• Energy Research
• Open Access close
• Restricted close
• CA close
• SN close
• Agritrop close

Dans cette étude, nous étudions les changements de température et les précipitations extrêmes en Afrique de l'Ouest et du Centre (ci-après, domaine WAF) en fonction de la température moyenne mondiale en mettant l'accent sur les implications du réchauffement climatique de 1,5 °C et 2 °C conformément à l'Accord de Paris. Nous avons appliqué une approche de mise à l'échelle pour capturer les changements dans les extrêmes climatiques avec l'augmentation de la température moyenne mondiale dans plusieurs sous-régions du domaine WAF : Sahel occidental, Sahel central, Sahel oriental, côte de Guinée et Afrique centrale, y compris le bassin du Congo. En este estudio, investigamos los cambios en la temperatura y las precipitaciones extremas en África occidental y central (en adelante, el dominio WAF) en función de la temperatura media global, centrándonos en las implicaciones del calentamiento global de 1,5 °C y 2 °C según el Acuerdo de París. Aplicamos un enfoque de escala para capturar los cambios en los extremos climáticos con el aumento de la temperatura media global en varias subregiones dentro del dominio WAF: Sahel Occidental, Sahel Central, Sahel Oriental, Costa de Guinea y África Central, incluida la Cuenca del Congo. في هذه الدراسة، نقوم بالتحقيق في التغيرات في درجات الحرارة وهطول الأمطار القصوى فوق غرب ووسط أفريقيا (فيما يلي، مجال غرب ووسط أفريقيا) كدالة لمتوسط درجة الحرارة العالمية مع التركيز على الآثار المترتبة على الاحترار العالمي من 1.5 درجة مئوية و 2 درجة مئوية وفقا لاتفاق باريس. طبقنا نهج التدرج لالتقاط التغيرات في الظواهر المناخية المتطرفة مع زيادة متوسط درجة الحرارة العالمية في العديد من المناطق دون الإقليمية داخل نطاق منطقة غرب أفريقيا: الساحل الغربي والساحل الأوسط والساحل الشرقي وساحل غينيا ووسط أفريقيا بما في ذلك حوض الكونغو. In this study, we investigate changes in temperature and precipitation extremes over West and Central Africa (hereafter, WAF domain) as a function of global mean temperature with a focus on the implications of global warming of 1.5 °C and 2 °C according the Paris Agreement. We applied a scaling approach to capture changes in climate extremes with increase in global mean temperature in several subregions within the WAF domain: Western Sahel, Central Sahel, Eastern Sahel, Guinea Coast and Central Africa including Congo Basin.

Societal Impact StatementFonio (Digitaria exilis—Kippist—Stapf) is a neglected cereal crop that plays a crucial role in the food and nutritional security of sub‐Saharan populations. Currently threatened with extinction in many countries, fonio, like other minor species, could help give insights into the history of African agriculture and provide clues to past social interactions. Highlighting and preserving genetic diversity that can be used to develop improved varieties improves food security. By recognizing the role of indigenous people and local communities (IPLCs) in agrobiodiversity creation and management, this study provides support for strengthening the rights of rural communities and promoting their food and seed sovereignty as outlined in the United Nations UNDROP Declaration.Summary Fonio (Digitaria exilis) is a neglected cereal crop that plays a crucial role in the food and nutritional security of sub‐Saharan populations. It is an excellent candidate to diversify agricultural and food systems beyond Africa because of its adaptability and hardiness. However, fonio is threatened with extinction and the factors that organize its genetic diversity remain unknown, despite the fact that this knowledge is necessary to define conservation strategies and uses to achieve sustainable agriculture. Here, we combined social anthropology and population genetics analysis of 158 fonio landraces, thereby generating insight into the genetic diversity, population structure and evolutionary history of fonio cultivation in Senegal. We noted a spatial structure of genetic diversity at two embedded levels, with the first corresponding to the genetic differentiation between ethnic groups and the second to the demographic history of the Mande and Atlantic Congo linguistic families. Selection and seed exchange practices have contributed to shaping fonio genetic diversity at the ethnic level, while the migration of Fulani people over the last 500 years has fragmented the Mandinka kingdom, hence leaving a fonio diversity imprint. Our study highlighted that social factors are pivotal in structuring diversity and should be taken into greater consideration in research and conservation projects to dovetail local and regional scales. It also showed that neglected species such as fonio—which are seldom used in breeding and dissemination programmes—are key markers of the history of African agriculture.

