Bossen versterken hittegolven op de korte termijn
Achtergrond

Bossen versterken hittegolven op de korte termijn

Bossen versterken hittegolven op de korte termijn, maar dempen hoge temperaturen op de lange termijn. Bossen springen anders om met water dan lage vegetatie.

Analyse van meerjarige metingen op tientallen locaties in Europa laat zien dat de verdamping van bossen bij sterke hittegolven aanvankelijk nauwelijks toeneemt, waardoor de extra stralingsenergie die doorgaans bij de wolkeloze omstandigheden beschikbaar is vrijwel volledig wordt gebruikt om de lucht op te warmen. Bij lage vegetaties lijkt een groot deel van die energie juist gebruikt te worden voor het verdampen van water, wat een afkoelend effect heeft en de hittegolf een beetje dempt. Op de langere duur zorgt die extra verdamping bij graslanden echter dat de watervoorraad eerder opraakt, waardoor er alsnog droogtestress ontstaat. Door het vergelijken van de oppervlaktetemperaturen bij verschillende Europese hittegolven in 2003 en 2006 kon worden afgeleid dat de extreme hitte in Augustus 2003 in centraal Frankrijk met name optrad in gebieden waar veel grasland aanwezig was. Bossen hebben de verdamping tijdens de eerdere hittegolf in Juni 2003 kennelijk meer beperkt, waardoor er meer water overbleef voor afkoeling in Augustus.

De energiestromen van het aardoppervlak variëren sterk afhankelijk van de plaats en tijd. Inkomende zonnestraling wordt deels teruggekaatst, en deels uitgestraald in de vorm van warmtestraling. De rest van de energie wordt gebruikt voor het verdampen van water, het opwarmen van de lucht (voelbare warmte) en warmteopslag in de bodem. Oppervlak begroeid met bos heeft een andere gemiddelde stralingsbalans dan graslanden (Figuur 1): bossen zijn donkerder en reflecteren dus minder zonnestraling. Maar ook wordt een kleiner deel van de beschikbare energie gebruikt voor het verdampen van water. Dit komt waarschijnlijk doordat bomen zelf hun verdamping beperken: bij een droge atmosfeer lopen bomen het risico relatief snel hun water te verliezen doordat de aërodynamische uitwisseling met de omringende lucht erg efficiënt gaat door de grotere ruwheid en de geassocieerde turbulentie. Mede daarom hebben veel boomsoorten een sterkere actieve regulering van de verdamping door het controleren van de stomata (huidmondjes). Via die huidmondjes komt CO2 de bladeren binnen, en verlaat waterdamp de plant.

figuur 1: Straling en energie bij bossen en grasland. De balans van inkomende (neergaande pijl) en uitgaande (pijl omhoog) kortgolvige (SW) en langgolvige (LW) straling bepaalt de netto straling (Rn) die beschikbaar is voor latente warmte (LET), voelbare
figuur 1: Straling en energie bij bossen en grasland. De balans van inkomende (neergaande pijl) en uitgaande (pijl omhoog) kortgolvige (SW) en langgolvige (LW) straling bepaalt de netto straling (Rn) die beschikbaar is voor latente warmte (LET), voelbare

Bij erg warme dagen, zoals tijdens hittegolven (Heatwave Days, of HWD) bereikt meer zonnestraling het oppervlak doordat er minder wolken zijn, en is door de droge lucht de atmosferische "vraag" naar water ook groot. Met hun uitgebreide wortelsysteem kunnen bossen doorgaans een flinke hoeveelheid bodemvocht gebruiken voor verdamping, maar bij een lang aanhoudende droogte zal op den duur ook die watervoorraad uitgeput zijn. Het is daarom zaak om die vraag naar water extra te beteugelen. Hierdoor wordt echter een flink deel van de extra zonnestraling die het oppervlak gebruikt niet omgezet in latente warmte (verdamping, met een koelend effect), maar in voelbare warmte: het wordt warmer. Het gebrek aan verdampingsafkoeling zorgt dus voor een extra hoge luchttemperatuur in de omgeving van bossen. Graslanden hebben in de regel een andere strategie: hun aërodynamica zorgt voor minder turbulentie in de lucht, en dus zal de uitdroging van grassen minder uitgesproken zijn dan bij bossen. Veel lage vegetatie-soorten knijpen de verdamping niet extra af bij droge omstandigheden, en gebruiken een flink deel van de extra energie voor verdamping, wat een koelend effect heeft totdat het beschikbare water uitgeput is.

