Variability of agricultural crops (wheat and barley) in past and future climatic conditions (Case study: Izeh city)
Subject Areas :
Climatology
Qasim Keikhosravi Qasim Keikhosravi
1
,
Nemat Allah Hosseini nia Nemat Allah Hosseini nia
2
1 - گروه جغرافیای دانشگاه شهید بهشتی
Address: Department of Geography, Shahid Beheshti University
تلفن محل کار : 29905625 29905625
شماره
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد Masters student
رشته: آب و هوا شناسی کاربردی Applied Climatology
دانشگاه:
Received: 2020-04-02
Accepted : 2020-08-22
Published : 2020-06-21
Keywords:
Water resources,
Climate Change,
Agricultural Products,
NDVI index,
Mann Kendall Test,
Abstract :
One of the most important concerns in the world today is the debate over climate change and its consequences. In this study, in order to investigate the level of wheat and barley cultivation in past and future climatic conditions, first rainfall, average temperature, minimum and maximum temperature data in the statistical period (1998-2018) were received from the Meteorological Organization. The Kendall Mann test was used to study the trend of changes in meteorological elements. After that, the cultivation calendar was extracted from Landsat 8 images using the NDVI index and then using Tm, Etm, Oli, and Sentinel-1 sensor images in the Google Earth engine system by calculating the index. Monthly NDVI and SVM classification process Estimated crop area in different years was estimated. Finally, the SDSM model was used to simulate and predict meteorological elements by 2040.Conclusion: According to the wheat and barley cultivation calendar, the cultivation of these crops in Izeh city starts in January and reaches its peak of greenery and growth in April, and finally from June the crop is harvested from agricultural lands. In Izeh city, there is an almost direct relationship between rainfall and cultivation area. With increasing rainfall, the area under cultivation increases. With increasing temperatures, the amount of cultivation area decreases to some extent. In the future climate conditions, all three scenarios predict an increase in the minimum and maximum temperature by 2040 by 0.7 degrees Celsius. In the rainy conditions of the past climate, in two decades, the area of cultivation will decrease by about 7.4square kilometers, and in the conditions of the future climate, it will decrease by about 11.4 to 15 square رkilometers.That is the cultivated area decreased by 8 square kilometers per decade
References:
آبکار، علی جان. حبیب‌نژاد روشن، محمود. سلیمانی، کریم. نقوی،هرمز. (1393): بررسی میزان کارایی مدل SDSM در شبیه‌سازی شاخص‌های دمایی در مناطق خشک و نیمه‌خشک. نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، 4(2) , 1-17.
احمدی، محمود. لشکری، حسن. کیخسروی، قاسم. آزادی، مجید. (1394):واکاوی عناصر هواشناسی ایستگاه‌های شمال شرق کشور، به عنوان نمایه‌ای از تغییر اقلیم، فصلنامه علوم محیطی، دوره 13، شماره 1، صص 14-1.
سبحانی، بهروز. اصلاحی، مهدی. باباییان، ایمان. (1394):کارایی الگوهای ریزمقیاس نمایی آماری SDSM و LARS-WG در شبیه‌سازی متغیرهای هواشناسی در حوضۀ آبریز دریاچۀ ارومیه. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 47(4) , 499-516.
صمدی نقاب، سینا. حبیبی نوخندان، مجید.زابل عباسی، فاطمه. (1390):به‌کارگیریمدل SDSM جهت ریزمقیاس نمائی داده‌های GCM بارش و دما مطالعه موردی: پیش‌بینی‌های اقلیمی ایستگاهی در ایران. پژوهش‌هایاقلیم‌شناسی، 1390(5) , 57-68.
طائی سمیرمی، سیاوش. مرادی، حمید رضا خدا قلی، مرتضی. (1393): شبیه‌سازی و پیش‌بینی برخی از متغیرهای اقلیمی توسط مدل چندگانه خطی SDSM و مدل‌های گردش عمومی جو (مطالعه موردی: حوزه آبخیز بار نیشابور). انسان و محیط زیست، 12(شماره 1(28- پیاپی 39)) , 1-15.
عزیزی، قاسم. (1383):تغییر اقلیم، تهران، قومس، ص232.
