Op zoek naar regen

Waar blijft de regen in de Sahel? Zo'n 300 klimaatonderzoekers uit zeven verschillende landen trokken afgelopen zomer naar Niger. Ze zetten voor miljoenen guldens aan high tech snuffelapparatuur in het hete rode zand en keken hoe de droogte toesloeg.

"Help me onthouden dat ik die magneetbanden in mijn koffer heb! Als ik die door de röntgenapparatuur haal is het hele experiment voor niets geweest'', zegt meteoroloog dr. Henk de Bruin op het vliegveld van Niamey. Maar het zit mee. Het röntgenapparaat is, zo meldt een briefje, en panne. De dienstdoende ambtenaar doet een dankbare graai in het etui met luxe pennen en viltstiften en vraagt verder nergens naar. Hapex-Sahel is gered.

Hapex staat voor Hydrologisch Atmosferisch Pilot Experiment. Het is het grootste klimaat-hydrologisch experiment ooit gehouden. Ruim twee maanden lang, tijdens de dry down, de overgangsperiode van het natte naar het droge seizoen, is hier in de Sahel op drie grote en twee kleinere lokaties een ontzaglijke massa meetgegevens verzameld, waar onderzoekers over de hele wereld nog zeker tien jaar mee kunnen stoeien.

Deze Intensieve Observatie Periode, waaraan 30 onderzoeksgroepen uit zeven landen deelnemen, vormt het hoogtepunt van een tweejarig bodem-, vegetatie- en klimaatsonderzoek in Niger. Het studiegebied meet 100 bij 100 kilometer, precies één "ruitje' op de wereldkaart: een grid tussen 13 en 14 graden Noorderbreedte en 2 tot 3 graden Oosterlengte.

Voor dit stuk halfwoestijn hoopt men de vochthuishouding in kaart te brengen en een verdampingsmodel te maken. Het draait hier om de vraag hoe snel de woestijn oprukt en waarom. In breder verband is een beter inzicht in de waterhuishouding van de Sahel onmisbaar om de wereldklimaatsmodellen, waarmee men bijvoorbeeld het broeikaseffect voorspelt, betrouwbaarder te maken. Het Sahelgebied is zeer gevoelig voor kleine klimaatsveranderingen.

Daarnaast is een belangrijke doelstelling van het projekt om satellietbeelden beter te leren interpreteren. Een stuk of tien verschillende satellieten, waaronder Spot, Landsat en ERS1 bestrijken het onderzoeksgebied. Dat levert een stortvloed aan informatie op, waar men echter tot nog toe nog maar matig raad mee weet. Tussen gierst en savanne bijvoorbeeld ziet de satelliet geen verschil, terwijl dat voor de verdamping wel degelijk verschil maakt.

Sommige klimaatmodellen laten de plantengroei dan maar buiten beschouwing, andere stellen de landmassa voor als één reusachtig groen blad, maar het blijft behelpen. Om de kloof tussen ultramoderne satellietgegevens en laag bij de grondse biologische metingen aan wortel en tak te helpen overbruggen wordt in Hapex-Sahel op allerlei niveaus gemeten. Vooral op de zogenaamde Golden Days, als het heel helder weer is, wordt alles uit de kast gehaald. De satelliet komt over, drie meetvliegtuigen gaan de lucht in, er worden weerballonnen opgelaten, in het veld zijn de meetploegen 24 uur lang in touw terwijl hun meetmasten en andere veldapparatuur intussen volautomatisch staan te snorren. Dat alles levert een ongekende vracht aan gegevens op die men dan achteraf in elkaar hoopt te passen en af en toe lukt dat ook.

Soms wordt deze integratie van schaalniveaus wel erg enthousiast opgepakt. Met afgrijzen weet de ballonnenploeg te vertellen hoe onlangs de Merlin, het laagvliegende toestel van METEO-France over kwam scheren, met de automatische hoogtemeter blijkbaar ingesteld op 40 meter. ""Daar wijken ze niet vanaf, dat vinden ze leuk, het zijn een soort kamikazepiloten.'' Verbluft keek men toe hoe het vliegtuig precies tussen de twintig meter hoge meetmast en de vijftig meter hoog zwevende weerballon door scheerde, terwijl twee minuten later van de andere kant alweer het andere Franse meetvliegtuig, de Arat aankwam, die nauwelijks hoger vloog. Na afloop bleek alles nog heel.

Van de vijf deelnemende meetvliegtuigen houden de reusachtige Nasa Hercules C-130 en de kleine Piper Saratoga zich bezig met remote sensing ter aanvulling van de satellietwaarnemingen. Een Cessna neemt de nodige luchtfoto's. De Merlin van METEO-France heeft tot taak om de turbulentie in de atmosfeer in beeld te brengen, dat wil zeggen, het dynamische uitwisselingsproces van ondermeer warmte en waterdamp. De Arat, een omgebouwde Fokker-27, helpt de eerste maand mee aan het remote sensing onderzoek en wordt daarna in een dag tijd "omgebouwd' om de Merlin bij te staan bij de turbulentiemetingen. De weerballonnen vullen deze gegevens mooi aan doordat ze vanaf de plaats waar ze opgelaten zijn tot hoog boven de atmosferische grenslaag een compleet "profiel' van de atmosfeer kunnen doorgeven naar de aarde.

Uitdaging

Vergelijkbare klimaatexperimenten, onder de vlag van het World Climate Reseach Program, zijn op kleinere schaal al gehouden in Zuidwest-Frankrijk (1986), op de prairie in Kansas (1987 en 1989) en in de wijngaarden van Castilla de la Mancha in Centraal-Spanje (1991). De aandacht verschuift nu naar de semi-aride gebieden, waar Hapex-Sahel alle vorige inspanningen in omvang overtreft. ""Het is niet alleen wetenschappelijk, maar ook logistiek een enorme uitdaging'', zegt coördinator Pavel Kabat (34) van het DLO-Staring centrum uit Wageningen als hij 's avonds tegen tienen eindelijk aan zijn bordje spaghetti toekomt. Onder tafel houden drie hologige hotelkatten iedere beweging scherp in de gaten, hagedissen roetsjen over het terras en er springen enorme kikkers rond. ""We hadden bijvoorbeeld 80 terreinwagens met vierwielaandrijving nodig en zoveel rijden er in dit hele land haast niet rond!''

Staatsgreep

Eind februari, na een poging tot hing het hele projekt na drie jaar intensieve voorbereiding ineens aan een zijden draadje. De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie Nasa dreigde af te haken. Met de splinternieuwe, met meetinstrumenten volgestouwde Hercules C-130 die tien procent van het jaarbudget van de Nasa vertegenwoordigt, wil men geen risico's lopen. ""Uiteindelijk is het projekt toch nog door gegaan. Maar in het noorden blijft de situatie onveilig. Daarom hebben we van ons noordelijkste proefveld moeten afzien,'' aldus Kabat. De verkiezingen, die juist deze zondag in Niger hadden moeten plaatsvinden, zijn voor onbepaalde tijd uitgesteld.

Naarmate de avond vordert krijgt het begrip "tropenjaren' geleidelijk meer kleur. Brandend zand en bedorven vis, opstandige Toearegs, corrupte wegenpatrouilles, berovingen op straat onder bedreiging met al dan niet besmette messen, aanvallen van malaria en gruwelijke verkeersongelukken - niets blijft de dienaren der wetenschap bespaard. Van slapen komt daarna, mede door het oorverdovend geronk van de airconditioning, weinig terecht en het verhaal over de collega's die hier, na een onschuldig klopje op de kamerdeur, aan de poten van hun hotelbed werden vastgebonden om vervolgens lijdzaam toe te zien hoe hun koffers werden afgevoerd, keert terug in de gedachten.

Betrouwbare gegevens

De volgende ochtend begeven we ons in alle vroegte naar kantoor Agrhymet, het zenuwcentrum van de operatie Hapex-Sahel. Hier worden ondermeer de beelden van een tiental satellieten opgevangen en bewerkt. Elke satelliet volgt een vaste baan, die zeer nauwkeurig bekend is. Op precies diezelfde route gaat men dan tegelijkertijd ook in het veld meten om de satellietgegevens te verifiëren. Videocamera's aan boord van de vliegtuigen scannen het bestreken gebied. Verzamelde meetgegevens worden opgeschoond tot wat men first quality data noemt. Die gegevens komen in een databank die voor alle deelnemers aan het projekt toegankelijk is en op den duur publiek domein wordt.

Tijgerachtig

Bij het onderzoek aan wereldklimaatmodellen is grote behoefte aan betrouwbare empirische gegevens om in de modellen in te voeren. Kabat: ""Hier in de Sahel is sprake van een wankel evenwicht, droge jaren brengen grote problemen mee en de verwoestijning neemt toe. Ons projekt is geen ontwikkelingsprojekt, maar op de lange termijn is het wel enorm belangrijk. Je ziet het land degraderen. Dat hou je niet tegen met kleine ontwikkelingsprojektjes, door hier en daar eens een put te graven.''

