Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Jafari,Reza Modarres,Mostafa Tarkesh esfahani
رضا جعفری (استاد راهنما) رضا مدرس (استاد مشاور) مصطفی ترکش اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohaddeseh Amiri
محدثه امیری رسکتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Investigating the effects of climate change on rangeland species distribution by integrating species distribution models and remote sensing technique
Due to the complexity of natural systems and the phenomenon of climate change, species distribution models are used to understand the impact of climate change on potential niche of species. For this purpose, many studies used WorldClim database derived from the interpolation of temperature and precipitation records from 1950-2000. Due to lack of meteorological stations and their uneven distribution, extreme fluctuations of precipitation and temperature in arid and semi-arid regions, climatic variables produced by interpolation methods may not produce reliable results. High uncertainties of Kriging-based methods and the temporal asymmetry between current studies and the WorldClim database may result in inappropriate predictions. Satellite remote sensing as an effective tool reduces field measurement gaps and partially removes existing problems. Therefore, in the present study, the potential of remote sensing in producing bioclimatic variables, determining the factors affecting potential distribution, preferential tendency of Artemisia sieberi Besser and Artemisia aucheri Boiss. to environmental factors, as well as modelling distribution of these two species of Iran-Touranian rangelands in Isfahan province in comparison with bioclimatic variables produced by geostatistical method during the period 2001-2017 has been investigated. The digital elevation model (DEM), land surface products (MOD11A1 and MOD11A2) and vegetation indices (MOD13A3) extracted from MODIS sensor and also downscaled and calibrated PERSIANN-CDR were employed to produce remote sensing-based bioclimatic variables. Seven modelling algorithms that involve a broad range of analytical approaches were used to predict species distribution within the framework of consensus method. The optimistic (RCP 2.6) and pessimistic (RCP 8.5) emission scenarios of CCSM4, MPI-ESM-LR and NorESM1-ME models for the years 2050 and 2070 were evaluated to investigate the trend in spatiotemporal variations of distribution under climate change. Destruction and reduction of vegetation distribution as a result of climate change in Iran intensify drought and desertification. Optical/thermal remote sensing-based dryness indices at different spatial and temporal resolution are one of the available methods for monitoring drought and soil moisture changes. In this context, the present study utilized the MODIS-based TVDI, iTVDI and VDI indices to scrutinize the effect of dryness on soil moisture in three vegetation communities: Artemisia . (sagebrush), Astragalus . (astragale) and grassland during a wet (2004) and dry year (2008). The MOD13A2, MOD11A2, and MOD09A1 products related to active growing period in wet and dry year were used to extract dryness and vegetation indices. The findings of this study showed that considering the evaluation criteria of statistical models, remote sensing with acceptable accuracy has the efficiency to produce bioclimatic variables and as a result improve species distribution prediction. The results of climate change impact prediction also showed that in CCSM4 and MPI-ESM-LR models, the maximum and minimum displacement of Ar. sieberi will be occur under RCP8.5 and RCP2.6 scenarios in 2050, respectively. Climate change only for the NorESM1-ME model under the RCP2.6 scenario in 2050 will have an increasing effect on suitable habitat for Ar. sieberi , but in other cases a decreasing effect will observed. The habitat of Ar. aucheri in the NorESM1-ME model under both scenarios at both time periods will shift less than the other two models. The maximum displacement of this species will occur under the MPI-ESM-LR model, which is approximately twice the displacement under the CCSM4 model. Evaluation of dryness indices using the downscaled PERSIANN-CCS and field-measured soil moisture indicated that iTVDI was strongly affected by recent precipitation events and could be an effective index for monitoring soil moisture status in semi-arid regions of Iran, but in insignificant relationship between the VDI and precipitation or soil moisture indicates an inconsistency of this index in detecting water stress. Among vegetation indices, NDVI showed stronger linear relationship with precipitation compared to EVI and NDII7, especially in grasslands. In general, the results indicated that a combined analysis of vegetation indices and effective dryness indices would be a useful approach to drought assessment and management over arid and semi-arid rangelands.