AbstractPeatlands cover only 3–4% of the Earth’s surface, but they store nearly 30% of global soil carbon stock. This significant carbon store is under threat as peatlands continue to be degraded at alarming rates around the world. It has prompted countries worldwide to establish regulations to conserve and reduce emissions from this carbon rich ecosystem. For example, the EU has implemented new rules that mandate sustainable management of peatlands, critical to reaching the goal of carbon neutrality by 2050. However, a lack of information on the extent and condition of peatlands has hindered the development of national policies and restoration efforts. This paper reviews the current state of knowledge on mapping and monitoring peatlands from field sites to the globe and identifies areas where further research is needed. It presents an overview of the different methodologies used to map peatlands in nine countries, which vary in definition of peat soil and peatland, mapping coverage, and mapping detail. Whereas mapping peatlands across the world with only one approach is hardly possible, the paper highlights the need for more consistent approaches within regions having comparable peatland types and climates to inform their protection and urgent restoration. The review further summarises various approaches used for monitoring peatland conditions and functions. These include monitoring at the plot scale for degree of humification and stoichiometric ratio, and proximal sensing such as gamma radiometrics and electromagnetic induction at the field to landscape scale for mapping peat thickness and identifying hotspots for greenhouse gas (GHG) emissions. Remote sensing techniques with passive and active sensors at regional to national scale can help in monitoring subsidence rate, water table, peat moisture, landslides, and GHG emissions. Although the use of water table depth as a proxy for interannual GHG emissions from peatlands has been well established, there is no single remote sensing method or data product yet that has been verified beyond local or regional scales. Broader land-use change and fire monitoring at a global scale may further assist national GHG inventory reporting. Monitoring of peatland conditions to evaluate the success of individual restoration schemes still requires field work to assess local proxies combined with remote sensing and modeling. Long-term monitoring is necessary to draw valid conclusions on revegetation outcomes and associated GHG emissions in rewetted peatlands, as their dynamics are not fully understood at the site level. Monitoring vegetation development and hydrology of restored peatlands is needed as a proxy to assess the return of water and changes in nutrient cycling and biodiversity.

L'une des principales applications des observations satellitaires de la température de surface du sol (LST) réside dans leur utilisation pour la modélisation de l'évapotranspiration réelle (ET) dans les cultures agricoles, avec pour objectifs principaux de surveiller et d'améliorer les pratiques d'irrigation et d'améliorer la productivité de l'utilisation de l'eau des cultures, comme stipulé par l'indicateur 6.4.1 des objectifs de développement durable (ODD). L'évapotranspiration est un processus complexe et dynamique, à la fois temporellement et spatialement, nécessitant des observations LST à haute résolution spatio-temporelle. Actuellement, aucun des capteurs thermiques spatiaux existants ne peut fournir des observations LST quasi-quotidiennes à l'échelle du champ, ce qui incite au développement de méthodes de fusion de données (affûtage thermique) d'observations provenant de divers capteurs à ondes courtes et thermiques pour répondre à cette exigence spatio-temporelle. Des recherches antérieures ont démontré l'efficacité de la combinaison des observations Sentinel-2 multispectrales à ondes courtes avec les observations Sentinel-3 infrarouges thermiques pour dériver des estimations LST et ET quotidiennes à l'échelle du champ. Cependant, ces études ont également mis en évidence des limites dans la capture du contraste thermique distinct entre le LST plus froid dans les zones agricoles irriguées et les régions sèches adjacentes plus chaudes. Dans cette étude, nous visons à remédier à cette limitation en incorporant des informations sur la variabilité spatiale thermique observée par les satellites Landsat dans le processus de fusion de données, sans être contraints par des observations thermiques Landsat peu fréquentes ou nuageuses et tout en conservant l'émission de rayonnement à ondes longues capturée par le capteur thermique Sentinel-3 à sa résolution native. Deux approches sont évaluées, à la fois individuellement et en combinaison complémentaire, et validées par rapport aux mesures LST in situ. L'approche la plus performante, qui conduit à une réduction de l'erreur quadratique moyenne allant jusqu'à 1,5 K par rapport aux recherches précédentes, est ensuite utilisée pour estimer l'évapotranspiration réelle au niveau du colis. Le processus de modélisation ET a également subi diverses améliorations concernant le comblement des lacunes des données d'entrée et de sortie, les ensembles de données d'entrée et la mise en œuvre du code. L'ET résultant est validé à l'aide de lysimètres et de tours de covariance de Foucault en Espagne, au Liban, en Tunisie et au Sénégal, ce qui entraîne un biais global minimal (sous-estimation systématique de moins de 0,07 mm/jour) et une faible erreur quadratique moyenne (jusqu'à 0,84 mm/jour) lors de l'utilisation d'ensembles de données d'entrée entièrement globaux. La méthodologie d'affûtage LST améliorée est indépendante des capteurs et devrait rester pertinente pour les prochaines missions thermiques, tandis que la précision des flux ET modélisés est encourageante pour une utilisation ultérieure des observations des satellites Sentinel et d'autres données Copernicus, pour le suivi de l'indicateur 6.4.1 des ODD. Una de las principales aplicaciones de las observaciones satelitales de la temperatura de la superficie terrestre (LST) radica en su utilización para modelar la evapotranspiración real (ET) en cultivos agrícolas, con los objetivos principales de monitorear y mejorar las prácticas de riego y mejorar la productividad del uso del agua de los cultivos, según lo estipulado por el indicador 6.4.1 del Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS). La evapotranspiración es un proceso complejo y dinámico, tanto temporal como espacialmente, que requiere de LST con alta resolución espacio-temporal. Actualmente, ninguno de los sensores térmicos espaciales existentes puede proporcionar observaciones de LST a escala de campo cuasi diarias, lo que provocó el desarrollo de métodos para la fusión de datos (agudización térmica) de las observaciones de varios sensores térmicos y de onda corta para cumplir con este requisito espacio-temporal. Investigaciones anteriores han demostrado la efectividad de combinar las observaciones multiespectrales de Sentinel-2 de onda corta con las observaciones de Sentinel-3 de infrarrojo térmico para obtener estimaciones diarias de LST y ET a escala de campo. Sin embargo, estos estudios también destacaron las limitaciones para capturar el contraste térmico distintivo entre el LST más frío en las zonas agrícolas de regadío y las regiones secas adyacentes más cálidas. En este estudio, nuestro objetivo es abordar esta limitación incorporando información sobre la variabilidad espacial térmica observada por los satélites Landsat en el proceso de fusión de datos, sin estar limitados por las observaciones térmicas Landsat infrecuentes o nubladas y conservando la emisión de radiancia de onda larga capturada por el sensor térmico Sentinel-3 en su resolución nativa. Se evalúan dos enfoques, tanto individualmente como en combinación complementaria, y se validan frente a mediciones de LST in situ. El enfoque de mejor rendimiento, que conduce a una reducción en el error cuadrático medio de hasta 1,5 K en comparación con