Effect of Climate Change on the Phenology and Yield of the White Seedless Grape (Case Study: Golmakan Agricultural Weather Station)
Subject Areas : ClimatologyAhmad Alizadeh 1 , Iman Babayan 2 , Hamid Noori 3 , Mohammad Ali Najatian 4
1 - Ph.D Student, Agricultural and Environmental Sciences, Grape Processing and Preservation Department, Research Institute for Grapes and Raisin (RIGR), Malayer University, Iran
2 - Assistant Professor, Ph.D. Climatology, Climate Change Research Group, Mashhad Climatology Research Institute, Iran Meteorological Organization, Iran
3 - Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University.Iran
4 - Associate Professor, Horticulture Crops Research Department, Qazvin Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Qazvin, Iran
Keywords: Phenology, Hadcm3, Grape, Golmakan,
Abstract :
This study aimed to evaluate the potential effects of climate change on the phenological statges and yield of grape. First, the daily values of temperature (minimum, maximum) and precipitation based on HADCM3 model in the past and future periods based on the scenarios of RCP8.5, RCP4.5 for the future period of (2020-2050) has been downscaled using change factor method. Then, phenological stages and yield were analyzed using MATLAB2019 software using the observation data and downscaled output of the model based on the dynamic neural network.. Climate model output shows increasing of temperatures and decreasing of rainfall in the future periods when comparing to the baseline.The maximum RCP4.5 and RCP8.5 temperatures were increased by 2.7 and 3.2 °C, respectively, and at least RCP4.5, RCP8.5 increased by 1.8 and 2.9 °C, respectively. Results also showed that mean annual precipitation over the Golmakan station will be decreased by 34 and 49 percent under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The phenological stages including bud flowering stage to fruit ripening under both scenarios will be completed at earlier time it is 15 days in RCP4.5 and 24 days in RCP8.5 in advance. Results showed that, grape yield under RCP4.5 and RCP8.5 will be decreased by 2.04 to 2.7 under RCP4.5 and 2.3 to 3 under RCP8.5 T/HK (as an average 0.54 to 0.86 T/HK). Results show that changing the date of growth period will change in all stages of phenology and reduce yield in the future.
احمدی، ح.(1396). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر روی درخت سیب در ایران، پایان‌نامه دکتری، دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، گروه آب و هواشناسی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار.
2- احمدی، ح. فلاح قالهری، غ. باعقیده، م.و امیری، م.ا.(1397) بررسی اثرات تغییر اقلیم بر الگوی انباشت گرمایی مناطق کشت درخت سیب در ایران، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 5(2):54-35.
3- اکبر زاده، م و میر حاجی، س.ت. (1381) بررسی فنولوژی چندگونه مهم مرتعی در منطقه پلور. مجله تحقیقات مراتع و بیابانی ایران، 9.
4- اشرف، ب. موسوی بایگی، م. غلامعلی کمالی، غ. ع؛ و داوری، ک. (1390). پیش‌بینی تغییرات فصلی پارامترهای اقلیمی در 20 سال آتی با استفاده از ریزمقیاس نمایی آماری داده‌های مدل HadCM3 (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). مجله آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)25 (4):940-952.
5 - امینی، ر.(1392). امکان‌سنجی اقلیمی کشت انگور در شمال شرق کشور، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، رشته اقلیم‌شناسی در برنامه‌ریزی محیطی، استاد راهنما کرمی، م. دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران.
6- بیات ورکشی، م. محمدی، ک؛ و نوری، ح. (1397). بررسی اثر الگوی بزرگ مقیاس گردش جوی- اقیانوسی بر عملکرد انگور. مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس ملی صنعت انگور و کشمش ایران،4 و 5 مهر 1397، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.
7- پایمرد، ص. بیناییان اول، م؛ و صادق آبادی، ر. (1395). بررسی تأثیر تغییرات آب و هوا بر مراحل فنولوژی و عملکرد گندم در شرایط آب و هوایی خراسان رضوی. مجموعه مقالات دومین کنگره ملی آبیاری و زهکشی ایران،13-14 مرداد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
8- تقی لو، حیدر و عدالت، علی (1387). باغبانی(مو کاری)، انتشارات آوای نور، تهران، ایران.
9- حیدری بنی، م. یزدان پناه، ح. محنت کش، ع. ا. ( 1397). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر عملکرد و مراحل فنولوژیکی کلزا (مطالعه موردی: استان چهارمحال و بختیاری). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی.50(2):373-389.
10- دهقانی، ط؛ و علیقلی، س. (1394). ارزیابی تغییرات اقلیمی بر روی گیاه انگور با استفاده از مدل لارس (نمونه موردی شهرستان اردبیل). همایش بین‌المللی پژوهش‌های کاربردی در کشاورزی، شرکت تعاونی علم گستران پیشتاز ایرانیان، ملارد، تهران، ایران.
11- رحیم زاده، ف (1390). روش‌های آماری در مطالعات هواشناسی و اقلیم‌شناسی. چاپ اول، انتشارات سید باقر حسینی، تهران، ایران.
12- رحیم‌پور، پ (1396). تأثیر تغییرات آب و هوا در مرحله گلدهی درختان سیب، انگور و هلو در مشکین شهر، پایان‌نامه کارشناسی ارشد. رشته جغرافیا گرایش آب و هواشناسی کاربردی، استاد راهنما سبحانی، ب. دانشکده ادبیات و علوم انسانی، گروه جغرافیا، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
13- شجاعی، ط. فلاح قالهری، غ. کاشکی، ع.(1399). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر زمان رخداد آستانه زیستی و مرحله گلدهی درخت انگور در ایران. پژوهش‌هایجغرافیای طبیعی،25(1):129-145.
14- فلاح قالهری، غ. احمدی، ح. ( 1396) بررسی روند تغییرات نیازهای سرمایی و طول مراحل فنولوژیک درخت سیب (مطالعه موردی: منطقه کرج). نشریه هواشناسی کشاورزی،5(1):57-70.
15- محمدی، ح. ر. رمرودی، م. بنایان، م. اصغری پور. م.ر. فنایی، ح. ر. (1397). اثر تغییر اقلیم بر طول دوره رشد و مراحل فنولوژیک رشد گندم در منطقه زابل. مجله اکو فیزیولوژی گیاهی.10(34).
16- مشکوه، ر. مهرجو، س و بخشنده، م.(1391). بررسی تأثیر تغییر اقلیم و ریز گردهای نمکی بر عملکرد باغات انگور در منطقه آذربایجان. مجموعه مقالات اولین کنفرانس ملی انگور و کشمش، 29 شهریور، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.
17- مهر آذر، آ. مساح بوانی، ع. ر. مشعل، م. رحیمی خوب، ح. (1397) بررسی اثرات تغییر اقلیم بر بخش کشاورزی دشت هشتگرد با تأکید بر عدم قطعیت مدل‌های AOGCM گزارش ارزیابی پنجم IPCC. علوم و مهندسی آبیاری.41 (3) صص 45-59.
18- Alikadic, A. Pertot, I. Eccel, E. Dolci, C. Zarbo, C. Caffarra, A. And Furlanello, C. (2019). The Impact Of Climate Change On Grapevine Phenology And The Influence Of Altitude: A Regional Study, Agricultural And Forest Meteorology, 271: 73-82.
19- Bannayan, M. And Hoogenboom, G. (2008). Weather Analogue: A Tool For Real-Time Prediction Of Daily Weather Data Realizations Based On A Modified K-Nearest Neighbor Approach. Environmental Modelling And Software, 23(6), 703-713.
20- Cornelius, C. Estrella, N. And Menzel, A. (2010).Continuous Monitoring Of Seasonal Phonological Development By BBCH Code, International Conference On Phnology: Plant Ecology And Diversity, 7th - 9th April 2010, Scottish Agriculatural College, Edinburgh.