عساکره، حسین. کیانی، حدیث. (1397): ارزیابی کارایی مدل SDSM در شبیه‌سازی میانگین دمای شهر کرمانشاه. فصلنامه علمی - پژوهشی اطلاعات جغرافیاییسپهر، 27(105) , 49-62.
محمدی، الهام؛ یزدان‌پناه، حجت‌الله؛ محمدی، فریبا (1393): بررسی رخداد تغییر اقلیم و تأثیر آن بر کاشت وطول دوره‌ی رشد گندم (دیم) مطالعه موردی ایستگاه سرا رود کرمانشاه پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، سال ۴۲، شماره ۲، صص ۲۳۱-۲۴۶.
معروف نژاد، عباس: شهلا، قاسمی. (1396). 'روند تغییرات دما با استفاده از روش من - کندال (مطالعه موردی چهار شهرستان استان چهارمحال‌وبختیاری) ', آمایش محیط، 10:
نصیری محلاتی، مهدی. کوچکی، علیرضا. کمالی، غلامعلی. مرعشی، سید حسین. (1385): بررسی اثرات تغییر اقلیم بر شاخص‌های اقلیمی کشاورزی ایران. علوم و صنایع کشاورزی، 20(7).
Alter, R. E., Douglas, H. C., Winter, J. M., & Eltahir, E. A. (2018). Twentieth century regional climate change during the summer in the Central United States attributed to agricultural intensification. Geophysical Research Letters, 45(3) , 1586-1594.
Basche, A. D., Archontoulis, S. V., Kaspar, T. C., Jaynes, D. B., Parkin, T. B., & Miguez, F. E. (2016). Simulating long-term impacts of cover crops and climate change on crop production and environmental outcomes in the Midwestern United States. Agriculture, ecosystems & environment, 218, 95-106.
Batool, N., Shah, S. A., Dar, S. N., & Skinder, S. (2019). Rainfall variability and dynamics of cropping pattern in Kashmir Himalayas: a case study of climate change and agriculture. SN Applied Sciences, 1(6) , 606.
Chen, H., Zhang, W., Gao, H., & Nie, N. (2018). Climate change and anthropogenic impacts on wetland and agriculture in the Songnen and Sanjiang Plain, Northeast China. Remote Sensing, 10(3) , 356.
Chen, S., Chen, X., & Xu, J. (2016). Impacts of climate change on agriculture: Evidence from China. Journal of Environmental Economics and Management, 76, 105-124.
Crost, B., Duquennois, C., Felter, J. H., & Rees, D. I. (2018). Climate change, agricultural production and civil conflict: Evidence from the Philippines. Journal of Environmental Economics and Management, 88, 379-395.
Dile, Y. T., Berndtsson, R., & Setegn, S. G. (2013). Hydrological response to climate change for gilgel abay river, in the lake tana basin-upper Blue Nile basin of Ethiopia. PloS one, 8(10).
Falco, C., Donzelli, F., & Olper, A. (2018). Climate change, agriculture and migration: a survey. Sustainability, 10(5) , 1405.
Gao, Q., Guo, Y., Xu, H., Ganjurjav, H., Li, Y., Wan, Y., ... & Liu, S. (2016). Climate change and its impacts on vegetation distribution and net primary productivity of the alpine ecosystem in the Qinghai-Tibetan Plateau. Science of the total Environment, 554, 34-41.
Goodarzi, M., Jahanbakhsh, S., Rezaee, M., Ghafouri, A., & Mahdian, M. H. (2011). Assessment of climate change statistical downscaling methods in a single site in Kermanshah, Iran. American-Eurasian Journal of Agricultural and Environmental Science, 6(5) , 564-572.
Goodarzi, M., Salahi, B., & Hosseini, A. (2019). Simulation of Temperature and Precipitation Changes in the Urmia Lake Basin Through SDSM Downscaling Model. Geographic Space, 18(64) , 41-60.
Karimi, V., Karami, E., & Keshavarz, M. (2018). Climate change and agriculture: Impacts and adaptive responses in Iran. Journal of Integrative Agriculture, 17(1) , 1-15.
Kaushika, G. S., Arora, H., & KS, H. P. (2019). Analysis of climate change effects on crop water availability for paddy, wheat and berseem. Agricultural Water Management, 225, 105734.
