Ein Team der Universität Cordoba hat Evapotranspirationsprognosen für Andalusien bis zum Jahr 2100 veröffentlicht und dabei ein maschinelles Lernmodell verwendet, mit dem diese Daten auf der Grundlage der Lufttemperatur ermittelt werden können
Im Kontext der Klimakrise, in der die Temperaturen steigen (Der Juli 2023 war der heißeste Monat seit 1880) und die Niederschlagsmuster ändern sich, was einerseits zu Starkregenereignissen und andererseits zu Dürren führt. Daher ist es wichtig, zukünftige Szenarien vorherzusagen, um Anpassungs- und Abhilfemaßnahmen zu planen.
Einer der Bereiche, in denen die Auswirkungen des Klimas am stärksten sein werden, ist die Landwirtschaft. Die Referenz-Evapotranspiration, ein hydrologischer Parameter, der den Wasserverlust aus Böden und Bodenbedeckung durch Verdunstung sowie eine Referenzpflanze (Gras) über die Transpiration quantifiziert, ist für die Berechnung des Wasserbedarfs von Nutzpflanzen von entscheidender Bedeutung, da sie dazu dient, die „Verdunstungsleistung“ der Atmosphäre genau zu quantifizieren nur unter Berücksichtigung klimatischer Parameter.
Mit dem Ziel, diesen Parameter in der Zukunft und seine Auswirkungen auf den Wasserbedarf von Feldern abzuschätzen, hat ein Team der Abteilung für Landbau, Bauwesen und Ingenieurprojekte der Universität Córdoba, bestehend aus den Forschern Juan Antonio Bellido und Javier Estévez und Amanda García haben eine Reihe von Karten mit Referenzprojektionen zur Evapotranspiration bis zum Jahr 2100 in Andalusien erstellt.
In der Zukunft, wie die Karten zeigen, sehen wir einen Anstieg der Referenz-Evapotranspiration, der von den aktuellen Daten zwischen 1.300 mm und 1.600 mm auf 1.9000 mm im Jahr 2100 ansteigt. Bis 2100 wird mehr Wasser benötigt, um Verdunstungs- und Transpirationsverluste aus den Anbauflächen zu verringern Bereiche.
„Mit dieser Arbeit sehen wir ein deutliches Wachstum der Referenz-Evapotranspiration und trotz der Unsicherheiten, die die erstellten Modelle möglicherweise umgeben, zeigt sich ein Aufwärtstrend dieser Variablen auf robuste Weise“, erklärt Javier Estévez.
Wie wird die Zukunft berechnet?
Um diese Prognosen zu erstellen, entwickelte das Team mehrere auf maschinellem Lernen basierende Vorhersagemodelle, die es ermöglichen, die Referenz-Evapotranspiration anhand nur einer sehr einfachen und kostengünstig zu messenden Variablen vorherzusagen: der Lufttemperatur.
Um die Referenz-Evapotranspiration abzuschätzen, sind normalerweise vollständige Stationen erforderlich, die teurer sind und einen höheren Wartungsbedarf haben, da die Messung von Sonneneinstrahlung, relativer Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit an einem Punkt, aber einer hohen Dichte an Stationen erforderlich ist ist nicht machbar.
Somit können wir mit diesen neuen Modellen „die Referenz-Evapotranspiration ermitteln, indem wir über eine Variable verfügen, die sehr wirtschaftlich und sehr genau und zuverlässig zu messen ist, wie z. B. die Lufttemperatur“, und so den Prozess vereinfachen.
Damit diese Modelle für zukünftige Szenarien gültig sind, wurden sie mit Daten von 122 Wetterstationen in Andalusien von 1999 bis 2022 trainiert. Sobald ihre Leistung bewertet war, wurden die Modelle validiert und angewendet, um Referenzvorhersagen für die Evapotranspiration ausschließlich unter Verwendung der Lufttemperatur zu erhalten. Dabei wurden Karten für den Zeitraum 2023 bis 2100 erstellt, die einen Anstieg in der gesamten südlichen Region Spaniens versprechen.
Die Lufttemperaturdaten, die als Modelleingaben für den Zeitraum 2023–2100 dienen, sind Vorhersagen, die auf den RCP-Szenarien der Treibhausgasemissionen und -konzentrationen des IPCC (Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen) basieren. Im Worst-Case-Szenario mit hohen Emissionen (RCP8.5) würde die Referenz-Evapotranspiration auf 1.900 mm ansteigen, während sie in einem Minderungsszenario (RCP5.4) auf 1.700 mm ansteigen würde.
Die aus den Modellen gewonnenen Ergebnisse waren für das Worst-Case-Szenario genauer, da es den bisher erzeugten Emissionen am nächsten kommt. Was in beiden Szenarien deutlich wird, ist der zunehmende Referenz-Evapotranspirationstrend.
Diese Arbeit, die die Daten und Modelle offen teilt, sodass sie sowohl von der Forschung als auch von der Landwirtschaft genutzt werden können, bietet eine Zukunftsvision und Werkzeuge, um die Veränderungen, die sich aus der Klimakrise im Bereich der Landwirtschaft ergeben, vorherzusagen in der Lage, mit ihnen umzugehen.
Das Papier ist veröffentlicht im Tagebuch Computer und Elektronik in der Landwirtschaft.
Mehr Informationen:
JA Bellido-Jiménez et al, Referenz-Evapotranspirationsprojektionen in Südspanien (bis 2100) unter Verwendung temperaturbasierter Modelle für maschinelles Lernen, Computer und Elektronik in der Landwirtschaft (2023). DOI: 10.1016/j.compag.2023.108327