Woestijnen

De Sahel en de droogte

sahel0

Bron: wikipedia

In een bijdrage over het rapport van het PBL besteedde  ik aandacht aan de volgende conclusie  in de Samenvatting voor Beleidsmakers van het Werkgroep II Rapport  van het IPCC : “ In the Sahelian region of Africa, warmer and drier conditions have led to a reduced length of growing season with detrimental effects on crops .”  De auteurs van het IPCC stelden toen dat als er staat “Sahel” dat niet automatisch  “Sahel” betekent omdat er niet gesproken wordt over de “gehele Sahel” .  En “crops” betekent pas “crops” als er “all crops” staat.  Uiteindelijk bleek de conclusie sterk gegeneraliseerd en gebaseerd op 2 studie over de teelt van gierst, pinda en kousenband in Niger. Daarom is het interessant om te weten hoe het zit met de rest van de conclusie:  “ warmer and drier conditions have led to a reduced length of growing season ” .

sahel 19

 Bron:  Millennium Assessment,  synthesis report desertification

De Sahel is het gebied direct ten zuiden van de Sahara, en vormt de overgang tussen de droge woestijn in het noorden en de relatief vochtige savanne in het zuiden. De natuurlijke vegetatie varieert van woestijnsteppe en kortegrassteppe in het drogere noordelijke deel tot  langegrassteppe en savanne in het zuidelijk deel. De neerslag valt slechts enkele maanden per jaar, in het zomerseizoen, en varieert sterk van jaar tot jaar en van locatie tot locatie. In het droogste noordelijke deel bestaat het bodemgebruik hoofdzakelijk uit nomadische veeteelt, in het zuidelijke deel is akkerbouw mogelijk. De onbetrouwbaarheid van de neerslag vormt in (semi)- aride regio’s als de Sahel een voortdurend probleem voor de landbouw.

sahel 14

 

sahel 15

Bron:    http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7p.html

De neerslagperiode rond juni/juli is een gevolg van het feit dat de ITC, de equatoriale lagedrukzone met neerslag, zich rond die tijd in het jaar noordwaarts verplaatst. De hoeveelheid neerslag  in een jaar hangt heel sterk samen met die verplaatsing van de ITC: komt de ITC noordelijk dan normaal, dan is de hoeveelheid neerslag groter dan normaal.Op onderstaande animatie is de jaarlijkse verschuiving te zien van de NDVI, een maat voor de “vergroening” als gevolg van de verschuiving van de ITCZ.

Africa_Fire_NDVI_2001

Bron:   eclectic ss uci edu

Over de warmere omstandigheden waarover de conclusie spreekt kan ik kort zijn: de trend van de temperatuur in de Sahel gedurende de afgelopen decennia  volgt die van het globale temperatuurverloop. Op onderstaande grafiek zien we dat:  een stijging tot 1940, dan een daling tot 1975, vanaf 1975 een stijging van de temperatuur  en vanaf eind jaren ’90 een afvlakking.

sahel7

Temperatuurverloop Sahel   1888 – 2008                 Bron:  HADCRU

Alhoewel temperatuur en droogte via verdamping causaal correleren, ligt dat in het geval van de Sahel minder duidelijk: de temperatuurstijging van de afgelopen decennia is weliswaar in de orde van grootte van ongeveer 1 graad Celcius, maar van veel grotere invloed op de droogte zijn de schommelingen in de (jaarlijkse) neerslag. Hieronder is de grafiek weergegeven van de schommelingen in de neerslag in der Sahel van 1900 tot 2010, uitgedrukt in cm neerslag/maand.

sahel1

Neerslag Sahel  1900 – 2010   Bron:  JISAO

Er lijkt een multidecadale trend zichtbaar met een periodiciteit van ongeveer 70 jaar. Van 1915 stijgt de jaarlijkse neerslag , tot 1950, om dan tot 1985 sterk terug te vallen. Vanaf 1985 stijgt de neerslag weer.

Mogelijke oorzaken multidecadaal neerslagpatroon

Al enkele decennia buigen onderzoekers zich over de neerslagpatronen in de Sahel. Met name de zeer droge jaren ’70 en ’80 van de vorige eeuw waren aanleiding om de Sahel nader onder de loep te nemen. De  hypothese in de studie van Otterman en Chaney   dat overbeweiding de albedo in de Sahel heeft veranderd, met droogte als gevolg, heeft jarenlang dienst gedaan als “de”  verklaring voor de extreme droogte in de Sahel. ( Otterman, J. (1974). “Baring high albedo soils by overgrazing: A hypothetical desertification mechanism.” Science186: 531-533 .).

Sommigen gingen nog verder en zagen die vermeende overbeweiding als een logisch gevolg van Europese exportsubsidies op vlees. Dergelijke verklaringen gingen er in als koek, mede als gevolg van het feit dat men in die tijd erg bang was om beschuldigd te worden van fysisch-determinisme.  Maar ook de socio-religieuze opvattingen van schuld-en-boete  in de naoorlogse westerse samenlevingen spelen hier mijns inziens een rol.  Zie hiervoor het artikel “Het einde der tijden ”  van Hans Jansen.

sahel 25

Invloed zomerneerslag op vegetatie.   Bron:  NASA

Enkele jaren na het artikel van Otternam en Chaney trok een studie van Ripley de hoge albedowaarden al in twijfel. (Ripley, E. A. (1976). “Drought in the Sahara, Insufficient biogeophysical feedback.” Science 191: 100.)  .  Ook veldwaarnemingen gaven veel lagere albedowaarden weer, enkele zelfs lagere waarden dan mét vegetatie. Toch heeft de hypothese van Otterman en Chaney (de mens als oorzaak van de droogte) decennialang stand gehouden, in bepaalde kringen tot vandaag aan toe. Echter, recente studies vertellen een geheel ander  verhaal.

Zo stellen Giannini et al dat er een sterke link is tussen de oppervlaktetemperatuur van het zeewater (SST) en de regenval in de Sahelregio.  ( Giannini, A., R. Saravanan, and P. Chang (2003), Oceanic forcing of Sahel rainfall on interannual to inter-decadal time scales, Science, 302, 1027–1030 ). Met behulp van een ACM van NASA  en een aantal  SST scenario’s, waren ze in staat om een groot deel van de waargenomen variaties in neerslag van 1930 tot 2000 in de Sahel te reproduceren. Verhoogde SST van de oceanische wateren op lage breedte rond Afrika in de jaren ’70 en ’80 beïnvloedden de West-Afrikaanse moesson, die op zijn beurt de extreme droogte in de Sahel veroorzaakte.  Overigens constateerden Giannini et al dat de neerslaganomalieën versterkt werden door  wat de auteurs een land-atmosfeer interactie noemen, de invloed van afnemende vegetatie op de atmosferische omstandigheden, waarbij ook de veranderde albedo een rol speelt.

Ook Nieto et al beschrijven de sterke invloed van met name de tropische Atlantische Oceaan op de neerslagcijfers, maar dichten aan de Indische Oceaan een kleinere rol toe.  ( Raquel Nieto, Luis Gimeno, and Ricardo M. Trigo,  A Lagrangian identification of major sources of Sahel moisture, Geophysical  Research Letters, vol. 33, L18707, doi:10.1029/2006GL027232, 2006 ).

Nicholson et al zien als oorzaak van de neerslaganomalieën in de Sahel behalve de SST van de tropische Atlantische Oceaan ook de luchtdruk boven het zuidelijk deel van de Atlantische Oceaan. ( Sharon E. Nicholson, Peter J. Webster,  A physical basis for the interannual variability of rainfall in the Sahel. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 133:2065-2084 )

Interessant is de vraag wat de oorzaak is van de geconstateerde multidecadale trend in het neerslagpatroon van de Sahel.  Zhang et al hebben daar in 2006 een antwoord op gevonden,

Zhang, R., and T. L. Delworth (2006), Impact of Atlantic multidecadal oscillations on India/Sahel rainfall and Atlantic hurricanes, Geophys. Res. Lett., 33, L17712, doi:10.1029/2006GL026267  ).

 

sahel 16

Zhang et al gebruikten  het GFDL CM2.1  klimaatmodel om aan te tonen dat de multidecadale variabiliteit van de Atlantische Oceaan  (AMO) de motor is achter de langjarige variaties in neerslag in de Sahel .  AMO,  Atlantic Multidecadal Oscillation, is een maat voor de natuurlijke variabiliteit van de SST van de noordelijke Atlantische Oceaan , met een periodiciteit van 60 tot 80 jaar. In bovenstaande  grafieken is de AMO weergegeven, eerst zonder correctie, en in de onderste grafiek ontdaan van de globale temperatuurveranderingen van de afgelopen 130 jaar.

Zhang et al vonden een verrassend sterke correlatie tussen de AMO en de neerslag in de Sahel. In onderstaande grafiek is dat weergegeven. Overigens heeft een recente studie van Gray et al .  aangetoond dat de AMO al zeker 500 jaar bestaat.  (Gray, S. T., L. J. Graumlich, J. L. Betancourt, and G. T. Pederson (2004), A tree-ring based reconstruction of the Atlantic Multidecadal Oscillation since 1567 A.D., Geophys. Res. Lett., 31, L12205, doi:10.1029/2004GL019932 .) .  Wat de achterliggende oorzaak van de AMO is, is tot op heden niet duidelijk. Zhang et al schrijven: “”Nevertheless, our results indicate that the impact of the AMO is very important for our understanding of the future climate change.”

sahel2

Correlatie AMO en neerslagpatroon Sahel.  Bron:  Giannini et al

Giannini et al constateerden behalve de invloed van de Atlantische Oceaan ook een invloed van de SST van de Indische Oceaan op de neerslaganomalieën van de Sahel. (   Giannini, A., R. Saravanan, and P. Chang (2003), Oceanic forcing of Sahel rainfall on interannual and to interdecadal time scales, Science, 302, 1027 – 1030 .) .  Giannini et al concluderen: “ A positive trend in equatorial Indian Ocean SSTs, between East Africa and Indonesia, is identified as the proximate cause for the negative rainfall trend observed in the Sahel from the late 1960s to the 1980s (Fig. 4, A and B). Teaming up with an occasionally warmer-than-average eastern equatorial Atlantic Ocean (15, 16), it formed a low-latitude ring of warm SSTs around Africa that may have disrupted the fragile balance that defines the monsoon, between the competing effects of high summertime land surface temperatures and the associated development of a land-ocean temperature contrast versus the availability of moisture (30). Rainfall anomalies of opposite sign across the Sahel and in the equatorial Indian Ocean (Fig. 4C) support the hypothesis that the oceanic warming around Africa may indeed have weakened the land-ocean temperature contrast and consequently the monsoon, causing deep convection to migrate over the ocean and engendering widespread drought over land, from the Atlantic coast of West Africa to the highlands of Ethiopia. 

Hoerling et al schrijven : “ The robustness of the oceanic impact is confirmed through the diagnosis of 80 separate 50-yr climate simulations across a suite of atmospheric general circulation models. Drying over the Sahel during boreal summer is shown to be a response to warming of the South Atlantic relative to North Atlantic SST, with the ensuing anomalous interhemispheric SST contrast favoring a more southern position of the Atlantic intertropical convergence zone .” (  Hoerling et al, Detection and Attribution of Twentieth-Century Northern and Southern African Rainfall Change, 2006, American Meteorological Society  ).

Men kan dus stellen dat er momenteel een redelijk grote consensus is over de oorzaak van de 60-80 jarige cyclus die de multidecadale neerslagtrend in de Sahel bepaalt.

Vergroening

Wellicht een van de fraaiste bewijzen van de toegenomen neerslag in de Sahel is de vergroening die vanaf 1985 wordt waargenomen.

sahel4

Bovenstaande figuur is uit een publicatie van Ollson et al in 2005. Ollson  et al hebben een analyse gemaakt van satellietgegevens (NOAA AVHRR) van vegetatiebedekking  van 1982 tot en met 1999.   (   Olsson, L., L. Eklundh, et al. (2005). “A Recent Greening of the Sahel – trends, patterns and potential causes.” Journal of Arid Environment 63(3): 556–566 . )

De in deze en andere studies gebruikte eenheid om vergroening te meten is de Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), die met name in semi-aride gebieden geschikt is om gebruikt te worden. De trend sinds 1982 is overduidelijk: de Sahel wordt groener.