Dit mechanisme is onderzocht door analyse van een aantal meetstations in West-Centraal Europa. De meetstations zijn geselecteerd op de beschikbaarheid van tenminste twee jaar aan gegevens, en in een klimaat waar normaal gesproken geen sprake is van sterk gebrek aan water of energie om te kunnen verdampen. Sommige stations bevinden zich in of vlakbij bossen, andere zijn representatief voor meer open terrein. Figuur 1 laat de gemiddelde energiebalans zien van bossen en grassen. Dagen waarop overdag regen viel zijn buiten beschouwing gelaten. Aan de hand van de temperatuurdata van de European Climate Assessment (ECA) zijn dagen geïdentificeerd waar sprake was van een hittegolf (HWD: T > 5 graden boven normaal). Voor die dagen is de energiebalans apart bepaald, en vergeleken met de gemiddelde balans. Het verschil ten opzichte van de normale dagen is ook te zien in figuur 1: meer straling bereikt zowel de graslanden als de bossen, en een kleiner deel daarvan wordt gereflecteerd door bossen. Maar het meest opvallende is de nauwelijks toegenomen verdamping van bosgebieden tijdens die HWD's, terwijl voor grassen juist de voelbare warmte nauwelijks verandert en de verdamping sterk toeneemt.

figuur 2: Invloed van oppervlaktetype op de lokale oppervlaktetemperatuur (LST) anomalie tijdens hittegolven. Links toont de eerste hittegolf in Juni 2003, midden de hittegolf in 2006, en rechts de Augustusmaand 2003.
figuur 2: Invloed van oppervlaktetype op de lokale oppervlaktetemperatuur (LST) anomalie tijdens hittegolven. Links toont de eerste hittegolf in Juni 2003, midden de hittegolf in 2006, en rechts de Augustusmaand 2003.

Een grasland kan deze extra verdamping niet lang volhouden: op een gegeven moment raakt het bodemvocht uitgeput en zal ook het grasland verdrogen. Bossen zouden door hun conservatievere watergebruik langer met de beschikbare watervoorraad kunnen doen, zeker ook omdat de watervoorraad door de grotere worteldiepte nog eens groter is. Kan dit ook uit de waarnemingen worden afgeleid? Op een indirecte manier wel. Hiervoor is gekeken naar drie verschillende recente Europese hittegolven. De hittegolf in 2003 kende twee episoden van extreme warmte in juni en augustus, terwijl de maand juli veel koeler was. In 2006 was de maand juli bovengemiddeld warm. Satellietmetingen met de MODIS sensor op de TERRA/AQUA satellieten (figuur 2) laten de gemiddelde temperatuurafwijkingen in die maanden goed zien. De satellieten maken maar een paar opnamen per dag, dus om een hele dagelijkse gang te reconstrueren is er een niet-lineaire curve door de waarnemingspunten gefit. Per deelgebied is aan de hand van een vegetatiekaart een onderscheid gemaakt tussen pixels waar bos domineert en waar lage vegetatie vooral voorkomt, en voor beide categorieën is de gemiddelde dagelijkse gang apart geplot. Het valt op dat in juni 2003 en juli 2006 het temperatuurverloop van bossen en grassen ongeveer identiek zijn. In augustus 2003 is echter de temperatuursprong bij graslanden een stuk hoger dan bij bossen. Dit effect wordt toegeschreven aan een versterkte vochtstress bij de graslanden, die na de droge juni-maand van dat jaar door hun bodemvocht-voorraad heen zijn.

Het verschijnsel past goed in een conceptueel beeld wat er van de verschillende droogtestadia van vegetatie bestaat: van een ongelimiteerde verdamping, naar een verdamping die langzamerhand door watertekort wordt beperkt, naar uiteindelijk een algehele beëindiging van de verdamping door een gebrek aan water. De snelheid waarmee de verschillende stadia elkaar opvolgen hangt uiteraard af van klimatologische omstandigheden zoals de lengte van de periode dat neerslag achterwege blijft, maar dus ook van het type oppervlak: waar bossen aanvankelijk een hittegolf zullen versterken door een reductie van de verdamping zal uiteindelijk de temperatuurtoename bij bossen bij langdurige droge episodes minder sterk zijn. Dit is onder meer van belang voor de mate waarin hittegolven in het huidige en toekomstige klimaat zullen leiden tot langdurige episodes met extreem hoge temperaturen. Klimaatmodellen zoals EC-Earth hebben in beginsel wel een voorziening om dit soort verschillen in gedrag van verschillende vegetatie-types te simuleren, maar met de analyse die hier is gepresenteerd wordt het mogelijk om gerichter te verifiëren of de representatie van deze processen adequaat is.

Met de resultaten van dit onderzoek wordt het dus mogelijk beter te voorspellen waar en hoe er in de toekomst meer kans op hittegolven is.

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen