تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تأثیرات تغییر اقلیم بر هیدرولوژی تالاب‌ها: یک مطالعه موردی با پیامدهای جهانی

نویسندگان
بهزاد رایگانی 1
سوسن براتی 2
منا ایزدیان 3
1 گروه پژوهشی ارزیابی و مخارات محیط‌زیست، پژوهشکده محیط زیست و توسعه پایدار، سازمان حفاظت محیط زیست، تهران، ایران
2 پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران
3 گروه پژوهشی تنوع‌زیستی و ایمنی‌زیستی، پژوهشکده محیط زیست و توسعه پایدار، سازمان حفاظت محیط زیست، تهران، ایران
10.66224/jsaeh.12.3.4
چکیده
تغییر اقلیم به‌عنوان یکی از مهم‌ترین چالش‌های محیط‌زیستی قرن حاضر، تأثیرات عمیقی بر اکوسیستم‌های آبی ازجمله تالاب‌ها دارد. هدف این پژوهش، بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر سه تالاب پیراحمدکندی، ناور و زاویه سفلی در شهرستان چالدران (آذربایجان غربی) طی دوره ۱۹۸۴ تا ۲۰۲۳ است. به این منظور، داده‌های اقلیمی پایگاه TerraClimate و خروجی مدل‌های CMIP6 تحت چهار سناریوی انتشار گردآوری شد. جهت ارزیابی تغییرات سطح آب، تصاویر ماهواره‌ایLandsat، Sentinel-2 و داده‌های JRC/GSW پردازش گردید. مساحت سالانه تالاب‌ها استخراج و با پارامترهای اقلیمی (دما، بارش، تبخیر و تعرق واقعی و آب معادل برف) از طریق تحلیل سری‌های زمانی، همبستگی پیرسون و رگرسیون چندمتغیره مقایسه شد. همچنین، با استفاده از روش عامل تغییر در ریزمقیاس‌نمایی داده‌های اقلیمی، تغییرات احتمالی تا ۲۰ سال آینده پیش‌بینی گردید.

نتایج حاکی از آن است که افزایش دما و تبخیر و تعرق، مهم‌ترین عوامل کاهش سطح تالاب‌ها بوده‌اند. تالاب پیراحمدکندی بیش از ۲۷٪ و ناور حدود ۲۰٪ از مساحت خود را از دست داده‌اند، در حالی که در زاویه سفلی به دلیل دخالت‌های انسانی و ورود پساب کشاورزی، الگوی کاهش فصلی و نامنظمی مشاهده می‌شود. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد روند افت سطح، به‌ویژه در دو تالاب اول ادامه خواهد یافت و ممکن است پیامدهایی همچون تشدید خشکسالی، کاهش تنوع زیستی و افت کیفیت آب را به دنبال داشته باشد. نتایج پژوهش بر ضرورت تدوین سیاست‌های پایدار مدیریت منابع آب، کنترل تبخیر و تعرق و در نظر گرفتن اثرات انسانی در برنامه‌های حفاظتی تأکید دارد. بهره‌گیری از مدل‌های هیدرولوژیکی پیشرفته و ترکیب داده‌های سنجش از دور با روش‌های یادگیری ماشین نیز می‌تواند به ارائه راهکارهای مؤثرتر در حفاظت از تالاب‌ها کمک کند.
کلیدواژه‌ها
تغییر اقلیم
تالاب
سنجش از دور
تبخیر و تعرق
مدیریت منابع آب

عنوان مقاله English

Impacts of Climate Change on Wetland Hydrology: A Case Study with Global Implications

نویسندگان English

Behzad Rayegani 1
Susan Barati 2
Mona Izadian 3
1 Research Group of Environmental Assessment and Risk, Research Center for Environment and Sustainable Development (RCESD), Department of Environment, Tehran, Iran
2 Soil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran
3 Research Group of Biodiversity and Biosafety, Research Center for Environment and Sustainable Development (RCESD), Department of Environment, Tehran, Iran
چکیده English

Climate change stands out as one of the most pressing environmental challenges of the modern era, exerting profound impacts on aquatic ecosystems—particularly wetlands. This study investigates the influence of climate change on three wetlands in Chaldoran County, West Azerbaijan Province—Pir-Ahmadkandi, Naver, and Zavieh-ye Sofla—spanning the period from 1984 to 2023. To achieve this, climate data were obtained from the TerraClimate database and CMIP6 model outputs under four emission scenarios. Landsat and Sentinel-2 satellite imagery, along with JRC/GSW data, were processed to evaluate changes in wetland surface areas. Annual wetland extents were extracted and compared against climatic parameters (temperature, precipitation, actual evapotranspiration, and snow water equivalent) using time-series analysis, Pearson correlation, and multivariate regression. Additionally, the Delta Method was employed for downscaled climate data to project possible trends over the next 20 years.

The results indicate that rising temperatures and evapotranspiration constitute the primary drivers of wetland shrinkage. Pir-Ahmadkandi and Naver have lost over 27% and around 20% of their surface area, respectively, whereas Zavieh-ye Sofla exhibits an irregular, seasonal reduction due to human interventions and agricultural runoff. Projections suggest that wetland surfaces—especially in Pir-Ahmadkandi and Naver—will continue to decline, potentially exacerbating drought conditions, diminishing biodiversity, and reducing water quality. These findings underscore the necessity of implementing sustainable water resource policies, controlling evaporation, and incorporating human impact assessments into conservation measures. Moreover, harnessing advanced hydrological modeling techniques and integrating remote sensing data with machine learning approaches may offer more effective strategies for safeguarding these vital wetland ecosystems.

کلیدواژه‌ها English

Climate Change
Wetlands
Remote Sensing
evapotranspiration
Water resource management
Abatzoglou, J. T., Dobrowski, S. Z., Parks, S. A., & Hegewisch, K. C. (2018). TerraClimate, a high-resolution global dataset of monthly climate and climatic water balance from 1958–2015. Scientific data, 5(1), 1-12.
Aswad, F., Yousif, A., & Ibrahim, S. (2020). Trend Analysis Using Mann-Kendall and Sen’s Slope Estimator Test for Annual and Monthly Rainfall for Sinjar District, Iraq.
Boudreau, K., Robinson, M., & Farooqi, Z. (2022). IPCC Sixth Assessment Report. Canadian Journal of Emergency Management. https://doi.org/10.25071/6sw6za31
Calvin, K., Dasgupta, D., Krinner, G., Mukherji, A., Thorne, P., Trisos, C., Romero, J., Aldunce, P., Barrett, K., Blanco, G., Cheung, W., Connors, S., Denton, F., Diongue‐Niang, A., Dodman, D., Garschagen, M., Geden, O., Hayward, B., Jones, C.,…Ha, M. (2023). IPCC, 2023: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland. https://doi.org/10.59327/ipcc/ar6-9789291691647
Cartwright, J. M., & Wolfe, W. J. (2021). Increasing Hydroperiod in a Karst-depression Wetland Based on 165 Years of Simulated Daily Water Levels. Wetlands, 41(6), 75. https://doi.org/10.1007/s13157-021-01474-x
Cui, Q., Ammar, M. E., Iravani, M., Kariyeva, J., & Faramarzi, M. (2021). Regional wetland water storage changes: The influence of future climate on geographically isolated wetlands. Ecological Indicators, 120, 106941. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106941
Feng, M., Sexton, J. O., Channan, S., & Townshend, J. R. (2016). A global, high-resolution (30-m) inland water body dataset for 2000: first results of a topographic–spectral classification algorithm. International Journal of Digital Earth, 9(2), 113-133. https://doi.org/10.1080/17538947.2015.1026420
Fickas, K. C. (2014). Landsat-based monitoring of annual wetland change in the main-stem Willamette River floodplain of Oregon, USA from 1972 to 2012 [Masters Thesis, Oregon State University]. ScholarsArchive@OSU. Willamette Explorer
Gedney, N., Rudorff, C., & Betts, R. A. (2024). Future amazon basin wetland hydrology under projected climate change. PLOS Water, 3(9), e0000225.
Gentilucci, M., Bufalini, M., Materazzi, M., Barbieri, M., Aringoli, D., Farabollini, P., & Pambianchi, G. (2021). Calculation of Potential Evapotranspiration and Calibration of the Hargreaves Equation Using Geostatistical Methods over the Last 10 Years in Central Italy. Geosciences, 11(8), 348. https://www.mdpi.com/2076-3263/11/8/348
H. Hargreaves, G., & A. Samani, Z. (1985). Reference Crop Evapotranspiration from Temperature. Applied Engineering in Agriculture, 1(2), 96-99. https://doi.org/https://doi.org/10.13031/2013.26773