Dat zelfde beeld vinden we ook terug in een studie van Herrmann et al . ( Herrmann, S. M., A. Anyambab, et al. (2005). “Recent trends in vegetation dynamics in the African Sahel and their relationship to climate.” Global Environmental Change 15: 394–404 .).

sahel3

Ollson et al hebben op hun data een statische analyse toegepast. De grafiek hieronder geeft de zogenaamde gemiddelde Z-score als standaard deviatie weer van de NDVI en de neerslag.  Te zien is dat er sprake is van een sterke trend bij de NDVI  (van -1 tot +1), en van een minder sterke trend bij de neerslag.

sahel6

De auteurs hebben daarnaast ook lineaire regressie toegepast en de zogenaamde least-square estimated slope van de NDVI afgezet tegen die van de neerslag in de Sahel. Op onderstaande figuur is het resultaat daarvan te zien.  Vrijwel alle meetpunten geven een toename van de NDVI , wat wijst op een algehele vergroening.  Maar wat opvalt  is dat een deel van de meetpunten zich in het kwadrant linksboven bevindt. Rechtsboven in de figuur bevinden zich de meetpunten waarvoor zowel een verhoogde NDVI als een verhoogde neerslag is waargenomen. Blijkbaar is er dus op een aantal meetpunten vergroening, terwijl er geen sprake is van neerslagtoename.

sahel5

Ook Herrmann et al constateren dat er behalve de toegenomen neerslag nog een andere (weliswaar ondergeschikte) factor meespeelt bij de vergroening van de Sahel:  “ From the coarse scale assessment, rainfall emerges as the dominant causative factor in the dynamics of vegetation greenness in the Sahel. However, the presence of spatially coherent and significant long-term trends in the NDVI residuals suggests that there is another, weaker, causative factor, possibly a ‘human signal’ .” .

sahel9

Verschillende langetermijnstudies wijzen op een veranderend milieu- en landbouwbeleid in sommige delen van de Sahel (in Niger,Nigeria, Burkina Faso en Senegal). Deze studies hebben bewijs gevonden voor een overgang van landdegradatie naar trajecten met meer duurzame en productieve productiesystemen.  Deze omvatten verhogingen van de opbrengsten van granen, hogere dichtheden van de bomen, een beter bodemmanagement, verhogen van de grondwaterspiegel, vermindering van de armoede op het platteland, en een verminderde ruraal-urbane migratie.  Een van de genoemde  “human signals”  is het aanplanten van bomen, zoals hierboven al genoemd. Op diverse plaatsen, onder ander in het zuiden van Mali, vindt dit al op grote schaal plaats.

sahel 13

Mali    Langs de weg van Bamako naar Kayes  Bron:  Wikipedia

Niger

In Niger, dat ten grondslag lag aan de conclusive van het IPCC, is het aanplanten van bomen zeer goed van de grond gekomen. Toegenomen neerslag en een toenemend besef van de plaatselijke bevolking dat men actief bodemdegradatie kan tegengaan hebben er voor gezorgd dat er het afgelopen jaren miljoenen bomen zijn geplant. De afgelopen decennia zijn  al minstens 7,4 miljoen bomen geplant, veelal door de plaatselijke bevolking buiten de grootschalige officiële herbeplantingsprojecten om. Luchtfoto’s zoals hieronder kunnen op honderden plaatsen in Niger genomen worden. Niger is nu veel groener dan een aantal jaren geleden.

sahel 17

Niger:   bomen  nabij Galma in 2003 (links)  en 1975 (rechts). bron:  Chris Reij

In een interview met de  New York Times zegt hoogleraar Chris van Reij hierover: ” Het algemene beeld van de Sahel is veel minder somber dan we geneigd zijn aan te nemen… Niger is voor ons een enorme verrassing. De vergroening begon halverwege de jaren ‘80, en elke keer als we terugkomen in Niger,is de vergroening verder toegenomen .”

Maar wellicht nog interessanter is de vraag wat er waar is van de zorgelijke berichten over voedselproductie, op basis waarvan het IPCC zijn conclusie heeft gebaseerd.  Het antwoord is te vinden in het  Statistisch Jaarboek 2009 van de FAO, de Wereld Voedsel Organisatie van de VN. Hieronder staan de productiecijfers van de 20 belangrijkste landbouwproducten van Niger , in 1990, 2000 en 2007.

sahel 22

De cijfers spreken voor zich: vrijwel alle gewassen hebben een productiegroei  meegemaakt. Van sommige gewassen zijn de cijfers zelfs spectaculair gestegen. Hoe staat het met de 3 gewassen waarop de alarmerende conclusie van het IPCC is gebaseerd? De bonen komen slechts in 2007 in de FAO cijfers voor, maar voor pinda’s en gierst (sorghum) geldt dat de productie in genoemde periode fors is gestegen!

