Des scientifiques du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie ont réalisé une étude sur la façon dont la végétation a survécu aux épisodes de chaleur extrême dans les communautés urbaines et rurales du pays au cours des dernières années. L'analyse éclaire les voies d'atténuation du changement climatique, y compris les moyens de réduire l'effet des îlots de chaleur urbains.

La végétation telle que les arbres fournit un effet de refroidissement précieux, ombrageant les surfaces et déviant le rayonnement solaire tout en libérant de l'humidité dans l'atmosphère par évapotranspiration, le processus par lequel les plantes absorbent l'eau par leurs racines et la libèrent sous forme de vapeur d'eau par leurs feuilles.

L'étude, publiée dans la revue PNAS Nexus , est la première comptabilité nationale de la résilience de la végétation qui prend en compte l'influence des infrastructures construites par l'homme. À l'aide de méthodes d'apprentissage automatique, les chercheurs de l'ORNL ont examiné environ deux décennies de données satellitaires et autres couvrant 85 grandes villes et zones rurales environnantes.

L’équipe a constaté que les surfaces imperméables telles que les routes et autres infrastructures, les conditions d’humidité et le type de couverture terrestre affectent la résilience de la végétation. Ils ont également évalué l'impact sur la végétation de l'intensité, de la durée et du moment des vagues de chaleur.

Les données fournissent des informations cruciales sur la manière dont les écosystèmes peuvent être protégés contre le changement climatique, y compris les moyens de contrecarrer l'influence des îlots de chaleur urbains et d'améliorer la gestion des zones de ressources naturelles, a déclaré Jiafu Mao, scientifique en modélisation du système terrestre de l'ORNL et responsable du projet.

"Les preuves empiriques que nous fournissons à partir de cette recherche peuvent aider les urbanistes à mieux comprendre quelles plantes sont les plus vulnérables aux vagues de chaleur et aux facteurs de stress tels que la disponibilité de l'eau dans l'environnement local, à orienter les décisions concernant la sélection et l'emplacement des plantes et les améliorations de la conception urbaine", a déclaré Mao.

"L'étude suggère que la préservation et l'amélioration de la végétation pourraient contribuer de manière significative à la durabilité urbaine, à l'amélioration de la qualité de l'air et au bien-être des résidents."

Les travaux étendent les recherches de l'ORNL sur les impacts climatiques sur les écosystèmes urbains et ruraux. Dans une étude précédente, Mao et ses collègues ont découvert que même si toutes les régions du pays peuvent s'attendre à un début plus précoce de la saison de croissance à mesure que les températures augmentent, la tendance deviendra probablement plus variable d'une année à l'autre dans les régions les plus chaudes. La recherche a révélé une tendance à l'accélération du bourgeonnement et de la floraison printanière des plantes dans les zones rurales à mesure que les températures augmentent, par exemple, mais suggère que cette tendance ralentira à mesure que le réchauffement se poursuit.

Identifier des modèles pour guider la prise de décision locale

La nouvelle étude sur la résilience de la végétation décrite dans PNAS Nexus a révélé une tendance générale à un verdissement précoce accru en réponse aux températures plus chaudes au cours des mois traditionnellement plus frais. Mais à mesure que les températures montaient en flèche et que la chaleur persistait, le verdissement de la végétation diminuait souvent de manière significative, a déclaré Yaoping Wang, associé de recherche postdoctoral à l'ORNL et premier auteur de l'article.

L'étude a identifié une température de 2 degrés Celsius ou plus au-dessus de la moyenne estivale historique, persistant pendant quatre mois ou plus, comme seuil des effets les plus significatifs sur le verdissement.

Les résultats variaient selon les caractéristiques de l’écosystème local. Par exemple, la végétation urbaine s'est avérée plus résiliente dans l'ouest des États-Unis que dans l'est au cours de la période d'analyse, principalement en raison de températures de croissance urbaine plus élevées et de meilleures pratiques d'irrigation dans l'ouest, ont noté les scientifiques.

"Notre analyse est la première quantification à grande échelle des différences urbaines et rurales en matière de végétation et de sa résilience aux événements extrêmes à travers les États-Unis contigus, capturant ces schémas très larges de changement environnemental", a déclaré Wang. Les futures enquêtes qui capturent davantage de données de haute qualité profiteraient à la fois aux urbanistes et aux modélisateurs d'écosystèmes, a-t-elle ajouté.

Le projet fournit des données précieuses sur les interactions complexes entre les facteurs biologiques et environnementaux à plusieurs échelles dans le temps, jusqu'à une résolution d'un kilomètre, a déclaré Mao. Les informations ont également été utilisées pour affiner la composante de surface terrestre gérée par l'ORNL pour le modèle de système terrestre exascale du DOE Energy, qui simule la façon dont le monde pourrait changer dans les futurs scénarios climatiques.

L'analyse a utilisé la base de données Daymet4 des résumés météorologiques et climatologiques quotidiens à la surface des terres, qui fait partie du centre d'archives actives distribuées ORNL maintenu pour le projet Earth Science Data and Information System de la NASA. Les scientifiques ont également exploité l'indice de végétation amélioré MODIS de la NASA et la base de données nationale sur la couverture terrestre, gérée par l'US Geological Survey.

Les chercheurs ont utilisé l'algorithme d'apprentissage automatique de forêt aléatoire et d'autres méthodes dans leur analyse, ainsi que les ressources de calcul haute performance de l'Oak Ridge Leadership Computing Facility, une installation utilisateur du DOE Office of Science.