21- Gordon, C. Cooper, C. Senior, C.A. Banks, H. Gregory, J.M. Johns, T.C. Mitchell, J.F.B. And Wood, R.A. (2000). The Simulation Of SST, Sea Ice Extents And Ocean Heat Transports In A Version Of The Hadley Centre Coupled Model Without Flux Adjustments. Clim, Dyn. 16, Pp.147–168.
22- Grab, S. And Craparo, A. (2011). Advance Of Apple And Pear Tree Full Bloom Dates In Response To Climate Change In The Southwestern Cape, South Africa: 1973–2009.Gricultural And Forest Meteorology, 151:406-413.
23- Hidalgo Galvez, M.D. García Mozo, H. Oteros, J. Mestre, A. Botey, R. And Galán, C. (2018).Phenological Behaviour Of Early Spring Flowering Trees In Spain In Response To Recent Climate Changes, Theoretical And Applied Climatology, 132(1-2): 263-273.
24- IPPC, (1999), General Guidelines On The Use Of Scenario Data For Climate Impact And Adaptation Assessment, Task Group On Data And Scenario Support For Impact And Climate Assessment (TGICA).
25- IPCC, (2007),Climate Change 2007: Impacts Adaptation And Vulnerability, Contribution Of Working Group II To The Fourth Assessment Report Of The Intergovernmental Panel On Climate Change.Edited By M.Parry Et Al.Cambridge University Press,UK.
26- Jones, J.W.Hoogenboom, G. Porter, C.H.Boote, K.J. Batchelor, W.D. Hunt, L.A. Wilkens, P.W. Singh, U. Gijsman, A. J. And Ritchie, J.T. (2003). The DSSAT Cropping System Model. European Journal OfAgronomy, 18(3), 235-265.
27- Lorenzo, M.N. Taboada, J.J. Lorenzo, J. Fand Ramos, A. M. (2012). Influence Of Climate On Grape Production And Wine Quality In The Rı´As Baixas, Northwestern Spain. Springer-Verlag Berlin Heidelberg December 2012.
28- Mosedale, JR. Wilson, RJ. And Maclean, IMD. (2015). Climate Change And Crop Exposure To AdverseWeather: Changes To Frost Risk And Grapevine Flowering Conditions, PlosONE 10(10). E0141218. Doi:10.1371/Journal.Pone.0141218.
29- Parry, M. Rosenzweig, C. Inglesias, A. Livermore, M. Gischer, G. (2004). Effects Of Climate ChangeOn Global Food Production Under SRES Emissions And Socio-Economic Scenarios. Global AndEnvironmental Change, 14(1), 53-67.
30- Ramirez, F. And Kallarackal, J. (2015). Responces Of Fruit Trees To The Global Climate Change, Springer Cham Heidelberg New York, Dordrecht London. ISBN. 978-3-319-14199-2.
31- Ramos, M.C. (2017). Projection Of Phenology Response To Climate Change In Rainfed Vineyards In Northeast Spain, Agricultural And Forest Meteorology, 247: 104-115.
32- Roberts, E.H. & Summerfield, R.J. (2007). Measurement And Prediction Of Flowering In Annual Crops. In: Atherton, J.G. (Ed.), Manipulation Of Flowering. Butterworth, London, England, Pp.17–50.
33- Ruiter, A. (2012).Delta Change Approach For CMIP5 Gems. (Trainee Report) Royal Netherlands Meteorological Institute, 336.
34- Sackin, D & Thyllen, S. F (2009). MIT Lincoln Lab. Neural Networks, Robot, New York.
35- Stat Soft, D. R (2006). Neural Network Towards Business Forecasting, Journal Of Engineering, 2 (4): 24-30.
36- Sharma, J. Upadhyay, A. K. Sawant, S. Sharma, A.K. Jogaiah, S. Yadav, S.Y.And Ramteke, S.D. (2013). Effect Of Climate Change On Grape And Its Value-Added Products, (Pp.67-80) Singh, H. P. Sri Nivasrao, N. K. Shiva, K. S. 33- Shankar, K.S. Climate-Resilient Horticulture: Adaptation And Mitigation Strategies. Publisher: Springer India.
37- Wilby, R.L. And Harris, I. (2006). A Frame Woke For Assessing Uncertainties In Climate Change Impact: Low -Flow Scenarios For The River Thames, UK. Water Resources Research. First Published Feb 28, 2006, From
Https://Agupubs.Onlinelibrary.Wiley.Com/Doi/Epdf/10.1029/2005WR004065.
38- Wang, B. Liu, D.L. Asseng, S. Macadam, I. And Yu, Q. (2015). Impact Of Climate Change On Wheat Floering Time In Sastern Australia. Agriculture And Forest Meteorology, 210: 11-21.
39- Wang, H. Ge. Q. Dai, J. And Tao, Z. (2015). Geographical Pattern In First Bloom Variability And Its Relation To Temperature Sensitivity In The USA And China. Int J Biometeorology, 59: 961-969.
_||_احمدی، ح.(1396). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر روی درخت سیب در ایران، پایان‌نامه دکتری، دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، گروه آب و هواشناسی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار.
2- احمدی، ح. فلاح قالهری، غ. باعقیده، م.و امیری، م.ا.(1397) بررسی اثرات تغییر اقلیم بر الگوی انباشت گرمایی مناطق کشت درخت سیب در ایران، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 5(2):54-35.
3- اکبر زاده، م و میر حاجی، س.ت. (1381) بررسی فنولوژی چندگونه مهم مرتعی در منطقه پلور. مجله تحقیقات مراتع و بیابانی ایران، 9.
4- اشرف، ب. موسوی بایگی، م. غلامعلی کمالی، غ. ع؛ و داوری، ک. (1390). پیش‌بینی تغییرات فصلی پارامترهای اقلیمی در 20 سال آتی با استفاده از ریزمقیاس نمایی آماری داده‌های مدل HadCM3 (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). مجله آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)25 (4):940-952.
5 - امینی، ر.(1392). امکان‌سنجی اقلیمی کشت انگور در شمال شرق کشور، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، رشته اقلیم‌شناسی در برنامه‌ریزی محیطی، استاد راهنما کرمی، م. دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران.
6- بیات ورکشی، م. محمدی، ک؛ و نوری، ح. (1397). بررسی اثر الگوی بزرگ مقیاس گردش جوی- اقیانوسی بر عملکرد انگور. مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس ملی صنعت انگور و کشمش ایران،4 و 5 مهر 1397، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.
7- پایمرد، ص. بیناییان اول، م؛ و صادق آبادی، ر. (1395). بررسی تأثیر تغییرات آب و هوا بر مراحل فنولوژی و عملکرد گندم در شرایط آب و هوایی خراسان رضوی. مجموعه مقالات دومین کنگره ملی آبیاری و زهکشی ایران،13-14 مرداد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
8- تقی لو، حیدر و عدالت، علی (1387). باغبانی(مو کاری)، انتشارات آوای نور، تهران، ایران.
9- حیدری بنی، م. یزدان پناه، ح. محنت کش، ع. ا. ( 1397). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر عملکرد و مراحل فنولوژیکی کلزا (مطالعه موردی: استان چهارمحال و بختیاری). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی.50(2):373-389.
10- دهقانی، ط؛ و علیقلی، س. (1394). ارزیابی تغییرات اقلیمی بر روی گیاه انگور با استفاده از مدل لارس (نمونه موردی شهرستان اردبیل). همایش بین‌المللی پژوهش‌های کاربردی در کشاورزی، شرکت تعاونی علم گستران پیشتاز ایرانیان، ملارد، تهران، ایران.
11- رحیم زاده، ف (1390). روش‌های آماری در مطالعات هواشناسی و اقلیم‌شناسی. چاپ اول، انتشارات سید باقر حسینی، تهران، ایران.
12- رحیم‌پور، پ (1396). تأثیر تغییرات آب و هوا در مرحله گلدهی درختان سیب، انگور و هلو در مشکین شهر، پایان‌نامه کارشناسی ارشد. رشته جغرافیا گرایش آب و هواشناسی کاربردی، استاد راهنما سبحانی، ب. دانشکده ادبیات و علوم انسانی، گروه جغرافیا، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
13- شجاعی، ط. فلاح قالهری، غ. کاشکی، ع.(1399). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر زمان رخداد آستانه زیستی و مرحله گلدهی درخت انگور در ایران. پژوهش‌هایجغرافیای طبیعی،25(1):129-145.
14- فلاح قالهری، غ. احمدی، ح. ( 1396) بررسی روند تغییرات نیازهای سرمایی و طول مراحل فنولوژیک درخت سیب (مطالعه موردی: منطقه کرج). نشریه هواشناسی کشاورزی،5(1):57-70.
15- محمدی، ح. ر. رمرودی، م. بنایان، م. اصغری پور. م.ر. فنایی، ح. ر. (1397). اثر تغییر اقلیم بر طول دوره رشد و مراحل فنولوژیک رشد گندم در منطقه زابل. مجله اکو فیزیولوژی گیاهی.10(34).
16- مشکوه، ر. مهرجو، س و بخشنده، م.(1391). بررسی تأثیر تغییر اقلیم و ریز گردهای نمکی بر عملکرد باغات انگور در منطقه آذربایجان. مجموعه مقالات اولین کنفرانس ملی انگور و کشمش، 29 شهریور، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.
17- مهر آذر، آ. مساح بوانی، ع. ر. مشعل، م. رحیمی خوب، ح. (1397) بررسی اثرات تغییر اقلیم بر بخش کشاورزی دشت هشتگرد با تأکید بر عدم قطعیت مدل‌های AOGCM گزارش ارزیابی پنجم IPCC. علوم و مهندسی آبیاری.41 (3) صص 45-59.
18- Alikadic, A. Pertot, I. Eccel, E. Dolci, C. Zarbo, C. Caffarra, A. And Furlanello, C. (2019). The Impact Of Climate Change On Grapevine Phenology And The Influence Of Altitude: A Regional Study, Agricultural And Forest Meteorology, 271: 73-82.
19- Bannayan, M. And Hoogenboom, G. (2008). Weather Analogue: A Tool For Real-Time Prediction Of Daily Weather Data Realizations Based On A Modified K-Nearest Neighbor Approach. Environmental Modelling And Software, 23(6), 703-713.
20- Cornelius, C. Estrella, N. And Menzel, A. (2010).Continuous Monitoring Of Seasonal Phonological Development By BBCH Code, International Conference On Phnology: Plant Ecology And Diversity, 7th - 9th April 2010, Scottish Agriculatural College, Edinburgh.
21- Gordon, C. Cooper, C. Senior, C.A. Banks, H. Gregory, J.M. Johns, T.C. Mitchell, J.F.B. And Wood, R.A. (2000). The Simulation Of SST, Sea Ice Extents And Ocean Heat Transports In A Version Of The Hadley Centre Coupled Model Without Flux Adjustments. Clim, Dyn. 16, Pp.147–168.
22- Grab, S. And Craparo, A. (2011). Advance Of Apple And Pear Tree Full Bloom Dates In Response To Climate Change In The Southwestern Cape, South Africa: 1973–2009.Gricultural And Forest Meteorology, 151:406-413.
23- Hidalgo Galvez, M.D. García Mozo, H. Oteros, J. Mestre, A. Botey, R. And Galán, C. (2018).Phenological Behaviour Of Early Spring Flowering Trees In Spain In Response To Recent Climate Changes, Theoretical And Applied Climatology, 132(1-2): 263-273.
