Los cambios radicales en el uso de la tierra y la irrigación del Cinturón de Maíz de Estados Unidos, junto con la influencia de las aguas subterráneas poco profundas del área, han alterado significativamente los patrones de precipitación en esa región agrícola vital, según muestra una nueva investigación.
Por David Hosansky, NCAR y UCAR
El estudio, publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , se centra en el » reciclaje de la precipitación «, un proceso en el que la humedad liberada a la atmósfera por las plantas, los suelos, los lagos y otras características del paisaje regresa a la misma zona en forma de lluvia.
Mediante el uso de técnicas avanzadas de modelado informático, los científicos pudieron determinar que la agricultura de la región, combinada con aguas subterráneas poco profundas , aumenta la tasa de reciclaje de precipitaciones en casi un 30%. Esto proporciona un impulso significativo a las precipitaciones durante la temporada de crecimiento.
La investigación determinó que el papel del reciclaje de las precipitaciones varía de un mes a otro y de un año a otro. Alcanza su máximo nivel en los meses de verano , cuando madura el cultivo del maíz, y en los años secos, cuando llega poca humedad de otras regiones.
«Esta investigación muestra cómo las prácticas agrícolas pueden modificar el clima regional, con implicaciones para la seguridad alimentaria y del agua», dijo el autor principal Zhe Zhang, científico del Centro Nacional de Investigación Atmosférica de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF NCAR). «En una región agrícola como el Cinturón del Maíz de Estados Unidos, donde las precipitaciones son fundamentales, es importante que tanto los agricultores como los administradores de los recursos hídricos comprendan de dónde proviene la lluvia».
Aprender más sobre el alcance del reciclaje de las precipitaciones puede ayudar a mejorar las predicciones de precipitaciones futuras para el Cinturón del Maíz y proporcionar más información para las estrategias de siembra y la asignación de recursos hídricos.
Superficie terrestre alterada
El Cinturón Maíz de los Estados Unidos abarca una docena de estados del Medio Oeste y las Grandes Llanuras, desde Ohio en el este hasta Nebraska en el oeste. La superficie terrestre, que había sido una mezcla de praderas altas y bosques antes de la colonización europea, ahora se caracteriza por tierras de cultivo con riego extensivo.
Investigaciones anteriores habían demostrado que la región se había vuelto cada vez más húmeda y con más precipitaciones, pero Zhang y sus colegas querían cuantificar el impacto del reciclaje de las precipitaciones.
Aprovechando las técnicas avanzadas de modelado por ordenador, los científicos recurrieron al modelo Weather Research and Forecasting (WRF) basado en el NCAR de la NSF, que puede simular la atmósfera con una resolución muy alta de cuatro kilómetros (aproximadamente 2,5 millas). También utilizaron otro modelo informático basado en el NCAR de la NSF , conocido como Noah-MP, que permite el análisis específico del sistema interactivo de aguas subterráneas, crecimiento de cultivos e irrigación. Aplicaron un algoritmo físicamente realista para rastrear el movimiento del vapor de agua en las simulaciones.
Para determinar el papel de la agricultura y de las aguas subterráneas poco profundas, una característica natural de la región, los científicos compararon simulaciones que incluían cultivos, irrigación y aguas subterráneas con otras simulaciones que carecían de uno o más de esos factores. Ejecutaron los modelos en el Centro de Supercomputación NCAR–Wyoming de la NSF.
Los resultados mostraron que la tasa de reciclaje de precipitaciones (o fracción de precipitaciones que cayeron como resultado de procesos locales) alcanzó el 18% debido a la combinación de aguas subterráneas poco profundas que aportaron humedad a la superficie, plantas de maíz con hojas que liberaron humedad a la atmósfera y la evaporación de los sistemas de irrigación. Sin esos factores, el modelo mostró que la tasa de reciclaje de precipitaciones sería de solo el 14%, o aproximadamente un 29% menos.
Los científicos centraron sus simulaciones en tres años: 2010 (un año inusualmente húmedo), 2011 (con precipitaciones medias) y 2012 (un año seco). Descubrieron que la fracción de precipitaciones recicladas fue mayor en 2012, cuando llegó menos humedad de otras regiones, como el Golfo de México.
«Pudimos distinguir verdaderamente cómo los diferentes procesos contribuyen a los cambios en las precipitaciones», dijo Zhang. «Dado que la agricultura depende de las precipitaciones, este conocimiento puede orientar la gestión agrícola y conducir a una mejor comprensión de la disponibilidad de agua dulce».
Él y sus colaboradores están planeando investigaciones posteriores para analizar cómo el cambio en las precipitaciones puede afectar la productividad agrícola.
Más información: Zhe Zhang et al, US Corn Belt enhances regional precipitation recycling, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2402656121