Als we de ontwikkeling van de agrarische productie van alle Sahellanden bekijken ( zie hieronder), dan valt op dat alle Sahellanden tussen 1997 en 2007 een grote toename laten zien. Niger spant de kroon. Overigens betekent deze toename niet dat in de Sahellanden  het voedselprobleem voorbij is. Vooral de vaak sterke bevolkingsgroei consumeert soms de groei van de agrarische productie geheel. Voor veel arme landen vormt de bevolkingsgroei vaak de grootste bedreiging.

sahel 23

Groei agrarische productie     bron  FAO

Toekomst

De toekomst van de Sahel voor wat betreft agrarische productie en landdegradatie wordt bepaald door 2 zaken: het verloop van de neerslagtrend en de ontwikkeling van bevolking en bodemgebruik in het gebied. Voor wat betreft de eerste component, de neerslag, is de voorspelling dat de positieve trend van de AMO nog wel zal aanhouden tot het midden van de 21e eeuw. De verwachting is dan ook dan de jaarlijkse neerslaghoeveelheden tenminste die van het eerste decennium van deze eeuw zullen zijn.

We hebben gezien dat de sturende factor de SST van de Atlantische Oceaan is. Het is interessant om te bezien wat de verwachtingen zijn ten aanzien van de SST als gevolg van een toename van het CO2-gehalte. Hoerling et al hebben op basis van de zogenaamde IPCC/PCMDI AR4 database hun toekomstverwachtingen voor wat betreft de neerslag vastgesteld.  (  Hoerling et al, Detection and Attribution of Twentieth-Century Northern and Southern African Rainfall Change, 2006, American Meteorological Society  ). Daarbij heeft men gekeken naar de neerslagvoorspellingen van de modellen  bij stijgende CO2-gehaltes.  Genoemde dataset is een vergaarbak van alle relevante data van 18 klimaatmodellen die een rol hebben gespeeld in de totstandkoming van het vierde IPCC rapport. In onderstaande grafiek is de uitkomst afgebeeld.

sahel 20

Greenhouse gas forced simulated time series of Sahel July to September seasonal rainfall departures for 1950-2049. Rainfall is based on the monthly, gridded output of the 18 model averaged coupled OAGCM runs of the IPCC/PCMDI AR4 database. Bars denote the 18-model ensemble mean rainfall departures; red crosses the median value of the 18-model ensembles. Gray shading signifies the inter-quartile range of the ensemble rainfall departures. Superimposed dark (light) blue curves are the projected (observed) SST time series of the North Atlantic minus South Atlantic. Reference climatology is 1950-1999. Source: Hoerling et al.(2006).

Overigens moet hier worden aangetekend dat de spreiding in uitkomsten van de gehanteerde modellen erg groot is. Bovendien is het grote manco van de klimaatmodellen dat met name de terugkoppeling van wolken een gebied is waar nog veel onderzoek naar moet worden gedaan, zodat men terecht vraagtekens kan zetten achter de uitkomsten van het onderzoek van Hoerling et al.

Voor wat betreft de menselijke kant van de zaak is het nog moeilijker om voorspellingen te doen. Veel hangt af van de economische en politieke ontwikkelingen binnen de Sahellanden. Het besef dat duurzaam bodemgebruik  inspanning vereist dringt langzamerhand steeds verder door. Bovendien hangt het succes van dergelijke inspanningen sterk af van de bevolkingsontwikkeling. Bij een sterke bevolkingsgroei zal veel eerder  de grens van de draagkracht van de plaatselijke ecosystemen worden bereikt dan bij een bescheiden groei.

Over de conclusie van het IPCC in de Samenvatting voor Beleidsmakers van het Werkgroep II Rapport  van het IPCC : “ In the Sahelian region of Africa, warmer and drier conditions have led to a reduced length of growing season with detrimental effects on crops .”  hoef ik denk ik niets meer te zeggen.