Para comprender el clima cambiante de la Tierra, los científicos a menudo recurren a simulaciones informáticas basadas en la ciencia.
por Beth Mundy, Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Los investigadores se esfuerzan por hacer que estos modelos del sistema terrestre sean lo más precisos posible. Factores como las corrientes de viento, la calidad del aire y los patrones climáticos juegan un papel importante. Pero los modelos actuales a menudo han pasado por alto una actividad importante: la agricultura.
Ahora, una investigación del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) publicada en Journal of Geophysical Research: Biogeosciences descubrió que representar de manera más realista el efecto de los cultivos agrícolas en un modelo del sistema terrestre puede aumentar la habilidad del modelo en un 40 por ciento.
«Las diferencias entre las observaciones y los resultados del modelo anterior fueron bastante grandes», dijo Ben Bond-Lamberty, científico de la Tierra del PNNL. «Nuestro nuevo enfoque ayuda a eliminar sesgos y errores del modelo. Esto significa que debería ser más fácil ver la huella digital del cambio climático en los flujos de carbono de estas áreas».
Es bien sabido que la agricultura juega un papel importante en el ciclo del carbono. A través de la fotosíntesis, las plantas toman dióxido de carbono del aire y lo utilizan para alimentarse a sí mismas y, eventualmente, a nosotros. Si bien todos los cultivos contribuyen al ciclo del carbono, los procesos agrícolas cambiantes pueden afectar significativamente la cantidad de absorción de carbono. De hecho, una vía potencial para mitigar el cambio climático implica utilizar la agricultura para atrapar más dióxido de carbono.
«La agricultura afecta el clima local y regional», dijo Eva Sinha, científica de la Tierra del PNNL y autora principal del estudio. «Eso lo convierte en una parte importante de los modelos climáticos. Cuanto mejor podamos representar la realidad de la agricultura, desde el tipo de cultivos hasta las prácticas de gestión de la tierra, más precisas serán nuestras proyecciones climáticas».
El modelado importa
La modelización es una herramienta esencial para el estudio del clima. Los patrones climáticos históricos ayudan a los investigadores a mirar hacia atrás a los patrones climáticos del pasado, pero comprender el futuro requiere proyectar diferentes resultados posibles. Los modelos del sistema terrestre son la única forma de proyectar diferentes futuros climáticos posibles en alta resolución en todo el mundo. Cuanto más cerca reflejen las condiciones del mundo real, mejor podrán hacer predicciones. El equipo dirigido por el PNNL introdujo la rotación de cultivos en el componente terrestre del Modelo de sistema terrestre de exaescala de energía del Departamento de Energía. Los investigadores utilizan este modelo para estudiar el clima global, incluida la forma en que interactúa con la ciencia relacionada con la energía.
Anteriormente, las simulaciones trataban todas las tierras de cultivo de la misma manera durante todo el año. La nueva representación permitió al equipo reflejar diferentes tipos de uso de la tierra, específicamente las rotaciones de cultivos de maíz y soja que se plantan a menudo en el medio oeste de los EE. UU. Cuando el equipo de investigación ejecutó el modelo con la rotación de cultivos representada, los resultados del intercambio de carbono entre los cultivos y el aire fueron significativamente más cercanos a los valores observados.
Los valores observados desempeñan un papel importante en la evaluación de los resultados del modelo. Un modelo preciso debe producir resultados relativamente cercanos a las observaciones, con las entradas correctas. Debido a que la incorporación de diferentes representaciones de cultivos acercó significativamente los resultados del modelo a los valores observados, es probable que el modelo brinde representaciones más precisas del futuro ciclo del carbono.
«Creímos que una representación más precisa de los cultivos mejoraría el modelo», dijo Sinha. «Pero no esperábamos que fuera mucho mejor».
Gestión de cultivos, gestión del carbono
A medida que los investigadores miran hacia la predicción del clima para el siglo XXI y más allá, su atención se centra en las incertidumbres restantes. Muchas formas en que el comportamiento humano afecta el clima son poco conocidas y difíciles de modelar. La gestión agrícola se incluye en ambas categorías.
El aumento en la precisión del modelo podría tener implicaciones significativas para comprender cómo cambia el ciclo del carbono terrestre en diferentes futuros climáticos . Los cultivos pueden actuar como un sumidero de carbono natural. Comprender cómo los diferentes cultivos y prácticas agrícolas afectan el ciclo del carbono puede ayudar a los investigadores a identificar mejor qué cambios en el ciclo del carbono se deben al cambio climático y qué cambios pueden deberse a las diferentes prácticas agrícolas.
El equipo planea estudiar cómo las elecciones agrícolas afectan la cantidad de carbono en la atmósfera: pasado, presente y futuro. “Queremos entender qué sucede si hacemos que los cultivos formen parte de la solución”, dijo Bond-Lamberty. «El modelado puede ayudarnos a comprender qué opciones tendrán los mayores impactos».
Más información: Eva Sinha et al, The Impact of Crop Rotation and Spatially Variing Crop Parameters in the E3SM Land Model (ELMv2), Journal of Geophysical Research: Biogeosciences (2023). DOI: 10.1029/2022JG007187
