Lang werd aangenomen dat warmere temperaturen planten eerder laten groeien. Maar ITC-onderzoeker Siqi Shi laat een complexer beeld zien. Uit analyse van tientallen jaren satellietdata uit Afrika en daarbuiten blijkt dat wanneer de temperatuur boven de optimale groeitemperatuur van planten komt, verdere opwarming het groeiseizoen juist vertraagt.
Planten ondergaan klimaatverandering niet passief. Met hun jaarlijkse cyclus van groei en rust bepalen ze hoeveel kooldioxide ecosystemen opnemen en hoe land en atmosfeer met elkaar uitwisselen. In warme regio’s beginnen planten mogelijk juist later te groeien, in plaats van eerder zoals lang werd gedacht.
Decennialang begon het groeiseizoen op het noordelijk halfrond eerder door stijgende temperaturen. Dat inzicht geldt inmiddels als een basisidee in de klimaatwetenschap. Satellietwaarnemingen bevestigden dit op de schaal van continenten. Maar de tropen en subtropen, zoals Afrika, vertelden een ander verhaal.
Met satellietdata over meerdere decennia bracht Shi in kaart wanneer vegetatie begint te groeien, haar piek bereikt en weer afneemt in de verschillende landschappen van Afrika. Het resultaat was opvallend: in een groot deel van het continent is het begin van het groeiseizoen later geworden, niet eerder. "We wilden aanvankelijk alleen de fenologie in Afrika bestuderen. Toen zagen we dat het groeiseizoen juist later begon. Dat veranderde alles", zegt Siqi Shi.
Meer regen brengt het groeiseizoen doorgaans naar voren, en in delen van Afrika is de afgelopen decennia iets meer neerslag gevallen. Maar de gegevens laten zien dat de opwarming aan het winnen is. Een temperatuurstijging van één graad in de maanden voorafgaand aan het groeiseizoen vertraagt het begin van het groeiseizoen gemiddeld met bijna vijf dagen. Tien millimeter extra regen vervroegt het met minder dan twee dagen. Het resultaat is dat het groeiseizoen in het grootste deel van het continent steeds later begint.
Het begin van het groeiseizoen is niet alleen een moment waarop vegetatie weer gaat groeien, maar ook het moment waarop ecosystemen koolstof uit de atmosfeer gaan opnemen. Het nauwkeurig vaststellen van dit tijdstip is daarom cruciaal voor het inschatten van de hoeveelheid koolstof die terrestrische ecosystemen kunnen opslaan. Dit is van belang voor de modellen die wetenschappers gebruiken om de wereldwijde koolstofcyclus te simuleren. Veel ecosysteemen landoppervlakmodellen gaan uit van een vaste drempelwaarde voor het begin van het groeiseizoen en veronderstellen dat hogere temperaturen de plantengroei over het algemeen versnellen.
Als die aanname niet overal klopt, kunnen modellen een verkeerd beeld geven van wanneer de vegetatie actief wordt en koolstof uit de atmosfeer begint op te nemen. De voorspellingen van de koolstofopname door ecosystemen en de interacties tussen klimaat en vegetatie kunnen onnauwkeurig worden. Dit kan van invloed zijn op de prognoses van de wereldwijde koolstofcyclus en de toekomstige klimaatverandering. De bevindingen zijn ook relevant buiten de klimaatwetenschap. Boeren vertrouwen vaak op seizoensverwachtingen om te beslissen wanneer ze gewassen moeten zaaien, velden moeten beregenen of meststoffen moeten toedienen. Als de opwarming de plantengroei op onverwachte manieren verandert, moet de landbouwplanning mogelijk ook worden aangepast.
De sleutel tot het begrijpen van de vertraagde lente in Afrika ligt in een concept dat optimale temperatuur voor vegetatie wordt genoemd: de temperatuur waarbij een plant het beste groeit. Onder die drempel bevordert opwarming de groei en versnelt het de start van het groeiseizoen. Maar zodra de temperaturen deze drempel naderen of overschrijden, slaat het effect om: verdere opwarming vertraagt de groei en verschuift het seizoen naar achteren.
In een groot deel van Afrika zijn de temperaturen tijdens het groeiseizoen al hoog. Opwarming helpt niet, maar belemmert juist. En Afrika staat niet alleen. Hetzelfde mechanisme geldt overal waar de vegetatie al dicht bij of boven haar temperatuurgrens functioneert, van subtropische regio’s tot delen van Azië en Zuid-Amerika. Het is een wereldwijd patroon dat schuilgaat achter een continentale casestudy. Shi: "Dit is niet alleen een Afrikaans verhaal. Overal waar planten al dicht bij hun warmtegrens groeien, zal verdere opwarming het begin van het groeiseizoen vertragen, niet versnellen. Veel fenologische modellen houden hier geen rekening mee, en dat is van belang voor hoe we koolstofopslag, droogte en voedselzekerheid voorspellen."
Shi’s bevindingen zouden niet mogelijk zijn geweest zonder satellietgegevens. Metingen op de grond kunnen individuele locaties volgen, maar satellieten kunnen hele continenten gedurende decennia observeren. Haar onderzoek bracht ook een minder zichtbaar probleem aan het licht. Wetenschappers gebruiken twee soorten satellietmetingen om de plantengroei te volgen: de ene meet de groenheid van het bladerdak, de andere meet chlorofylfluorescentie (een zwak lichtsignaal dat planten uitzenden tijdens fotosynthese), wat wordt gebruikt als een directere maatstaf voor hoe actief ze groeien. De twee komen niet altijd overeen. Shi toont aan dat verschillen in zonlicht deze discrepantie grotendeels verklaren, met implicaties voor meer onderzoek.
Siqi Shi voerde haar promotieonderzoek uit bij de afdeling Water Resources van ITC, de faculteit Geo-informatiewetenschappen en Aardobservatie van de Universiteit Twente. Haar promotoren waren dr. ir. Christiaan van der Tol (faculteit ITC) en Peiqi Yang (Nanjing Normal University). Haar proefschrift is getiteld ’Interaction between phenology and climate based on multi-source remote sensing observations.’