Hardouin, L., Decharme, B., Colin, J., & Delire, C. (2024). Climate‐Driven Projections of Future Global Wetlands Extent. Earth's Future. https://doi.org/10.1029/2024ef004553
Ivajnsic, D., & Kaligarič, M. (2014). How to Preserve Coastal Wetlands, Threatened by Climate Change-Driven Rises in Sea Level. Environmental management, 54. https://doi.org/10.1007/s00267-014-0244-8
Kikstra, J., Nicholls, Z., Smith, C., Lewis, J., Lamboll, R., Byers, E., Sandstad, M., Meinshausen, M., Gidden, M., Rogelj, J., Kriegler, E., Peters, G., Fuglestvedt, J., Skeie, R., Samset, B., Wienpahl, L., Van Vuuren, D., Van Der Wijst, K.-I., Khourdajie, A. A.,…Riahi, K. (2022). The IPCC Sixth Assessment Report WGIII climate assessment of mitigation pathways: from emissions to global temperatures. Geoscientific Model Development. https://doi.org/10.5194/gmd-15-9075-2022
Lasko, K., Maloney, M. C., Becker, S. J., Griffin, A. W. H., Lyon, S. L., & Griffin, S. P. (2021). Automated Training Data Generation from Spectral Indexes for Mapping Surface Water Extent with Sentinel-2 Satellite Imagery at 10 m and 20 m Resolutions. Remote Sensing, 13(22), 4531. https://www.mdpi.com/2072-4292/13/22/4531
Lotfi, M., Kamali, G. A., Meshkatee, A. H., & Varshavian, V. (2020). Study on the impact of climate change on evapotranspiration in west of Iran. Arabian Journal of Geosciences, 13(15), 722. https://doi.org/10.1007/s12517-020-05715-x
Naderi, M., & Saatsaz, M. (2020). Impact of climate change on the hydrology and water salinity in the Anzali Wetland, northern Iran. Hydrological Sciences Journal, 65(4), 552-570. https://doi.org/10.1080/02626667.2019.1704761
Pekel, J.-F., Cottam, A., Gorelick, N., & Belward, A. S. (2016). High-resolution mapping of global surface water and its long-term changes. Nature, 540(7633), 418-422. https://doi.org/10.1038/nature20584
Salimi, S., Almuktar, S. A. A. A. N., & Scholz, M. (2021). Impact of climate change on wetland ecosystems: A critical review of experimental wetlands. Journal of Environmental Management, 286, 112160. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112160
Sam, M., Nwaogazie, I., & Ikebude, C. (2022). Climate Change and Trend Analysis of 24-Hourly Annual Maximum Series Using Mann-Kendall and Sen Slope Methods for Rainfall IDF Modeling. International Journal of Environment and Climate Change, 44-60. https://doi.org/10.9734/ijecc/2022/v12i230628
Shen, L., & Li, C. (2010, 18-20 June 2010). Water body extraction from Landsat ETM+ imagery using adaboost algorithm. 2010 18th International Conference on Geoinformatics,
Vepraskas, M. J., Skaggs, R. W., & Caldwell, P. V. (2020). Method to Assess Climate Change Impacts on Hydrologic Boundaries of Individual Wetlands. Wetlands, 40(2), 365-376. https://doi.org/10.1007/s13157-019-01183-6
Zhu, J., Sun, G., Li, W., Zhang, Y., Miao, G., Noormets, A., McNulty, S. G., King, J. S., Kumar, M., & Wang, X. (2017). Modeling the potential impacts of climate change on the water table level of selected forested wetlands in the southeastern United States. Hydrol. Earth Syst. Sci., 21(12), 6289-6305. https://doi.org/10.5194/hess-21-6289-2017
Zou, J., Ziegler, A. D., Chen, D., McNicol, G., Ciais, P., Jiang, X., Zheng, C., Wu, J., Wu, J., Lin, Z., He, X., Brown, L. E., Holden, J., Zhang, Z., Ramchunder, S. J., Chen, A., & Zeng, Z. (2022). Rewetting global wetlands effectively reduces major greenhouse gas emissions. Nature Geoscience, 15(8), 627-632. https://doi.org/10.1038/s41561-022-00989-0