Lecerf, R., Ceglar, A., López-Lozano, R., Van Der Velde, M., & Baruth, B. (2019). Assessing the information in crop model and meteorological indicators to forecast crop yield over Europe. Agricultural systems, 168, 191-202.
Leng, G., & Huang, M. (2017). Crop yield response to climate change varies with crop spatial distribution pattern. Scientific Reports, 7(1) , 1-10.
Mousavi‐Derazmahalleh, M., Bayer, P. E., Hane, J. K., Valliyodan, B., Nguyen, H. T., Nelson, M. N., ... & Edwards, D. (2019). Adapting legume crops to climate change using genomic approaches. Plant, cell & environment, 42(1) , 6-19.
Neset, T. S., Wirehn, L., Opach, T., Glaas, E., & Linnér, B. O. (2019). Evaluation of indicators for agricultural vulnerability to climate change: The case of Swedish agriculture. Ecological Indicators, 105, 571-580.
Pathak, T. B., Maskey, M. L., Dahlberg, J. A., Kearns, F., Bali, K. M., & Zaccaria, D. (2018). Climate change trends and impacts on California agriculture: a detailed review. Agronomy, 8(3) , 25.
Petrovic, G., Labovic, B., & Dasic, B. (2019). The influence of climate elements on the yield of agricultural crops in the area of Sumadija in Serbia. Economics of Agriculture, 66(1) , 173-187.
Raza, M. H., Bakhsh, A., & Kamran, M. (2019). Managing climate change for wheat production: An evidence from southern Punjab, Pakistan. Journal of Economic Impact, 1(2) , 48-58.
Riahi, K., Rao, S., Krey, V., Cho, C., Chirkov, V., Fischer, G., ... & Rafaj, P. (2011). RCP 8.5-A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions. Climatic change, 109(1-2), 33.
Shahvari, N., Khalilian, S., Mosavi, S. H., & Mortazavi, S. A. (2019). Assessing climate change impacts on water resources and crop yield: a case study of Varamin plain basin, Iran. Environmental monitoring and assessment, 191(3) , 134.
Van Vuuren, D. P., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A., Hibbard, K., ... & Masui, T. (2011). The representative concentration pathways: an overview. Climatic change, 109(1-2), 5.
Vanli, o., Ustundag, B. B., Ahmad, I., Hernandez-Ochoa, I. M., & Hoogenboom, G. (2019). Using crop modeling to evaluate the impacts of climate change on wheat in southeastern turkey. Environmental Science and Pollution Research, 26(28) , 29397-29408.
Wilby, R. L., & Dettinger, M. D. (2000). Streamflow changes in the Sierra Nevada, California, simulated using a statistically downscaled general circulation model scenario of climate change. In Linking climate change to land surface change (pp. 99-121). Springer, Dordrecht.
Wilby, R. L., & Harris, I. (2006). A framework for assessing uncertainties in climate change impacts: Low‐flow scenarios for the River Thames, UK. Water resources research, 42(2).
Wilby, R. L., Dawson, C. W., & Barrow, E. M. (2002). SDSM-a decision support tool for the assessment of regional climate change impacts. Environmental Modelling & Software, 17(2) , 145-157.
_||_
آبکار، علی جان. حبیب‌نژاد روشن، محمود. سلیمانی، کریم. نقوی،هرمز. (1393): بررسی میزان کارایی مدل SDSM در شبیه‌سازی شاخص‌های دمایی در مناطق خشک و نیمه‌خشک. نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، 4(2) , 1-17.
احمدی، محمود. لشکری، حسن. کیخسروی، قاسم. آزادی، مجید. (1394):واکاوی عناصر هواشناسی ایستگاه‌های شمال شرق کشور، به عنوان نمایه‌ای از تغییر اقلیم، فصلنامه علوم محیطی، دوره 13، شماره 1، صص 14-1.
سبحانی، بهروز. اصلاحی، مهدی. باباییان، ایمان. (1394):کارایی الگوهای ریزمقیاس نمایی آماری SDSM و LARS-WG در شبیه‌سازی متغیرهای هواشناسی در حوضۀ آبریز دریاچۀ ارومیه. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 47(4) , 499-516.
