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Können Wissenschaftler Algenblüten und Pestausbrüche so vorhersagen wie wir das Wetter?

Stellen Sie sich vor, der Frühling ist endlich da und Sie planen Ihr Wochenende. Die Wettervorhersage sieht gut aus. Sie könnten an den Strand gehen - aber was ist, wenn es wegen einer Algenblüte geschlossen ist? Vielleicht können Sie eine Wanderung machen - sind die Blätter schon weg? Was könnte in Blüte sein? Werden die Zugvögel zurück sein? Oh, und Sie haben gehört, dass das letzte Jahr schlecht für Zecken war - wird dieser Frühling besser oder schlechter?

Wir alle halten Wettervorhersagen für selbstverständlich. Warum gibt es keine „Naturvorhersage“, um diese Fragen zu beantworten? Betreten Sie das neue wissenschaftliche Feld der ökologischen Vorhersage. Ökologen haben lange versucht, die natürliche Welt zu verstehen, aber erst vor kurzem haben sie begonnen, systematisch über Prognosen nachzudenken.

Ein Großteil der aktuellen Forschung im Bereich der ökologischen Vorhersage konzentriert sich auf langfristige Projektionen. Es werden Fragen betrachtet, die sich über Jahrzehnte bis Jahrhunderte erstrecken, wie Arten ihre Reichweite aufgrund des Klimawandels verändern können oder ob Wälder weiterhin Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen.

In einem neuen Artikel, den ich zusammen mit 18 anderen Wissenschaftlern von Universitäten, privaten Forschungsinstituten und dem US Geological Survey verfasst habe, argumentieren wir jedoch, dass die Fokussierung auf kurzfristige Vorhersagen über Tage, Jahreszeiten und Jahre uns dabei helfen wird, besser zu verstehen, Ökosysteme verwalten und erhalten. Die Entwicklung dieser Fähigkeit wäre eine Win-Win-Situation für Wissenschaft und Gesellschaft.

Eine rote Flut von Karenia brevis Eine "rote Flut" von Karenia brevis, einem giftigen Mikroorganismus, der zum Töten von Fischen führen und Menschen vergiften kann, die kontaminierte Schalentiere essen. Wissenschaftler verwenden Satellitenbilder und Wasserproben, um schädliche Algenblüten und andere kurzfristige ökologische Phänomene vorherzusagen. (Verfolgungsjagdbrunnen / Texas Parks & Wildlife)

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Ökologische Prognosen helfen den Menschen nicht nur bei der Planung ihrer Wochenenden, sondern verbessern auch die Entscheidungsfindung in der Land- und Forstwirtschaft, in der Fischerei und in anderen Branchen. Sie werden privaten Landbesitzern, Kommunalverwaltungen sowie staatlichen und föderalen Behörden helfen, Land, Wasser und Küsten besser zu verwalten und zu schützen, indem sie beispielsweise vor Ereignissen wie dem Ausbruch von Schädlingen und schädlichen Algenblüten warnen. Sie werden die öffentliche Gesundheit durch bessere Prognosen über Ausbrüche von Infektionskrankheiten und eine bessere Planung im Hinblick auf Hungersnöte, Waldbrände und andere Naturkatastrophen verbessern.

Ökologische Vorhersagen werden auch unser Verständnis der Welt um uns herum vertiefen und darüber, wie menschliche Aktivitäten sie verändern. Die Prognose formalisiert den Zyklus zwischen Vorhersage und Test, der den Kern der wissenschaftlichen Methode bildet, und wiederholt ihn in einem viel schnelleren Zyklus. Es kann das Entdeckungstempo in den Umweltwissenschaften in dieser kritischen Zeit schneller Umweltveränderungen beschleunigen.