24- IPPC, (1999), General Guidelines On The Use Of Scenario Data For Climate Impact And Adaptation Assessment, Task Group On Data And Scenario Support For Impact And Climate Assessment (TGICA).
25- IPCC, (2007),Climate Change 2007: Impacts Adaptation And Vulnerability, Contribution Of Working Group II To The Fourth Assessment Report Of The Intergovernmental Panel On Climate Change.Edited By M.Parry Et Al.Cambridge University Press,UK.
26- Jones, J.W.Hoogenboom, G. Porter, C.H.Boote, K.J. Batchelor, W.D. Hunt, L.A. Wilkens, P.W. Singh, U. Gijsman, A. J. And Ritchie, J.T. (2003). The DSSAT Cropping System Model. European Journal OfAgronomy, 18(3), 235-265.
27- Lorenzo, M.N. Taboada, J.J. Lorenzo, J. Fand Ramos, A. M. (2012). Influence Of Climate On Grape Production And Wine Quality In The Rı´As Baixas, Northwestern Spain. Springer-Verlag Berlin Heidelberg December 2012.
28- Mosedale, JR. Wilson, RJ. And Maclean, IMD. (2015). Climate Change And Crop Exposure To AdverseWeather: Changes To Frost Risk And Grapevine Flowering Conditions, PlosONE 10(10). E0141218. Doi:10.1371/Journal.Pone.0141218.
29- Parry, M. Rosenzweig, C. Inglesias, A. Livermore, M. Gischer, G. (2004). Effects Of Climate ChangeOn Global Food Production Under SRES Emissions And Socio-Economic Scenarios. Global AndEnvironmental Change, 14(1), 53-67.
30- Ramirez, F. And Kallarackal, J. (2015). Responces Of Fruit Trees To The Global Climate Change, Springer Cham Heidelberg New York, Dordrecht London. ISBN. 978-3-319-14199-2.
31- Ramos, M.C. (2017). Projection Of Phenology Response To Climate Change In Rainfed Vineyards In Northeast Spain, Agricultural And Forest Meteorology, 247: 104-115.
32- Roberts, E.H. & Summerfield, R.J. (2007). Measurement And Prediction Of Flowering In Annual Crops. In: Atherton, J.G. (Ed.), Manipulation Of Flowering. Butterworth, London, England, Pp.17–50.
33- Ruiter, A. (2012).Delta Change Approach For CMIP5 Gems. (Trainee Report) Royal Netherlands Meteorological Institute, 336.
34- Sackin, D & Thyllen, S. F (2009). MIT Lincoln Lab. Neural Networks, Robot, New York.
35- Stat Soft, D. R (2006). Neural Network Towards Business Forecasting, Journal Of Engineering, 2 (4): 24-30.
36- Sharma, J. Upadhyay, A. K. Sawant, S. Sharma, A.K. Jogaiah, S. Yadav, S.Y.And Ramteke, S.D. (2013). Effect Of Climate Change On Grape And Its Value-Added Products, (Pp.67-80) Singh, H. P. Sri Nivasrao, N. K. Shiva, K. S. 33- Shankar, K.S. Climate-Resilient Horticulture: Adaptation And Mitigation Strategies. Publisher: Springer India.
37- Wilby, R.L. And Harris, I. (2006). A Frame Woke For Assessing Uncertainties In Climate Change Impact: Low -Flow Scenarios For The River Thames, UK. Water Resources Research. First Published Feb 28, 2006, From
Https://Agupubs.Onlinelibrary.Wiley.Com/Doi/Epdf/10.1029/2005WR004065.
38- Wang, B. Liu, D.L. Asseng, S. Macadam, I. And Yu, Q. (2015). Impact Of Climate Change On Wheat Floering Time In Sastern Australia. Agriculture And Forest Meteorology, 210: 11-21.
39- Wang, H. Ge. Q. Dai, J. And Tao, Z. (2015). Geographical Pattern In First Bloom Variability And Its Relation To Temperature Sensitivity In The USA And China. Int J Biometeorology, 59: 961-969.
