SUPERVISOR
Saeed Soltani Kopaei,Reza Jafari,Mostafa Tarkesh esfahani
سعید سلطانی کوپائی (استاد راهنما) رضا جعفری (استاد مشاور) مصطفی ترکش اصفهانی (استاد راهنما)
STUDENT
Marjan Saki
مرجان ساکی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Effects of Climate Change on Aboveground Net Primary Production in Rangelands of Isfahan Province
Evaluation the variability of net primary production () and its response to climate change is essential to the study of ecosystem production, nutrient allocation, carbon sequestration, for implementation of rehabilitation projects and consequently, sustainable management of rangelands. The main objective of this research is to predict the effects of climate change on aboveground net primary production (A) of rangelands in Isfahan province, using remote sensing data, statistical models, climatic models and GIS. In the first section, rangelands A in the bioclimatic zones of Isfahan province was estimated by the MODIS satellite data, ground information and weather data (rainfall, temperature, and solar radiation) using the Carnegie-Ames-Stanford Approach model (CASA) model for the period 2000-2016. The results indicated that the A predicted by CASA model was good agreement with the observed A in the study area (R 2 = 0.917). Amount of A varied from 7.4 to 65.4 g C m -2 yr -1 . There was significant decreasing trend of A from west and southwest to east of Isfahan province that is consistent with the precipitation gradient and bioclimatic zones. The annual A of rangelands have a positive and negative relationship with precipitation and temperature variations, respectively. The average annual A of rangelands from 2000 to 2016 in Isfahan ranged from 13.6 to 13.23 g C m -2 yr -1 , which was not significant trend. Based on SPI and TVDI indices, drought is an important factor that affected the A annual trend. In monthly scale the peak of A was occurred in May and June, because the optimum temperature plays an important role in the plant growth and the precipitation factor shows its effect after a lag time respect to these months. The A spatial-temporal pattern showed the importance of climatic factors, especially precipitation changes (as a limiting factor for plant growth and production). In the next step, statistical models such as GAM, SVM and ANN were used to investigate the relationships between A and environmental variables (climate and topography). The A map was generated and Keywords: Aboveground net primary production, Climate change, Statistical models, Climatic factors, CASA model
ارزیابی تغییرات تولید خالص اولیه و پاسخ آن به تغییرات اقلیمی برای مطالعه تولید اکوسیستم، تخصیص مواد غذایی، تثبیت کربن، اجرای پروژههای احیایی و در نتیجه مدیریت پایدار مراتع ضروری است. هدف اصلی از انجام این پژوهش پیشبینی اثرات تغییر اقلیم بر میزان تولید خالص اولیهروی سطح زمین(A)مراتع در استان اصفهان با به کارگیری دادههای سنجش از دور، مدلهای آماری، مدلهای اقلیمی و سیستم اطلاعات جغرافیایی میباشد. در بخش اول،مقادیرAمراتع استان با استفاده از دادههای سنجش از دور ماهوارهMODIS ، اطلاعات زمینی و دادههایهواشناسی (بارش، درجه حرارت و تابش خورشیدی) توسط مدل اکوسیستمی CASA (Carnegie–Ames–Stanford Approach) در دوره 2000-2016 برآوردگردید. نتایج ارزیابی نشان داد که مقادیر برآوردشده Aتوسط مدلCASA ، ازضریب تبیین بالایی با دادههای A جمعآوری شده از عرصه برخوردار است (917/0R 2 =). میزان A در مراتع استان اصفهان بین 7/4 تا 4/95 گرم کربن در مترمربع در سال تغییر میکند، بطوریکه بیشترین مقدار A در مراتع غرب و جنوب غرب استان اصفهان مشاهده شده و به سمت شرق کاهش مییابد، این موضوع با پراکنشمکانی بارش و پهنههای اقلیم رویشی استان همخوانی دارد. تغییرات مکانی A سالانه در مراتع ارتباط مثبتی با تغییرات بارش و ارتباط منفی با تغییرات درجه حرارت دارد (با افزایش میزان بارش و کاهش درجه حرارت A افزایش مییابد).دامنه تغییرات میانگین A طی سالهای 2000-2016 در منطقه بین6/13- 95/23 گرم کربن در مترمربع در سالبوده که دارای روند معنیداری نمیباشد (0522/0R 2 =).نتایج این مطالعه نشان داد که شرایط خشکسالی و ترسالی(با توجه به شاخصهای پایش خشکسالی SPI و TVDI) رخ داده در منطقه مورد مطالعه در این بازه زمانی بر روی تغییرات سالانه A میتواند اثرگذارباشد. مقادیر Aدر ماههایMay وJune به حداکثر میزان خود میرسدکه در این مقیاس زمانی(ماهانه)، درجه حرارت اپتیمم برای رشد گیاه نقش مهمی دارد وعامل بارش با یک فاصله زمانی اثر خود را نشان میدهد.در گام بعدی از پژوهشمدلهای آماری همچون GAM، SVMو ANNبرای بررسی روابط حاکم بین Aو متغیرهای محیطی (اقلیمی و فیزیوگرافی)به کار گرفته شد.نقشه A در مراتع استان تولید و طبقهبندی گردید و با استفاده از مدلهای یادشده منحنیهای عکس العمل A نسبت به متغیرهای مهم محیطی ترسیم شد. نتایج حاصل از آنالیز همبستگی بین متغیرهای محیطی نشان داد که متوسط درجه حرارت سالانه، متوسط درجه حرارت حداقل و حداکثر ماهانه، درجه حرارت فصلی،بارندگی سالانه، بارندگی فصلی، بارندگی در گرمترین فصل، شیب و ارتفاع مهمترین عوامل محیطی موثر بر Aمیباشند.نتایج ارزیابی مدلها با استفاده از شاخصهای آماریهمچون شاخص تبیین(R 2 )، ریشه دوم مربعات خطا (RMSE) و فاکتور کارایی مدل(MEF)نشان داد که مدل SVMدقت بیشتری در پیشبینی میزان Aحال حاضر دارد و به این ترتیبA در سال 2050 و 2070تحت سناریوهای انتشار (RCP2.6، RCP4.5وRCP8.5 )RCPبا استفاده از مدل SVMشبیهسازی گردید.در این بخش روش وزندهی مدلهای GCM(14 مدلGCM)به منظور پیشبینی متغیرهای اقلیمی در آیندهاستفاده شد. براین اساس مدلهای GCMبر پایه دقت پیشبینی پارامترهای دما و بارش در دوره پایه وزندهیشده و بر اساس وزن آنها الگوهای تغییر اقلیم در آینده تعریف گردید. نتایج پیشبینی نشان داد که درجه حرارت و بارش منطقه در تمامی مدلها تحت سناریوهای مختلف به ترتیب افزایش و کاهش مییابد، بطوریکه حداکثر کاهش بارش تا 52/61 میلیمتر (2/35 درصد) تحت RCP4.5 و حداکثر افزایش درجه حرارت تا 28/3 درجه سانتیگراد (1/20 درصد) تحت RCP8.5 رخ خواهد داد.میانگین A مراتع استان اصفهان در حال حاضر برابر با 52/21 گرم کربن در متر مربع در سال میباشد. نقشههای A در شرایط آینده پیشبینی نمود بیشترین مقدار افزایش (78/2 درصد) و کاهش (5/9 درصد) در میانگین سالانه A به ترتیب تحت سناریوهای RCP2.6و RCP4.5در 2070 رخ خواهد داد.مساحت متعلق به طبقهA کم (کمتر از 10 گرم کربن در متر مربع در سال) کاهش یافته و به مساحت اندکی در مرکز استان محدود و مساحت متعلق به A بالاتر از 50 گرم کربن در متر مربع در سال (غرب استان) ناپدید میگردد. بنابراین در اثر تغییر اقلیم آینده A مراتع بویژه در غرب و جنوبغرب کاهش چشمگیری نشان خواهد داد و این تغییرات در ارتفاعات2000-3000 مترقابل توجه خواهد بود. نتایج حاصل از این پژوهش میتواند مدیران منابع طبیعی را در پیشبرد اهداف مرتبط با مدیریت،احیاء و اصلاح مراتع از طریق برآورد تولید در حال حاضر و تحت تاثیر تغییر اقلیم یاری نماید. واژههای کلیدی: تغییر اقلیم، تولید خالص اولیه روی سطح زمین، متغیرهای اقلیمی، مدل سنجش از دوری CASA، مدلهای آماری