Praktik pertanian intensif dan penggunaan pola curah hujan air tanah yang dangkal.
Perubahan penggunaan lahan dan irigasi yang luas di sabuk jagung AS, ditambah dengan pengaruh air tanah dangkal di wilayah tersebut, secara substansial telah membentuk kembali pola curah hujan lokal, menurut penelitian baru.
Studi yang diterbitkan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasionalmemeriksa “daur ulang presipitasi” – proses di mana kelembaban dari tanaman, tanah, danau, dan fitur lanskap lainnya dilepaskan ke atmosfer dan kembali sebagai curah hujan di daerah yang sama.
Menggunakan model komputer canggih, para peneliti menemukan bahwa interaksi antara praktik pertanian dan air tanah yang dangkal meningkatkan rasio daur ulang presipitasi hampir 30%, secara signifikan meningkatkan curah hujan selama musim tanam.
Variasi musiman dan tahunan dalam daur ulang presipitasi
Peran daur ulang presipitasi bervariasi dari bulan ke bulan dan tahun ke tahun, penelitian menemukan. Ini memuncak di bulan -bulan musim panas dengan matang tanaman jagung, dan di tahun -tahun kering ketika sedikit kelembaban tiba dari daerah lain.
“Penelitian ini menunjukkan bagaimana praktik pertanian dapat memodifikasi iklim regional, dengan implikasi untuk keamanan pangan dan air,” kata penulis utama Zhe Zhang, seorang ilmuwan di Pusat Penelitian Atmosfer Nasional Nasional Nasional AS (NSF NCAR). “Di wilayah pertanian seperti sabuk jagung AS di mana curah hujan sangat penting, penting bagi petani dan manajer sumber daya air untuk memahami dari mana hujan berasal.”
Mempelajari lebih lanjut tentang tingkat daur ulang curah hujan dapat membantu meningkatkan prediksi curah hujan di masa depan untuk sabuk jagung dan memberikan lebih banyak informasi untuk strategi penanaman dan alokasi sumber daya air.
Studi ini ditulis bersama oleh para ilmuwan lain di NSF NCAR, serta para ilmuwan di Universitas Sains dan Teknologi Hong Kong dan Universitas Santiago de Compostela di Spanyol. Itu didanai oleh NSF.
Permukaan tanah yang diubah
Sabuk jagung AS mencakup selusin negara bagian di Midwest dan Great Plains, mulai dari Ohio di timur hingga Nebraska di barat. Permukaan tanah, yang merupakan campuran padang rumput dan hutan Tallgrass sebelum pemukiman Eropa, sekarang ditandai oleh lahan pertanian dengan irigasi yang luas.
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa wilayah tersebut menjadi semakin lembab, dengan lebih banyak curah hujan. Tetapi Zhang dan rekan -rekannya ingin mengukur dampak daur ulang presipitasi.
Mengambil keuntungan dari teknik pemodelan komputer canggih, para ilmuwan beralih ke model penelitian dan peramalan cuaca berbasis NSF NCAR (WRF), yang dapat mensimulasikan atmosfer dengan resolusi empat kilometer yang sangat tinggi (sekitar 2,5 mil). Mereka juga menggunakan model komputer berbasis NSF NSF lain, yang dikenal sebagai Noah-MP, yang memungkinkan analisis spesifik sistem interaktif air tanah, pertumbuhan tanaman, dan irigasi. Mereka menerapkan algoritma yang realistis secara fisik untuk melacak pergerakan uap air dalam simulasi.
Untuk menghilangkan peran pertanian dan air tanah dangkal yang merupakan fitur alami di wilayah tersebut, para ilmuwan membandingkan simulasi yang termasuk tanaman, irigasi, dan air tanah dengan simulasi lain yang tidak memiliki satu atau lebih faktor -faktor tersebut. Mereka menjalankan model di NSF NCAR -Wyoming Supercomputing Center.
Hasil penelitian menunjukkan rasio daur ulang presipitasi – atau fraksi curah hujan yang turun sebagai akibat dari proses lokal – mencapai 18% karena kombinasi air tanah dangkal yang memberi makan kelembaban ke permukaan, tanaman jagung berdaun yang melepaskan kelembaban ke atmosfer, dan penguapan dari sistem irigasi. Tanpa faktor -faktor seperti itu, pemodelan menunjukkan rasio daur ulang presipitasi hanya 14%, atau sekitar 29% lebih sedikit.
Para ilmuwan memfokuskan simulasi mereka pada tiga tahun: 2010 (yang luar biasa basah), 2011 (curah hujan rata -rata), dan 2012 (tahun yang kering). Mereka menemukan bahwa fraksi curah hujan daur ulang tertinggi pada tahun 2012, ketika lebih sedikit kelembaban yang tiba dari daerah lain seperti Teluk Meksiko.
“Kami dapat benar -benar membedakan bagaimana proses yang berbeda berkontribusi pada perubahan curah hujan,” kata Zhang. “Karena pertanian bergantung pada curah hujan, pemahaman ini dapat menginformasikan manajemen pertanian serta mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang ketersediaan air tawar.”
Dia dan kolaboratornya merencanakan penelitian selanjutnya untuk melihat bagaimana perubahan curah hujan dapat mempengaruhi produktivitas pertanian.
Referensi: “Sabuk jagung AS meningkatkan daur ulang presipitasi regional” oleh Zhe Zhang, Cenlin HE, Fei Chen, Gonzalo Miguez-Macho, Changhai Liu dan Roy Rasmussen, 30 Desember 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Doi: 10.1073/pnas.2402656121
Bahan ini didasarkan pada pekerjaan yang didukung oleh Pusat Nasional NSF untuk Penelitian Atmosfer, sebuah fasilitas utama yang disponsori oleh Yayasan Sains Nasional AS dan dikelola oleh University Corporation for Atmospheric Research.
