© Google Maps

Zie Nieuws

Monitoren en voorspellen van het effect van klimaatextremen op ecosystemen

UT-onderzoekers Dr. Yijian Zeng, Prof. Dr. Bob Su, Dr. Christiaan van der Tol, Prof. Dr. Raul Zurita-Milla en Dr. Michael Ying Yang (allen van de ITC faculteit) hebben een subsidie toegekend gekregen uit de ASDI 2020 call van Netherlands eScience Center. In hun onderzoeksproject zullen ze twee computermodellen combineren om te begrijpen hoe de water-koolstofdynamiek van ecosystemen verandert met klimaatextremen, zoals droogtes en hittegolven.

Droogtes en hittegolven beïnvloeden de manier waarop water, energie en koolstof zich door ecosystemen verplaatsen. Klimaatextremen zoals deze brengen het vermogen van ecosystemen om koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen in gevaar. Daarmee verhinderen ze de mogelijkheid om zo klimaatverandering te beperken of zelfs om te keren. Nieuwe computermodellen kunnen deze uitwisselingen traceren. SCOPE - een van deze modellen - simuleert de fotosynthetische activiteit van vegetatie en koppelt deze aan satellietgegevens. Een ander model is STEMMUS, dat de beschikbaarheid van bodemvocht voor planten in kaart brengt. "Modellen zoals SCOPE en STEMMUS werken fantastisch, maar zijn beperkt tot één specifiek aspect van de problemen die we proberen op te lossen", verklaart Zeng, de hoofdonderzoeker. In dit nieuwe project, EcoExtreML, zullen de onderzoekers beide modellen combineren om hun volledige potentie te benutten.

Dure rekenkracht

Dit project opent nieuwe mogelijkheden voor aardobservatie om producten van een hoger niveau te krijgen, zoals het vochtgehalte in diepere bodems (wortelzone-bodemvocht) en de hoeveelheid koolstof die ondergronds is opgeslagen (koolstofvastlegging). De wereldwijde combinatie van STEMMUS en SCOPE is echter geen eenvoudige opgave. Beide modellen alleen vergen al een grote rekenkracht. Samen wordt het bijna onmogelijk om ze met een standaard computer te berekenen. Dit is waar de ASDI-oproep om de hoek komt kijken. De oproep is bedoeld voor projecten die geavanceerde eScience-technologieën vereisen, zoals bijvoorbeeld kunstmatige intelligentie. "We gaan procesmodellering en machine learning combineren om de enorme rekenlast te overwinnen die beide modellen nodig hebben als ze wereldwijd worden toegepast", zegt Zeng, "Het eScience centre en het Center of Expertise in Big Geodata Science (CRIB) van ITC zullen dit project versterken met de modernste eSciences."

Wat kan het nieuwe gecombineerde model voor ons doen?

Het gecombineerde model, STEMMUS-SCOPE, zal in staat zijn te voorspellen wat vegetatie zal doen als reactie op een extreme klimaatgebeurtenis. Met deze informatie wordt het mogelijk te evalueren hoe de koolstofput in een gebied kan worden vergroot. "Als de vegetatie gezond is, zal ze CO2 uit de atmosfeer opnemen. Met ons model kunnen we kwantitatief aangeven wat er gebeurt in het  bodem-plant-atmosfeer continuüm, in termen van water-, koolstof- en energie-uitwisselingen door de vegetatie", zegt Zeng. Bovendien zal STEMMUS-SCOPE met behulp van het data-assimilatie-algoritme gaten in de satellietgegevens kunnen opvullen, die bijvoorbeeld worden veroorzaakt door bewolking of een lange revisietijd van de satelliet, die tot 27 dagen kan oplopen. "Dit project zal continue gegevens in ruimte en tijd opleveren voor de beoordeling van de productiviteit van ecosystemen op lokale, regionale en wereldwijde schaal. Het zal tegemoetkomen aan de groeiende behoefte van de samenleving aan gewasproductie, voedselzekerheid en andere ecosysteemdiensten voor een duurzame levenskwaliteit".

Meer informatie

De volledige naam van het project is "Accelerating Process Understanding for Ecosystem Functioning under Extreme Climates with Physics-Aware Machine Learning (EcoExtreML)". Als een van de acht winnende projecten uit de ASDI 2020 call van het Netherlands eScience Center ontvangt EcoExtreML een subsidie voor een 3-jarige postdoc positie en 2,5-jarige in-kind ondersteuning van een research software engineer van het Netherlands eScience Center. Dr. Yijian Zeng - assistent-professor bij het Department of Water Resources (WRS; ITC-faculteit) - is de hoofdonderzoeker. Een vacature voor een onderzoeker voor dit project is onlangs geopend.

K.W. Wesselink MSc (Kees)
Wetenschapscommunicatiemedewerker (aanwezig ma-vr)