Het landschap bestaat uit lage, sterk geërodeerde laterietheuvels die via scherpe hellingen overgaan in zanderige valleien, waar landbouw wordt bedreven. De heuvels zijn van nature bedekt met een tijgerachtig patroon van stroken bos, afgewisseld met grote stukken kaal rood zand, vandaar de naam Tiger Bush. Op deze gemeenschappelijke gronden wordt hout gehakt en vee geweid.

Langs de weg die van Niamey naar het noorden voert, een van de twee asfaltwegen die dit land rijk is, wordt de oogst binnengehaald. Nu de droge tijd aanbreekt begint het iele gras tussen de struiken al te verdorren en dan is het wachten op de nieuwe regentijd, een jaar later.

Supersite

We zijn nog maar net de stad uit als de eerste road block opdoemt. Een groepje soldaten zit landerig in het stof. Nadat in de eerste weken handenvol tolgeld is betaald geldt de Hapex-sticker op onze portieren nu als vrijbrief om door te rijden dankzij bemiddeling van de Nederlandse consul. ""Altijd zeggen dat je je paspoort niet bij je hebt anders heb je eindeloos gezeur om het terug te krijgen'', aldus Kabat. ""En nooit laten zien dat je bang bent, want dat ruiken ze en dat geven ze door op de tamtam.'' De ongelukkige instrumentenmaker die, vers uit Wageningen, meteen nerveus zijn beurs trok werd luttele kilometers verder op raadselachtige wijze opnieuw aangehouden en daarna nog tweemaal. Honderdzestig gulden armer kwam hij uren later op de werkplek aan. Dan is de aanschaf van een stapeltje internationale rijbewijzen bij de ANWB goedkoper, Kabat bezit daarvan een heel voorraadje.

We rijden zo'n 40 kilometer naar het noorden en dan nog een stuk kale laterietweg in oostelijke richting. Hier ligt een van de drie Supersites, Central West Site, waar Pavel Kabat als site captain optreedt voor acht Europese en zeven Amerikaanse onderzoeksploegen, tezamen zo'n 100 mensen. Er wordt gemeten in een stuk Tiger Bush, een gierstveld, een verlaten gierstveld waar nu inheemse struiken opschieten (vooral Guiera senegalensis, een stekelige soort met kleine, leerachtige ronde blaadjes), en een stuk savanne waar het gras al begint te verdorren. Tientallen vlinders dansen om onze hoofden heen, na de regentijd ineens uit het niets tevoorschijn gekomen. De meetveldjes staan boordevol apparatuur, merendeels volautomatisch en elegant aangedreven door zonnepanelen. Slechts een enkeling heeft nog een ronkend aggregaat nodig.

De meeste indruk maakt de meetmast in de Tiger Bush, model Eiffeltoren, zo'n 20 meter hoog. Als je erin klimt zwiept hij vervaarlijk. Het is ongelooflijk hoe de wind varieert, hij verandert wel 50 maal per seconde van richting en snelheid. Daarom zijn de meetmasten op diverse hoogten ondermeer uitgerust met windmeters, die de windsnelheid in drie richtingen meten. Elke vijf minuten veranderen ze automatisch van positie. Vanuit het strohutje van de wachter, die hier met pijl en boog en zelfgesmede ijzeren speer de miljoenenapparatuur bewaakt en naar verluidt al een hyena - of misschien was het een coyote - heeft gedood, is dat een mooi schouwspel.

De verdamping van de planten blijkt de allesoverheersende factor die de waterbalans in droge streken - en daarmee de ontwikkeling van het klimaat - bepaalt. Met een draagbaar meetapparaat, de porometer, loopt men van struik naar struik om de weerstand van de huidmondjes in de bladeren te bepalen. Tegelijkertijd wordt ook de stralingsintensiteit ter plaatse gemeten. Hoe wijder de huidmondjes openstaan, hoe harder de planten aan het werk zijn en hoe meer uitwisseling van koolzuurgas en waterdamp.

Meetschoenen om de stengels tonen een indrukwekkende sapstroom aan: een flinke tak van de inheemse struik Guiera blijkt wel acht tot tien kilo water op een dag te verdampen en zo'n struik heeft heel wat takken. Zelfs als de bovenste bodemlaag kurkdroog is gaat de verdamping nog gewoon door. De Guiera wortelt diep.

