Parmi les impacts météorologiques extrêmes résultant du changement climatique, la sécheresse est un problème croissant dans le monde entier, entraînant de fréquents incendies de forêt, des menaces pour les ressources en eau et une plus grande insécurité alimentaire.
La sécheresse est surveillée dans le monde entier, y compris dans le Connecticut, avec des alertes émises lorsque les conditions deviennent suffisamment sèches pour mériter une notification. Cependant, à ce stade, il est souvent trop tard pour réagir. Des chercheurs d’UConn ont trouvé un moyen de prédire les conditions de sécheresse des semaines voire des mois avant qu’elles ne se produisent, non pas en examinant les données météorologiques, mais plutôt les plantes. L’étude a été publiée cette semaine dans la revue PNAS.
L’étude s’est concentrée sur un type de sécheresse, appelée sécheresse éclair, qui se caractérise par un déclenchement rapide qui peut rapidement s’intensifier et entraîner des résultats dévastateurs. En règle générale, les sécheresses éclair durent un à deux mois, mais se poursuivent parfois comme une sécheresse conventionnelle pendant de plus longues durées, explique le professeur UConn de génie environnemental et membre de l’American Meteorological Society Guiling Wang.
Les États-Unis ont connu des sécheresses éclair majeures en 2012 et en 2017. Wang cite comment la sécheresse de 2012 a entraîné une hausse record des prix des denrées alimentaires aux États-Unis. La technologie de surveillance existante n’est pas en mesure de prédire ces sécheresses qui arrivent rapidement, donc pour mieux les comprendre, les chercheurs se sont concentrés sur les données de 2012 et 2017.
« Nous avons examiné l’évapotranspiration, la température, l’humidité du sol, le déficit de pression de vapeur et les données de télédétection sur la végétation pour voir comment la sécheresse progresse et comment les plantes réagissent. Un signal s’est vraiment démarqué », explique Wang.
Lors de la photosynthèse, le pigment chlorophylle émet une petite quantité de lumière. Cette fluorescence, appelée fluorescence de la chlorophylle induite par le soleil (SIF), est surveillée par satellite et sert de proxy utile pour mesurer le niveau de photosynthèse qui se produit. Le SIF est un reflet plus précis de la photosynthèse que d’autres signaux satellites tels que l’indice de végétation par différence normalisée (NDVI), explique Wang. La production photosynthétique fluctue avec les saisons et d’autres conditions, et les chercheurs ont remarqué des tendances intéressantes dans le SIF allant de deux semaines à deux mois avant le début d’une sécheresse éclair.
« Nous avons pu voir un signal fort qui a précédé les sécheresses, indiquant une augmentation plus lente que d’habitude du SIF à un moment où la photosynthèse des plantes devrait augmenter rapidement. Nous nous attendions à voir une réponse en retard sur la sécheresse. Au lieu de cela, nous avons vu le signal des semaines à des mois avant que le signal de la sécheresse ne soit capturé par l’US Drought Monitor (USDM). Nous avons alors réalisé qu’il ne s’agissait plus seulement de la réponse à la sécheresse, mais plus important encore, de la façon dont nous la prévoyons », déclare Wang.
L’une des prochaines étapes de la recherche de l’équipe consiste à identifier exactement ce qui se cache derrière ces changements de trajectoire SIF.
« Le signal peut être dû à l’épuisement de l’humidité dans le sol, à une faible humidité dans l’air, à une température élevée rendant l’air relativement sec, ou à toute combinaison de ces facteurs qui affectent progressivement les conditions de croissance », explique Wang.
Wang explique que pour les sécheresses de 2012 et 2017, le signal a commencé au printemps au début de la saison de croissance, lorsque la sécheresse a été précédée d’une augmentation plus lente que d’habitude de la photosynthèse. Pour les sécheresses des autres saisons, le précurseur de la sécheresse peut être une diminution plus rapide que d’habitude de la photosynthèse.
Doctorat en génie de l’environnement Koushan Mohammadi, étudiant et premier auteur de l’article, déclare : « Les systèmes d’alerte à la sécheresse existants nécessitent des données hydrométéorologiques de haute qualité qui ne sont pas disponibles ou sont rares dans de nombreuses régions du monde en développement. Notre approche peut soutenir le développement d’un système mondial d’alerte précoce pour aider à protéger la sécurité alimentaire humaine. Je prévois d’étendre notre étude aux régimes en développement où l’agriculture pluviale est le pilier et extrêmement vulnérable à la sécheresse soudaine.
Avec un certain délai, les parties prenantes peuvent être en mesure de mettre en œuvre des mesures proactives pour mieux résister à la sécheresse et potentiellement atténuer certains des effets négatifs.
Le signal SIF est prometteur et l’équipe prévoit d’approfondir ses recherches sur son utilité – « Ce sont des résultats très intéressants, mais nous devons mieux les comprendre pour finalement développer des modèles robustes pour les prévisions subsaisonnières à saisonnières, que ce soit pour la sécheresse ou d’autres conditions . »
Koushan Mohammadi et al, Alerte précoce de sécheresse éclair basée sur la trajectoire de la fluorescence de la chlorophylle induite par le soleil, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2202767119