صمدی نقاب، سینا. حبیبی نوخندان، مجید.زابل عباسی، فاطمه. (1390):به‌کارگیریمدل SDSM جهت ریزمقیاس نمائی داده‌های GCM بارش و دما مطالعه موردی: پیش‌بینی‌های اقلیمی ایستگاهی در ایران. پژوهش‌هایاقلیم‌شناسی، 1390(5) , 57-68.
طائی سمیرمی، سیاوش. مرادی، حمید رضا خدا قلی، مرتضی. (1393): شبیه‌سازی و پیش‌بینی برخی از متغیرهای اقلیمی توسط مدل چندگانه خطی SDSM و مدل‌های گردش عمومی جو (مطالعه موردی: حوزه آبخیز بار نیشابور). انسان و محیط زیست، 12(شماره 1(28- پیاپی 39)) , 1-15.
عزیزی، قاسم. (1383):تغییر اقلیم، تهران، قومس، ص232.
عساکره، حسین. کیانی، حدیث. (1397): ارزیابی کارایی مدل SDSM در شبیه‌سازی میانگین دمای شهر کرمانشاه. فصلنامه علمی - پژوهشی اطلاعات جغرافیاییسپهر، 27(105) , 49-62.
محمدی، الهام؛ یزدان‌پناه، حجت‌الله؛ محمدی، فریبا (1393): بررسی رخداد تغییر اقلیم و تأثیر آن بر کاشت وطول دوره‌ی رشد گندم (دیم) مطالعه موردی ایستگاه سرا رود کرمانشاه پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، سال ۴۲، شماره ۲، صص ۲۳۱-۲۴۶.
معروف نژاد، عباس: شهلا، قاسمی. (1396). 'روند تغییرات دما با استفاده از روش من - کندال (مطالعه موردی چهار شهرستان استان چهارمحال‌وبختیاری) ', آمایش محیط، 10:
نصیری محلاتی، مهدی. کوچکی، علیرضا. کمالی، غلامعلی. مرعشی، سید حسین. (1385): بررسی اثرات تغییر اقلیم بر شاخص‌های اقلیمی کشاورزی ایران. علوم و صنایع کشاورزی، 20(7).
Alter, R. E., Douglas, H. C., Winter, J. M., & Eltahir, E. A. (2018). Twentieth century regional climate change during the summer in the Central United States attributed to agricultural intensification. Geophysical Research Letters, 45(3) , 1586-1594.
Basche, A. D., Archontoulis, S. V., Kaspar, T. C., Jaynes, D. B., Parkin, T. B., & Miguez, F. E. (2016). Simulating long-term impacts of cover crops and climate change on crop production and environmental outcomes in the Midwestern United States. Agriculture, ecosystems & environment, 218, 95-106.
Batool, N., Shah, S. A., Dar, S. N., & Skinder, S. (2019). Rainfall variability and dynamics of cropping pattern in Kashmir Himalayas: a case study of climate change and agriculture. SN Applied Sciences, 1(6) , 606.
Chen, H., Zhang, W., Gao, H., & Nie, N. (2018). Climate change and anthropogenic impacts on wetland and agriculture in the Songnen and Sanjiang Plain, Northeast China. Remote Sensing, 10(3) , 356.
Chen, S., Chen, X., & Xu, J. (2016). Impacts of climate change on agriculture: Evidence from China. Journal of Environmental Economics and Management, 76, 105-124.
Crost, B., Duquennois, C., Felter, J. H., & Rees, D. I. (2018). Climate change, agricultural production and civil conflict: Evidence from the Philippines. Journal of Environmental Economics and Management, 88, 379-395.
Dile, Y. T., Berndtsson, R., & Setegn, S. G. (2013). Hydrological response to climate change for gilgel abay river, in the lake tana basin-upper Blue Nile basin of Ethiopia. PloS one, 8(10).
Falco, C., Donzelli, F., & Olper, A. (2018). Climate change, agriculture and migration: a survey. Sustainability, 10(5) , 1405.
Gao, Q., Guo, Y., Xu, H., Ganjurjav, H., Li, Y., Wan, Y., ... & Liu, S. (2016). Climate change and its impacts on vegetation distribution and net primary productivity of the alpine ecosystem in the Qinghai-Tibetan Plateau. Science of the total Environment, 554, 34-41.