investigaciones anteriores, se utiliza posteriormente para estimar la evapotranspiración real a nivel de parcela. El proceso de modelado ET también ha experimentado varias mejoras con respecto al llenado de brechas de datos de entrada y salida, conjuntos de datos de entrada e implementación de códigos. El ET resultante se valida utilizando lisímetros y torres de covarianza de remolinos en España, Líbano, Túnez y Senegal, lo que resulta en un sesgo general mínimo (subestimación sistemática de menos de 0,07 mm/día) y un error cuadrático medio bajo (hasta 0,84 mm/día) cuando se utilizan conjuntos de datos de entrada completamente globales. La metodología mejorada de afilado del LST es independiente del sensor y debe seguir siendo relevante para las próximas misiones térmicas, mientras que la precisión de los flujos ET modelados es alentadora para una mayor utilización de las observaciones de los satélites Sentinel y otros datos de Copernicus, para monitorear el indicador 6.4.1 de los ODS. One of the primary applications of satellite Land Surface Temperature (LST) observations lies in their utilization for modeling of actual evapotranspiration (ET) in agricultural crops, with the primary goals of monitoring and enhancing irrigation practices and improving crop water use productivity, as stipulated by Sustainable Development Goal (SDG) indicator 6.4.1. Evapotranspiration is a complex and dynamic process, both temporally and spatially, necessitating LST observations with high spatio-temporal resolution. Presently, none of the existing spaceborne thermal sensors can provide quasi-daily field-scale LST observations, prompting the development of methods for data fusion (thermal sharpening) of observations from various shortwave and thermal sensors to meet this spatio-temporal requirement. Previous research has demonstrated the effectiveness of combining shortwave-multispectral Sentinel-2 observations with thermal-infrared Sentinel-3 observations to derive daily, field-scale LST and ET estimates. However, these studies also highlighted limitations in capturing the distinct thermal contrast between cooler LST in irrigated agricultural areas and the hotter, adjacent dry regions. In this study, we aim to address this limitation by incorporating information on thermal spatial variability observed by Landsat satellites into the data fusion process, without being constrained by infrequent or cloudy Landsat thermal observations and while retaining the longwave radiance emission captured by the Sentinel-3 thermal sensor at its native resolution. Two approaches are evaluated, both individually and as a complementary combination, and validated against in situ LST measurements. The best performing approach, which leads to reduction in root mean square error of up to 1.5 K when compared to previous research, is subsequently used to estimate parcel-level actual evapotranspiration. The ET modeling process has also undergone various improvements regarding the gap-filling of input and output data, input datasets and code implementation. The resulting ET is validated using lysimeters and eddy covariance towers in Spain, Lebanon, Tunisia, and Senegal resulting in minimal overall bias (systematic underestimation of less than 0.07 mm/day) and a low root mean square error (down to 0.84 mm/day) when using fully global input datasets. The enhanced LST sharpening methodology is sensor agnostic and should remain relevant for the upcoming thermal missions while the accuracy of the modeled ET fluxes is encouraging for further utilization of observations from Sentinel satellites, and other Copernicus data, for monitoring SDG indicator 6.4.1. يكمن أحد التطبيقات الأساسية لملاحظات درجة حرارة سطح الأرض عبر الأقمار الصناعية في استخدامها لنمذجة التبخر والنتح الفعلي في المحاصيل الزراعية، مع الأهداف الأساسية لرصد وتعزيز ممارسات الري وتحسين إنتاجية استخدام مياه المحاصيل، على النحو المنصوص عليه في مؤشر هدف التنمية المستدامة 6.4.1. التبخر والنتح هي عملية معقدة وديناميكية، من الناحيتين الزمنية