηλής βλάστησης κατά τη διάρκεια της νύχτας.
Αυτός ο τύπος προσομοίωσης ανοίγει νέες προοπτικές για τη βελτίωση της αναπαράστασης των επιφανειακών ανταλλαγών στα μοντέλα καιρού και κλίματος. Πράγματι, η χρήση μοντέλων που δεν λαμβάνουν υπόψη την ετερογένεια των επιφανειών μπορεί να οδηγήσει σε σφάλματα στην πρόβλεψη των καιρικών συνθηκών σε εδαφική κλίμακα.
Αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες διατριβής για την επέκταση αυτών των προσομοιώσεων σε πιο σύνθετα τοπία, προκειμένου να μελετηθεί η μικρομετεωρολογία σε περιβάλλοντα που συνδυάζουν καλλιέργειες και δάση, που χαρακτηρίζονται από λοφώδη ανάγλυφα, καθώς και σε αγροδασικά συστήματα.
Στόχος είναι να ποσοτικοποιηθεί ο αντίκτυπος των ετερογένειων του τοπίου στο μικροκλίμα και να προσδιοριστούν στρατηγικές διαχείρισης του γεωργικού τοπίου με στόχο τον μετριασμό των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στις καλλιέργειες.
