Stel je voor dat de lente eindelijk is aangebroken en je je weekend plant. De weersvoorspelling ziet er geweldig uit. Je zou naar het strand kunnen gaan - maar wat als het gesloten is vanwege een algenbloei? Misschien kun je een wandeling maken - zijn de bladeren er al? Wat kan er in bloei staan? Zullen de trekvogels terug zijn? Oh, en je hoorde vorig jaar slecht waren voor teken - zal dit voorjaar beter of slechter zijn?
We nemen allemaal weersvoorspellingen als vanzelfsprekend, dus waarom is er geen 'natuurvoorspelling' om deze vragen te beantwoorden? Betreed het nieuwe wetenschappelijke veld van ecologische voorspelling. Ecologen hebben lang geprobeerd de natuurlijke wereld te begrijpen, maar pas sinds kort beginnen ze systematisch na te denken over voorspelling.
Veel van het huidige onderzoek naar ecologische prognoses is gericht op langetermijnprojecties. Het gaat in op vragen die zich decennia tot eeuwen afspelen, zoals hoe soorten hun verspreidingsgebied kunnen veranderen in reactie op klimaatverandering, of of bossen kooldioxide uit de atmosfeer blijven opnemen.
In een nieuw artikel dat ik samen met 18 andere wetenschappers van universiteiten, particuliere onderzoeksinstituten en de US Geological Survey heb geschreven, beweren we echter dat het focussen op kortetermijnvoorspellingen over dagen, seizoenen en jaren ons zal helpen beter te begrijpen, beheer en behoud van ecosystemen. Het ontwikkelen van dit vermogen zou een win-win zijn voor zowel de wetenschap als de samenleving.
Een 'rode vloed' bloei van Karenia brevis, een giftig micro-organisme dat vissen kan doden en mensen vergiftigt die besmette schelpdieren eten. Wetenschappers gebruiken satellietbeelden en watermonsters om schadelijke algenbloei en andere ecologische fenomenen op korte termijn te voorspellen. (Chase Fountain / Texas Parks & Wildlife) **********
Naast het helpen van mensen bij het plannen van hun weekenden, zullen ecologische voorspellingen de besluitvorming in de landbouw, bosbouw, visserij en andere industrieën verbeteren. Ze zullen particuliere grondeigenaren, lokale overheden en staats- en federale agentschappen helpen ons land, water en kustlijnen beter te beheren en te behouden, bijvoorbeeld door te waarschuwen voor gebeurtenissen zoals uitbraken van plagen en schadelijke algenbloei. Ze zullen de volksgezondheid verbeteren door betere voorspellingen van uitbraken van infectieziekten en een betere planning in afwachting van hongersnood, natuurbrand en andere natuurrampen.
Ecologische voorspellingen zullen ook ons begrip van de wereld om ons heen verdiepen, en van hoe menselijke activiteiten deze veranderen. Forecasting formaliseert de cyclus tussen voorspelling en testen die de kern vormt van de wetenschappelijke methode en herhaalt deze in een veel snellere cyclus. Het kan het ontdekkingstempo in de milieuwetenschappen versnellen in deze kritieke tijd van snelle veranderingen in het milieu.
De vaardigheid voor weersvoorspelling bij de National Oceanic and Atmospheric Administration is continu en dramatisch verbeterd sinds het begin van de numerieke weersvoorspelling in de jaren 1950 (100 = perfecte score, 0 = willekeurig). De toenemende nauwkeurigheid in de loop van de tijd is toegeschreven aan meer gegevens, snellere computers en betere tools om gegevens elke dag in modellen te verwerken. De synergie van deze factoren heeft ons begrip van de atmosfeer en verbeterde weermodellen gestaag verbeterd. (Aangepast van NOAA, CC BY-ND) **********
Big data stimuleert veel van de vooruitgang in ecologische voorspelling. Tegenwoordig hebben ecologen meer gegevens in vergelijking met slechts tien jaar geleden, dankzij duurzame overheidsfinanciering voor basiswetenschap en milieumonitoring. Deze investering heeft ons betere sensoren, satellieten en organisaties opgeleverd, zoals het National Ecological Observatory Network, dat hoogwaardige gegevens verzamelt van 81 veldlocaties in de Verenigde Staten en Puerto Rico. Tegelijkertijd hebben culturele verschuivingen tussen financieringsinstanties, onderzoeksnetwerken en tijdschriften die gegevens opener en beschikbaarer gemaakt.
Digitale technologieën maken het mogelijk om sneller dan ooit toegang tot deze informatie te krijgen. Veldnotebooks hebben plaatsgemaakt voor tablets en mobiele netwerken die nieuwe gegevens in realtime naar supercomputers kunnen streamen. Vooruitgang in computers stelt ons in staat om betere modellen te bouwen en geavanceerdere statistische methoden te gebruiken om voorspellingen te maken.
**********
Tot nu toe heeft ecologische voorspelling echter geen gelijke tred gehouden met de vooruitgang op het gebied van gegevens en technologie. In ons artikel leggen we een routekaart op voor het versnellen van het veld door de knelpunten aan te pakken die ons vertragen.
Sommige van deze knelpunten zijn technisch, zoals een betere integratie van de gegevensstromen die nu beschikbaar zijn uit veel verschillende bronnen, zoals veldstudies, sensornetwerken en satellietwaarnemingen.
Andere uitdagingen betreffen menselijke keuzes. Ecologen moeten meer tijd besteden aan tweerichtingscommunicatie met belanghebbenden, in plaats van alleen het laatste onderzoek naar besluitvormers te sturen. En we hebben betere manieren nodig om state-of-the-art onderzoek over te dragen van universiteiten naar agentschappen en het bedrijfsleven.
Misschien wel het meest beperkend is dat ecologen traditioneel niet is geleerd om concepten en methoden te voorspellen. Maar zoals ik heb geschreven, is deze situatie aan het veranderen. Er zijn nu zomerworkshops en een groeiend aantal universitaire cursussen in ecologische voorspelling. Voorspelling leidt tot nieuwe theorieën die verschillende delen van ecologie willen verenigen.
**********
Bij het aanbreken van numerieke weersvoorspelling in de jaren 1950 stonden wetenschappers van de National Weather Service voor een keuze. Ze konden ofwel wachten om te beginnen met voorspellen totdat het onderliggende onderzoek, de modellen en hulpmiddelen verbeterden, of onmiddellijk doorgaan met het maken van voorspellingen en leren door te doen. Ze kozen het tweede pad. Het bleek moeilijker dan verwacht - maar als ze hadden gewacht, zouden ze waarschijnlijk hebben gefaald omdat ze een kritiek venster hadden gemist wanneer experts en agentschappen bereid waren om grote investeringen in deze inspanning te doen.
Tot nu toe hebben ecologen zich in het algemeen aan het eerste, meer conservatieve pad gehouden. Maar in deze tijd van snelle veranderingen in het milieu zijn de maatschappelijke behoefte en technologische capaciteit voor voorspelling nog nooit zo groot geweest. De voorspellingen zullen niet altijd kloppen, vooral als het veld zich ontwikkelt, maar falen hoort bij het leren. De tijd voor ecologen om te beginnen met voorspellen is nu.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Michael Dietze, universitair hoofddocent aarde en milieu, Universiteit van Boston