Goodarzi, M., Jahanbakhsh, S., Rezaee, M., Ghafouri, A., & Mahdian, M. H. (2011). Assessment of climate change statistical downscaling methods in a single site in Kermanshah, Iran. American-Eurasian Journal of Agricultural and Environmental Science, 6(5) , 564-572.
Goodarzi, M., Salahi, B., & Hosseini, A. (2019). Simulation of Temperature and Precipitation Changes in the Urmia Lake Basin Through SDSM Downscaling Model. Geographic Space, 18(64) , 41-60.
Karimi, V., Karami, E., & Keshavarz, M. (2018). Climate change and agriculture: Impacts and adaptive responses in Iran. Journal of Integrative Agriculture, 17(1) , 1-15.
Kaushika, G. S., Arora, H., & KS, H. P. (2019). Analysis of climate change effects on crop water availability for paddy, wheat and berseem. Agricultural Water Management, 225, 105734.
Lecerf, R., Ceglar, A., López-Lozano, R., Van Der Velde, M., & Baruth, B. (2019). Assessing the information in crop model and meteorological indicators to forecast crop yield over Europe. Agricultural systems, 168, 191-202.
Leng, G., & Huang, M. (2017). Crop yield response to climate change varies with crop spatial distribution pattern. Scientific Reports, 7(1) , 1-10.
Mousavi‐Derazmahalleh, M., Bayer, P. E., Hane, J. K., Valliyodan, B., Nguyen, H. T., Nelson, M. N., ... & Edwards, D. (2019). Adapting legume crops to climate change using genomic approaches. Plant, cell & environment, 42(1) , 6-19.
Neset, T. S., Wirehn, L., Opach, T., Glaas, E., & Linnér, B. O. (2019). Evaluation of indicators for agricultural vulnerability to climate change: The case of Swedish agriculture. Ecological Indicators, 105, 571-580.
Pathak, T. B., Maskey, M. L., Dahlberg, J. A., Kearns, F., Bali, K. M., & Zaccaria, D. (2018). Climate change trends and impacts on California agriculture: a detailed review. Agronomy, 8(3) , 25.
Petrovic, G., Labovic, B., & Dasic, B. (2019). The influence of climate elements on the yield of agricultural crops in the area of Sumadija in Serbia. Economics of Agriculture, 66(1) , 173-187.
Raza, M. H., Bakhsh, A., & Kamran, M. (2019). Managing climate change for wheat production: An evidence from southern Punjab, Pakistan. Journal of Economic Impact, 1(2) , 48-58.
Riahi, K., Rao, S., Krey, V., Cho, C., Chirkov, V., Fischer, G., ... & Rafaj, P. (2011). RCP 8.5-A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions. Climatic change, 109(1-2), 33.
Shahvari, N., Khalilian, S., Mosavi, S. H., & Mortazavi, S. A. (2019). Assessing climate change impacts on water resources and crop yield: a case study of Varamin plain basin, Iran. Environmental monitoring and assessment, 191(3) , 134.
Van Vuuren, D. P., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A., Hibbard, K., ... & Masui, T. (2011). The representative concentration pathways: an overview. Climatic change, 109(1-2), 5.
Vanli, o., Ustundag, B. B., Ahmad, I., Hernandez-Ochoa, I. M., & Hoogenboom, G. (2019). Using crop modeling to evaluate the impacts of climate change on wheat in southeastern turkey. Environmental Science and Pollution Research, 26(28) , 29397-29408.
Wilby, R. L., & Dettinger, M. D. (2000). Streamflow changes in the Sierra Nevada, California, simulated using a statistically downscaled general circulation model scenario of climate change. In Linking climate change to land surface change (pp. 99-121). Springer, Dordrecht.
Wilby, R. L., & Harris, I. (2006). A framework for assessing uncertainties in climate change impacts: Low‐flow scenarios for the River Thames, UK. Water resources research, 42(2).
Wilby, R. L., Dawson, C. W., & Barrow, E. M. (2002). SDSM-a decision support tool for the assessment of regional climate change impacts. Environmental Modelling & Software, 17(2) , 145-157.