Wetter Vorhersage Geschicklichkeit Die Wettervorhersagefähigkeit der National Oceanic and Atmospheric Administration hat sich seit Beginn der numerischen Wettervorhersage in den 1950er Jahren kontinuierlich und dramatisch verbessert (100 = perfekte Punktzahl, 0 = zufällig). Die zunehmende Genauigkeit im Laufe der Zeit ist auf mehr Daten, schnellere Computer und bessere Tools zurückzuführen, mit denen Daten jeden Tag in Modelle übertragen werden können. Die Synergie dieser Faktoren hat unser Verständnis der Atmosphäre stetig verbessert und die Wettermodelle verbessert. (Nach NOAA, CC BY-ND)

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Big Data treibt viele Fortschritte in der ökologischen Vorhersage voran. Heutzutage haben Ökologen um Größenordnungen mehr Daten als noch vor einem Jahrzehnt, dank nachhaltiger öffentlicher Mittel für Grundlagenforschung und Umweltüberwachung. Diese Investition hat uns bessere Sensoren, Satelliten und Organisationen wie das National Ecological Observatory Network beschert, das qualitativ hochwertige Daten von 81 Feldstandorten in den USA und in Puerto Rico sammelt. Gleichzeitig haben kulturelle Veränderungen zwischen Förderorganisationen, Forschungsnetzwerken und Fachzeitschriften dazu geführt, dass diese Daten offener und verfügbarer geworden sind.

Digitale Technologien ermöglichen einen schnelleren Zugriff auf diese Informationen als in der Vergangenheit. Feldnotizbücher sind Tablets und Mobilfunknetzen gewichen, die neue Daten in Echtzeit auf Supercomputer übertragen können. Dank der Fortschritte bei der Berechnung können wir bessere Modelle erstellen und ausgefeiltere statistische Methoden verwenden, um Prognosen zu erstellen.

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Bisher hat die ökologische Vorhersage jedoch nicht mit den Fortschritten bei Daten und Technologie Schritt gehalten. In unserem Artikel legen wir einen Fahrplan für die Beschleunigung des Feldes vor, indem wir die Engpässe angehen, die uns bremsen.

Einige dieser Engpässe sind technischer Natur, z. B. die bessere Integration der Datenströme, die jetzt aus vielen verschiedenen Quellen verfügbar sind, z. B. Feldstudien, Sensornetzwerke und Satellitenbeobachtungen.

Andere Herausforderungen betreffen menschliche Entscheidungen. Ökologen müssen mehr Zeit für die wechselseitige Kommunikation mit Interessengruppen aufwenden, als nur die neuesten Forschungsergebnisse an Entscheidungsträger weiterzugeben. Und wir brauchen bessere Möglichkeiten, um Forschung auf dem neuesten Stand der Technik von den Universitäten auf Agenturen und die Privatwirtschaft zu übertragen.

Am einschränkendsten ist vielleicht, dass Ökologen traditionell keine Vorhersagekonzepte und -methoden beigebracht bekommen. Aber wie ich geschrieben habe, ändert sich diese Situation. Es gibt jetzt Sommerworkshops und eine wachsende Anzahl von Universitätskursen für ökologische Prognosen. Vorhersage führt zu neuen Theorien, die darauf abzielen, verschiedene Teile der Ökologie zu vereinen.

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Zu Beginn der numerischen Wettervorhersage in den 1950er Jahren standen Wissenschaftler des National Weather Service vor einer Entscheidung. Sie könnten entweder warten, bis sie mit der Prognose beginnen, bis sich die zugrunde liegenden Forschungsergebnisse, Modelle und Tools verbessert haben, oder sofort mit der Erstellung von Prognosen fortfahren und dabei lernen. Sie wählten den zweiten Weg. Es erwies sich als schwieriger als erwartet - aber wenn sie gewartet hätten, wären sie wahrscheinlich gescheitert, weil sie ein kritisches Zeitfenster verpasst hätten, als Experten und Agenturen bereit waren, große Investitionen in diese Bemühungen zu tätigen.

Bisher haben Ökologen im Allgemeinen den ersten, konservativeren Weg eingeschlagen. In dieser Zeit rapider Umweltveränderungen waren der gesellschaftliche Bedarf und die technologische Prognosefähigkeit jedoch nie größer als heute. Die Vorhersagen werden nicht immer stimmen, besonders wenn sich das Gebiet entwickelt, aber Misserfolg ist Teil des Lernens. Die Zeit für Ökologen, mit der Vorhersage zu beginnen, ist jetzt gekommen.


Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht. Die Unterhaltung

Michael Dietze, außerordentlicher Professor für Erde und Umwelt, Boston University

Können Wissenschaftler Algenblüten und Pestausbrüche so vorhersagen wie wir das Wetter?