Tegelijkertijd vangen hoge meetmasten op verschillende meethoogten de fluxen in. Een flux is, eenvoudig gezegd, de hoeveelheid die op een bepaald tijdstip ergens langs komt. Dat kan de hoeveelheid water zijn die onder een brug doorstroomt, maar ook de hoeveelheid koolzuurgas en waterdamp die boven het bladerdek wordt uitgewisseld. Van te voren is ondermeer met behulp van geurproeven precies vastgesteld hoe hoog je de sensoren op de meetmast moet plaatsen om bij de gangbare windsnelheid en windrichting een zuivere invang (fetch) van bijvoorbeeld een flink stuk gierstveld - maar dan ook alleen maar gierst en geen ander vegetatietype - te halen.

De eerste resultaten zijn al binnen. Op de grafieken valt prachtig te zien hoe het koolzuurgas hier boven het veld uit de lucht verdwijnt als de planten 's morgens beginnen te assimileren. De planten gebruiken koolzuurgas om er suikers van te maken. Rond twee uur 's middags, als het zweet de meetploeg over de rug gutst, beginnen de planten kalmpjes aan hun siësta. Dan sluiten ze hun huidmondjes, zeker niet uit lichtgebrek en ook niet uit vochtgebrek, zoals metingen uitwijzen, maar eenvoudig omdat ze voorlopig genoeg suikers hebben opgeslagen, die eerst verwerkt moeten worden. Pas rond vijf uur 's middags gaan de huidmondjes weer open en komt de fotosynthese weer op gang. Dit was nooit eerder met veldmetingen aangetoond.

Verdamping kost de plant veel energie en al verdampende houdt de plant zichzelf koel. De omringende dorpsbewoners hadden dat al begrepen. Veel van hun strohutten zijn uitbundig begroeid met kalebassen die de bewoners een koeler dak boven het hoofd bieden. Kabat: ""Soms, als je een tolk bij je hebt, spreek je ze wel eens. Ze kijken ongetwijfeld vreemd op van deze invasie, maar je staat altijd weer te kijken van het commentaar dat ze geven. Ze stellen hele scherpe vragen. De regenval beheerst tenslotte hun hele leven.''

Pronkstuk

Het pronkstuk van de collectie van het Staring Centrum staat opgesteld in het savanne-proefveld en luistert naar de naam eddy correlation - CO2 closed path system. Bloednieuw en nooit eerder vertoond, en bij uitstek geschikt om het dynamische proces van uitwisseling van waterdamp en koolzuurgas in beeld te brengen.

Het hart van dit fluxstation, ontwikkeld samen met de Universiteit van Edinburgh, bestaat uit een driedimensionale ultrasonische windmeter en een krypton-hygrometer die op een mast gemonteerd zitten en de variaties in windsnelheid en luchtvochtigheid meten. Ook wordt het temperatuurprofiel gemeten. Al deze gegevens snellen vanuit de meetmast door een kabel naar een naburig computerkastje dat in de schaduw van een struik staat opgesteld en meteen aan het rekenen slaat. Tegelijkertijd worden razendsnelle waterdamp- en koolzuurgasmetingen gedaan met behulp van een infrarood gas analyzer.

In de laatste week van het experiment wordt druk met apparatuur gesleept. Allerlei onderzoeksteams stellen hun apparaten van diverse makelij naast elkaar in het zand op de betrouwbaarheid te kunnen vergelijken. Stralingsmeters bijvoorbeeld zijn berucht omdat ze in de tropen soms wel 30 procent te hoge waarden aangeven.

Na een ronde langs de meetterreintjes keren we terug naar de stad met in de achterbak een dorpeling die met de brokstukken van een ijzeren dissel op weg is naar de smid in Niamey, voor hem een reis van vele dagen. Kabat: ""Vaak geef je mensen een lift die nog nooit in een auto hebben gereden en daardoor volkomen verward raken. Pas nam ik een man mee die zei dat hij hier al dertig jaar liep, hij kende iedere struik langs de kant van de weg. Maar wij reden zo hard dat hij tien of twintig kilometer te ver meereed en helemaal de kluts kwijt was.'' Met een zak gedroogde bonen als smidsloon zien we onze lifter bij het vallen van de avond in de menigte verdwijnen.

    • Marion de Boo