والمكانية، مما يستلزم ملاحظات LST بدقة مكانية وزمانية عالية. في الوقت الحاضر، لا يمكن لأي من المستشعرات الحرارية الحالية المحمولة في الفضاء توفير ملاحظات LST على نطاق ميداني شبه يومي، مما يدفع إلى تطوير طرق لدمج البيانات (الشحذ الحراري) للملاحظات من مختلف المستشعرات القصيرة والحرارية لتلبية هذا المطلب المكاني والزماني. أظهرت الأبحاث السابقة فعالية الجمع بين ملاحظات Sentinel -2 قصيرة الموجة ومتعددة الأطياف مع ملاحظات Sentinel -3 بالأشعة تحت الحمراء الحرارية لاستخلاص تقديرات LST و ET اليومية على نطاق ميداني. ومع ذلك، سلطت هذه الدراسات الضوء أيضًا على القيود المفروضة على التقاط التباين الحراري المميز بين LST الأكثر برودة في المناطق الزراعية المروية والمناطق الجافة المجاورة الأكثر سخونة. في هذه الدراسة، نهدف إلى معالجة هذا القيد من خلال دمج المعلومات حول التقلبات المكانية الحرارية التي تلاحظها أقمار لاندسات الصناعية في عملية دمج البيانات، دون أن تكون مقيدة بالملاحظات الحرارية النادرة أو الغائمة لاندسات ومع الاحتفاظ بانبعاث إشعاع الموجات الطويلة الذي يلتقطه المستشعر الحراري Sentinel -3 بدقةه الأصلية. يتم تقييم نهجين، بشكل فردي وكمجموعة متكاملة، والتحقق من صحتهما مقابل قياسات LST في الموقع. يتم استخدام النهج الأفضل أداءً، والذي يؤدي إلى تقليل متوسط الجذر التربيعي للخطأ الذي يصل إلى 1.5 كلفن عند مقارنته بالبحوث السابقة، لاحقًا لتقدير التبخر الفعلي على مستوى الطرد. كما شهدت عملية نمذجة المخلوقات الفضائية تحسينات مختلفة فيما يتعلق بسد الثغرات في بيانات المدخلات والمخرجات ومجموعات بيانات المدخلات وتنفيذ التعليمات البرمجية. يتم التحقق من صحة المخلوقات الفضائية الناتجة باستخدام مقاييس التحلل وأبراج التباين الدوامية في إسبانيا ولبنان وتونس والسنغال مما يؤدي إلى الحد الأدنى من التحيز العام (التقليل المنهجي من أقل من 0.07 مم/يوم) وخطأ مربع متوسط الجذر المنخفض (حتى 0.84 مم/يوم) عند استخدام مجموعات بيانات المدخلات العالمية بالكامل. تعتبر منهجية شحذ LST المحسنة غير أدرية للمستشعرات ويجب أن تظل ذات صلة بالبعثات الحرارية القادمة في حين أن دقة تدفقات المخلوقات الفضائية المنمذجة تشجع على زيادة استخدام الملاحظات من الأقمار الصناعية Sentinel، وبيانات كوبرنيكوس الأخرى، لرصد مؤشر أهداف التنمية المستدامة 6.4.1.

AbstractDespite the growing interest in Ecosystem-based Adaptation, there has been little discussion of how this approach could be used to help smallholder farmers adapt to climate change, while ensuring the continued provision of ecosystem services on which farming depends. Here we provide a framework for identifying which agricultural practices could be considered ‘Ecosystem-based Adaptation’ practices, and highlight the opportunities and constraints for using these practices to help smallholder farmers adapt to climate change. We argue that these practices are (a) based on the conservation, restoration or management of biodiversity, ecosystem processes or services, and (b) improve the ability of crops and livestock to maintain crop yields under climate change and/or by buffering biophysical impacts of extreme weather events or increased temperatures. To be appropriate for smallholder farmers, these practices must also help increase their food security, increase or diversify their sources of income generation, take advantage of local or traditional knowledge, be based on local inputs, and have low implementation and labor costs. To illustrate the application of this definition, we provide some examples from smallholders’ coffee management practices in Mesoamerica. We also highlight three key obstacles that currently constrain the use of Ecosystem-based Adaptation practices (i) the need for greater understanding of their effectiveness and the factors that drive their adoption, (ii) the development supportive and integrated agriculture and climate change policies that specifically promote them as part of a broader agricultural adaptation program; and (iii) the establishment and maintaining strong and innovative extension programs for smallholder farmers. Our framework is an important starting point for identifying which Ecosystem-based Adaptation practices are appropriate for smallholder farmers and merit attention in international and national adaptation efforts.