Secondo una nuova ricerca, i radicali cambiamenti nell’uso del territorio e l’irrigazione della Corn Belt statunitense, insieme all’influenza delle acque sotterranee poco profonde della zona, hanno alterato in modo significativo i modelli delle precipitazioni in quella vitale regione agricola.
Lo studio, pubblicato su Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienzesi concentra sul “riciclo delle precipitazioni”, un processo in cui l’umidità rilasciata nell’atmosfera da piante, suoli, laghi e altri elementi del paesaggio ritorna nella stessa area sotto forma di pioggia.
Utilizzando tecniche avanzate di modellazione computerizzata, gli scienziati sono stati in grado di determinare che l’agricoltura della regione, combinata con le acque sotterranee poco profonde, aumenta il tasso di riciclaggio delle precipitazioni di quasi il 30%. Ciò fornisce un aumento significativo delle precipitazioni durante la stagione di crescita.
Il ruolo del riciclaggio delle precipitazioni varia di mese in mese e di anno in anno, ha rilevato la ricerca. Il suo picco è nei mesi estivi con la maturazione del raccolto di mais e negli anni secchi quando arriva poca umidità da altre regioni.
“Questa ricerca mostra come le pratiche agricole possono modificare il clima regionale, con implicazioni per la sicurezza alimentare e idrica”, ha affermato l’autore principale Zhe Zhang, uno scienziato del Centro nazionale per la ricerca atmosferica della National Science Foundation (NSF NCAR) degli Stati Uniti. “In una regione agricola come la Corn Belt degli Stati Uniti, dove le precipitazioni sono fondamentali, è importante che sia gli agricoltori che i gestori delle risorse idriche capiscano da dove proviene la pioggia”.
Imparare di più sull’entità del riciclaggio delle precipitazioni può aiutare a migliorare le previsioni future sulle precipitazioni per la Corn Belt e fornire maggiori informazioni per le strategie di semina e l’allocazione delle risorse idriche.
Lo studio è stato scritto in collaborazione con altri scienziati della NSF NCAR, nonché con scienziati dell’Università della Scienza e della Tecnologia di Hong Kong e dell’Università di Santiago de Compostela in Spagna. È stato finanziato dalla NSF.
Superficie terrestre alterata
La Corn Belt degli Stati Uniti si estende su una dozzina di stati nel Midwest e nelle Grandi Pianure, dall’Ohio a est fino al Nebraska a ovest. La superficie terrestre, che prima dell’insediamento europeo era un misto di praterie di erba alta e boschi, è ora caratterizzata da terreni coltivati con ampia irrigazione.
Precedenti ricerche hanno dimostrato che la regione è diventata sempre più umida, con maggiori precipitazioni. Ma Zhang e i suoi colleghi volevano quantificare l’impatto del riciclaggio delle precipitazioni.
Sfruttando tecniche avanzate di modellazione computerizzata, gli scienziati si sono rivolti al modello Weather Research and Forecasting (WRF) basato su NSF NCAR, che può simulare l’atmosfera con una risoluzione molto elevata di quattro chilometri (circa 2,5 miglia). Hanno anche utilizzato un altro modello computerizzato basato su NSF NCAR, noto come Noah-MP, che consente un’analisi specifica del sistema interattivo di acque sotterranee, crescita delle colture e irrigazione. Hanno applicato un algoritmo fisicamente realistico per tracciare il movimento del vapore acqueo nelle simulazioni.
Per individuare il ruolo dell’agricoltura e delle acque sotterranee poco profonde, che sono una caratteristica naturale della regione, gli scienziati hanno confrontato simulazioni che includevano colture, irrigazione e acque sotterranee con altre simulazioni a cui mancavano uno o più di questi fattori. Hanno eseguito i modelli presso il NSF NCAR-Wyoming Supercomputing Center.
I risultati hanno mostrato che il rapporto di riciclo delle precipitazioni – o frazione di precipitazioni caduta a seguito di processi locali – ha raggiunto il 18% a causa della combinazione di acque sotterranee poco profonde che apportavano umidità alla superficie, piante di mais frondose che rilasciavano umidità nell’atmosfera, ed evaporazione dai sistemi di irrigazione. Senza tali fattori, il modello ha mostrato che il tasso di riciclaggio delle precipitazioni sarebbe solo del 14%, ovvero circa il 29% in meno.
Gli scienziati hanno concentrato le loro simulazioni su tre anni: 2010 (che è stato insolitamente umido), 2011 (precipitazioni medie) e 2012 (un anno secco). Hanno scoperto che la frazione di precipitazioni riciclate era più alta nel 2012, quando arrivava meno umidità da altre regioni come il Golfo del Messico.
“Siamo stati in grado di distinguere veramente come i diversi processi contribuiscono ai cambiamenti nelle precipitazioni”, ha detto Zhang. “Poiché l’agricoltura si basa sulle precipitazioni, questa comprensione può informare la gestione agricola e portare a una migliore comprensione della disponibilità di acqua dolce”.
Lui e i suoi collaboratori stanno pianificando successive ricerche per esaminare come il cambiamento delle precipitazioni può influenzare la produttività agricola.
Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dal Centro nazionale per la ricerca atmosferica NSF, un’importante struttura sponsorizzata dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e gestita dalla University Corporation for Atmospheric Research. Qualsiasi opinione, risultato, conclusione o raccomandazione espressa in questo materiale non riflette necessariamente il punto di vista di NSF.
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