Impact of drought in the mediterranean pasturelands under the effect of climate change

Abstract

Μεταπτυχιακή διατριβή για την εκπλήρωση των υποχρεώσεων του μεταπτυχιακού διπλώματος ειδίκευσης της σχολής μηχανικών περιβάλλοντοςΠερίληψη: Η μελέτη των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στις άνυδρες περιοχές όπως η Μεσόγειος αποτελεί σημαντικό αντικείμενο έρευνας τα τελευταία χρόνια καθώς είναι εξαιρετικά απρόβλεπτες και επηρεάζονται από ακραία καιρικά φαινόμενα όπως η ξηρασία. Η αύξηση της μέσης θερμοκρασίας και η μεταβλητότητα των βροχοπτώσεων αναμένεται να επηρεάσει την διακύμανση της ξηρασίας και κατά συνέπεια την παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων. Η πρόβλεψη της απόκρισης της βλάστησης στις ξηρασίες μπορεί να βοηθήσει στη δημιουργία στρατηγικών και λήψη αποφάσεων για όλους τους εμπλεκόμενους φορείς. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιούνται εννέα διαφορετικά κλιματικά μοντέλα πρόβλεψης κάτω από δύο σενάρια συγκεντρώσεων αερίων του θερμοκηπίου. Λόγω των συστηματικών σφαλμάτων που παρουσιάζουν τα κλιματικά μοντέλα, ακολουθεί διόρθωση του σφάλματος μεροληψίας για περιορισμό των υπαρχόντων αβεβαιοτήτων. Με βάση τα παραπάνω γίνεται (α) πρόβλεψη της διακύμανσης της ξηρασίας με τους δείκτες ξηρασίας SPI, που λαμβάνει υπόψη μόνο την βροχόπτωση, και RDI, που συνυπολογίζει και την αλλαγή της θερμοκρασίας, και (β) πρόβλεψη των φαινομένων ξηρότητας με χρήση του δείκτη ξηρότητας της UNEP. Η σχετική αλλαγή της απόκρισης της βλάστησης των βοσκοτόπων στην αλλαγή του κλίματος υπολογίζεται με την συνάρτηση καλλιέργειας–ύδατος παραγωγής όπου προτείνεται από το FAO. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων γίνεται για 2 μελλοντικές περιόδους μελέτης στην ευρωπαϊκή περιοχή της Μεσογείου καθώς και 4 περιοχές ενδιαφέροντος του ευρωπαϊκού προγράμματος CASCADE που υπόκεινται σε διαφορετικούς βαθμούς κτηνοτροφικής εκμετάλλευσης. Έπειτα από την χωρική ανάλυση παρατηρήθηκε ότι στο μέλλον, τα φαινόμενα ξηρασίας σταδιακά αυξάνονται τόσο σε ένταση και δριμύτητα αλλά και σε χωρική έκταση με τις περισσότερες περιοχές της Μεσογείου να μεταβαίνον τουλάχιστον σε μία πιο ξηρή κλάση κατηγοριοποίησης. Αυτό έχει ως αντίκτυπο τη μείωση της σχετικής απόδοσης της βλάστησης των βοσκοτόπων μέχρι και 100%, σε μεμονωμένες βέβαια περιοχές, καθιστώντας τους εντελώς μη παραγωγικούς. Αντίθετα, παρατηρείται αύξηση της απόδοσης σε περιοχές όπου υπάρχουν ορεινοί όγκοι και σήμερα χαρακτηρίζονται πιο υγρές. Τα μοντέλα παρουσιάζουν παρόμοια αποτελέσματα μέχρι το 2050, με την αβεβαιότητα να αυξάνεται ως το 2100, και με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους. Η χρονική ανάλυση στις περιοχές ενδιαφέροντος καταδεικνύει τάση για αύξηση της θερμοκρασίας, της εξατμισοδιαπνοής, της ξηρότητας και έντασης των φαινομένων ξηρασίας, ενώ αντίθετα μείωση των κατακρημνίσεων.Summarization: The study of climate change effects on drylands, like the Mediterranean, constitutes an important research field the last decades, due to their remarkably unpredictable character and their influence from extreme events such as drought. The increase of mean temperature, as well as the precipitation variability is predicted to affect the fluctuation of drought and consequently the productivity of ecosystems. The projection of yield response to droughts may be especially useful, by providing sustainable solutions through the creation of strategies and decisions making for the stakeholders. In this work, climate model data is obtained from 9 GCMs under two greenhouse gas concentration trajectories, RCP2.6 and RCP8.5 of the 5th phase of the Coupled Model Intercomparison Project, and corrected for biases. The derived dataset is used for the projection of the fluctuation of drought, using two drought indices, SPI and RDI. The former only takes into account precipitation while the latter takes also considers the change in temperature. For the prediction of aridity, the UNEP aridity index (〖AI〗_U) from Precipitation (P) and Potential Evapotranspiration (PET), is used. The relative yield response of the pasturelands to climate change is estimated by the crop-water production function proposed by FAO. Results are analyzed for two future study periods, within a domain that includes the entire European Mediterranean and four CASCADE FP7 Project Study Sites. A gradual increase in the intensity and severity of the drought events, as well as in their spatial extend is observed, with the majority of the Mediterranean areas to drop at least one class in the aridity gradient. This reflects on the grazing lands yield, as a reduction in the relative yield response up to 100% in individual regions, which may render them totally unproductive for the current species. On the other hand, an increase of yield is observed in mountainous areas which are currently characterized wet. The models projections show similar results up to 2050. However, uncertainty increases from then until 2100 and with the increase of latitude. The temporal analysis in the four study areas indicates an increasing trend in temperature, evapotranspiration, aridity and intensity of drought events, while precipitation shows a decreasing trend