بدلیل پیچیدگی سیستم های طبیعی و نیز پدیده تغییر اقلیم، جهت درک تأثیر این پدیده بر آشیان بالقوه گونه ها از مدل های پراکنش گونه ای استفاده می شود. در عمده مطالعات برای این منظور متغیرهای بیواقلیمی پایگاه اقلیم جهانی حاصل از میانیابی داده های دما و بارش سال های 2000-1950 مورد استفاده قرار می گیرند. بدلیل کمبود ایستگاه های هواشناسی و عدم پراکنش مناسب آنها، همچنین نوسانات شدید بارندگی و درجه حرارت در مناطق خشک و نیمه خشک، متغیرهای اقلیمی تولید شده با روش های میانیابی نمی توانند نتایج قابل اعتمادی تولید کنند. عدم تقارن زمانی بین مطالعات کنونی و مجموعه داده های پایگاه اقلیم جهانی و عدم قطعیت روش های کریجینگ سبب پیش بینی های نادرستی از پراکنش گونه ای می شوند. سنجش از دور ماهواره ای به عنوان یک ابزار مؤثر، شکاف های اندازه گیری زمینی را کاهش داده و مشکلات موجود را تا حدودی برطرف می نماید. لذا در مطالعه حاضر، پتانسیل سنجش از دور در تولید متغیرهای بیواقلیمی، تعیین عوامل مؤثر بر پراکنش بالقوه، گرایش ترجیحی گونه های درمنه دشتی ( Artemisia sieberi Besser.) و درمنه کوهی ( Artemisia aucheri Boiss.) نسبت به عوامل محیطی، و نیز مدلسازی پراکنش این دو گونه شاخص مراتع ایران-تورانی در استان اصفهان در مقایسه با متغیرهای بیواقلیمی تولید شده به روش زمین آمار در بازه زمانی 2017-2001 بررسی شده است. در تولید متغیرهای بیواقلیمی مبتنی بر سنجش از دور، مدل رقومی ارتفاعی، تولیدات دمای سطح زمین (MOD11A1 و MOD11A2) و شاخص های گیاهی (MOD13A3) سنجنده مودیس و داده های ریزمقیاس شده و کالیبره شده بارش PERSIANN-CDR به کار رفتند. برای پیش بینی پراکنش گونه ها هفت الگوریتم مدلسازی که دامنه وسیعی از رویکردهای تحلیلی را نشان می دهند، در چارچوب روش اجماعی به کار رفتند. به منظور بررسی روند تغییرات زمانی- مکانی پراکنش تحت تغییر اقلیم، دو سناریوی انتشار گازهای گلخانه ای خوش بینانه (RCP2.6) و بدبینانه (RCP8.5) مدل های CCSM4، MPI-ESM-LR و NorESM1-ME مربوط به سال های 2050 و 2070 میلادی مورد ارزیابی قرار گرفتند. از آنجاییکه تغییر اقلیم سبب تخریب و کاهش پراکنش پوشش گیاهی می گردد و در نتیجه خشکسالی و بیابانزایی را تشدید می کند، از شاخص های خشکی مبتنی بر سنجش از دور نوری یا حرارتی در قدرت تفکیک های مختلف زمانی و مکانی جهت پایش خشکسالی و تغییرات رطوبت خاک استفاده می شود. در این پژوهش، از شاخص های خشکی TVDI، iTVDI و VDI برای بررسی تأثیر خشکی بر رطوبت خاک در سه جامعه درمنه زار، گون زار و علفزار طی سال مرطوب (2004) و سال خشک (2008) استفاده شد. برای این منظور تولیدات MOD13A2، MOD11A2 و MOD09A1 مربوط به دوره رشد فعال گیاه در سال های مرطوب و خشک جهت استخراج شاخص های خشکی و شاخص های گیاهی به کار رفتند. نتایج این پژوهش نشان داد که با توجه به مقادیر معیارهای صحت سنجی مربوط به مدل های آماری، سنجش از دور با دقت قابل قبولی، کارایی لازم را جهت تولید متغیرهای بیواقلیمی و در نتیجه بهبود پیش بینی پراکنش گونه ها داشته است. نتایج پیش بینی تأثیر تغییر اقلیم نیز مشخص نمود که در مدل های CCSM4 و MPI-ESM-LR بیشترین و کمترین میزان جابجایی درمنه دشتی به ترتیب تحت سناریوی انتشار RCP8.5 و سناریوی RCP2.6 در سال 2050 رخ خواهد داد. تغییر اقلیم تنها برای مدل اقلیمی NorESM1-ME تحت سناریوی RCP2.6 در سال 2050 اثر افزایشی بر رویشگاه های مناسب درمنه دشتی خواهد داشت، و در سایر موارد اثر کاهشی مشاهده خواهد شد. در مدل NorESM1-ME تحت هر دو سناریو در هر دو بازه زمانی رویشگاه درمنه کوهی به میزان کمتری نسبت به دو مدل دیگر جابجا خواهد شد. حداکثر جابجایی این گونه تحت مدل MPI-ESM-LR اتفاق خواهد افتاد که تقریباً دو برابر میزان جابجایی تحت مدل CCSM4 می باشد. ارزیابی شاخص های خشکی با تولیدات بارش ریزمقیاس شده PERSIANN-CCS و رطوبت خاک اندازه گیری شده در عرصه حاکی از این بود که iTVDI به شدت تحت تأثیر وقایع بارندگی اخیر قرار داشته و می تواند شاخص مؤثری برای پایش وضعیت رطوبت خاک در مناطق نیمه خشک ایران باشد، اما عدم وجود ارتباط معنی دار بین داده های VDI و بارندگی یا رطوبت خاک عدم تناسب این شاخص در تشخیص تنش آبی را نشان می دهد. از بین شاخص های گیاهی، شاخص NDVI در مقایسه با EVI و NDII7، مخصوصاً در علفزارها روابط خطی قوی تری با بارندگی نشان داد. در مجموع، نتایج مبیّن این بود که تجزیه و تحلیل تلفیقی شاخص های گیاهی و شاخص های خشکی مؤثر رویکرد مفیدی جهت ارزیابی و مدیریت خشکسالی در مراتع مناطق خشک و نیمه خشک خواهد بود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی