پیامدهای تغییر آب و هوا در بهره وری کشاورزی

پایگاه خبری DA1news: این مقاله در مورد طیف وسیعی از فرآیندهایی که از طریق آنها تغییر آب و هوا می‌تواند به طور بالقوه بر بهره‌وری کشاورزی در مقیاس جهانی تأثیر بگذارد، مرور می‌کند و پیش‌بینی‌هایی از تغییرات در مقادیر مربوط به هواشناسی، هیدرولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاهی را از یک مجموعه مدل آب و هوا ارائه می‌کند تا زمینه‌های کلیدی عدم قطعیت را نشان دهد. ارزیابی‌های کمی در مقیاس جهانی انجام شده‌اند، و این ارزیابی‌ها در توانایی آنها برای گرفتن عدم قطعیت در پیش‌بینی‌های اقلیمی و حذف جنبه‌های بالقوه مهم مانند رویدادهای شدید و تغییرات آفات و بیماری‌ها محدود است. در مورد اینکه چگونه تأثیرات تغییرات آب و هوایی بر خشکسالی به بهترین وجه از دیدگاه کشاورزی کمیت می شود، با معیارهای مختلف برداشت های بسیار متفاوتی از خطرات آینده وجود ندارد. وابستگی برخی از کشاورزی منطقه‌ای به بارش‌های دور، ذوب برف و یخچال‌های طبیعی بر پیچیدگی آن افزوده است. تأثیرات غیرمستقیم از طریق افزایش سطح دریا، طوفان‌ها و بیماری‌ها اندازه‌گیری نشده است. شاید جدی‌تر از همه، عدم قطعیت بالایی در میزان تأثیر مستقیم افزایش CO2 بر فیزیولوژی گیاه با تغییرات آب و هوایی در اثر متقابل بر بهره‌وری وجود دارد. در حال حاضر، اثرات کل تغییرات آب و هوا بر بهره وری کشاورزی در مقیاس جهانی را نمی توان به طور قابل اعتماد تعیین کرد.

1. مقدمه

کشاورزی به شدت تحت تأثیر آب و هوا و آب و هوا است. در حالی که کشاورزان اغلب در مواجهه با آب و هوا و تغییرات سال به سال انعطاف پذیر هستند، با این وجود درجه بالایی از انطباق با آب و هوای محلی در قالب زیرساخت های ایجاد شده، عمل کشاورزی محلی و تجربه فردی وجود دارد. بنابراین می توان انتظار داشت که تغییرات اقلیمی بر کشاورزی تأثیر بگذارد و به طور بالقوه جنبه های تثبیت شده سیستم های کشاورزی را تهدید کند، اما فرصت هایی برای بهبود نیز فراهم کند.

این مقاله مرتبط با تأثیرات تغییرات آب و هوایی بر بهره‌وری کشاورزی جهانی را از طریق طیف گسترده‌ای از فرآیندها مرور می‌کند. هدف این است که به جای تمرکز بر مناطق یا فرآیندهای خاص، یک نمای کلی در مقیاس جهانی از تمام تأثیرات مربوطه ارائه شود، زیرا هدف این بررسی، اطلاع رسانی به ارزیابی گسترده‌تری از خطرات برای امنیت غذایی جهانی است. اگرچه تعداد زیادی از مطالعات وجود دارد که بر تأثیر یک جنبه خاص از تغییرات آب و هوایی در یک مکان خاص تمرکز دارند، مطالعات نسبتا کمی وجود دارد که یک ارزیابی جهانی ارائه دهد. علاوه بر این، این مطالعات بیشتر بر تأثیر مستقیم تغییرات در وضعیت متوسط آب و هوا بر رشد محصول تمرکز می‌کنند و تغییرات شدید یا اثرات غیرمستقیم تغییرات آب و هوایی مانند افزایش سطح آب دریا یا آفات و بیماری‌ها را در نظر نمی‌گیرند. یک ارزیابی جامع و سازگار داخلی از تمام اثرات بالقوه مستقیم و غیرمستقیم تغییر اقلیم بر بهره‌وری کشاورزی هنوز انجام نشده است. به عنوان گامی به سوی چنین ارزیابی کامل سیستمی، ما هر مرحله از بررسی مقاله خود را با ارائه تغییرات پیش‌بینی‌شده در مقادیر مرتبط با آب و هوا از مدل‌های مرکز Met Office Hadley (MOHC) تکمیل می‌کنیم. این اجازه می دهد تا جنبه های مختلف تغییرات آب و هوایی مربوط به بهره وری کشاورزی را مقایسه کنیم، به طوری که اهمیت نسبی علل بالقوه متفاوت اثرات را بتوان ارزیابی کرد. این زمینه را برای تصمیم‌گیری در منطقه‌ای با عدم قطعیت بالا فراهم می‌کند و همچنین مسیرهای تحقیقاتی آینده را اطلاع می‌دهد.

به دلیل اینرسی در سیستم آب و هوای فیزیکی و مقیاس های زمانی که طی آن تغییرات گسترده در تأثیرات اجتماعی، اقتصادی و سیاسی انسانی بر انتشار گازهای گلخانه ای می تواند ایجاد شود، تا حد زیادی اجتناب ناپذیر است. حتی اگر انتشار گازهای گلخانه‌ای بلافاصله شروع به کاهش کند، هنوز هم سطحی از گرمایش مداوم برای دهه‌ها وجود خواهد داشت و برخی افزایش سطح آب دریاها برای قرن‌ها ادامه می‌یابد، زیرا سیستم آب و هوا در واکنش کامل به تغییرات تحمیلی کند است. اطلاعات نسبتاً کمی در مورد تأثیرات تغییر آب و هوا در این افق‌های زمانی وجود دارد، بنابراین ما پیش‌بینی‌های آب و هوایی MOHC را برای تقریباً سال‌های 2020 و 2050 ارائه می‌کنیم تا این مقاله را در زمینه این مقیاس‌های زمانی قرار دهیم.

این مقاله بر تأثیرات بر بهره‌وری محصول تمرکز دارد، اما بسیاری از فرآیندها و تأثیرات مورد بحث ممکن است برای دام نیز اعمال شود. برخی از بحث ها در این مورد در مواد تکمیلی الکترونیکی ارائه شده است.

2. تأثیرات مستقیم کشاورزی تغییر اقلیم

(الف) تغییرات در آب و هوای متوسط

ماهیت کشاورزی و شیوه های کشاورزی در هر مکان خاص به شدت تحت تأثیر وضعیت متوسط بلندمدت آب و هوا است – تجربه و زیرساخت های جوامع کشاورزی محلی به طور کلی برای انواع خاصی از کشاورزی و گروه خاصی از محصولات که به آنها شناخته شده است مناسب بوده و در شرایط جوی فعلی سازنده باشد. تغییرات در آب و هوای متوسط به دور از وضعیت فعلی ممکن است نیاز به تعدیل شیوه های فعلی به منظور حفظ بهره وری داشته باشد و در برخی موارد ممکن است نوع بهینه کشاورزی تغییر کند.

دمای بالاتر فصل رشد می تواند به طور قابل توجهی بر بهره وری کشاورزی، درآمد مزرعه و امنیت غذایی تأثیر بگذارد (باتیستی و نایلور 2009). در عرض‌های جغرافیایی متوسط و بالا، تناسب و بهره‌وری محصولات افزایش یافته و به سمت شمال گسترش می‌یابد، به‌ویژه برای غلات و محصولات بذر فصل سرد (Maracchi et al. 2005; Tuck et al. 2006; Olesen et al. 2007). محصولات رایج در جنوب اروپا مانند ذرت، آفتابگردان و دانه های سویا نیز می توانند در شمال و در ارتفاعات بالاتر قابل دوام باشند (Hilde’n et al. 2005; Audsley et al. 2006; Olesen et al. 2007). در اینجا، بازده می تواند تا دهه 2050 تا 30 درصد افزایش یابد، که بستگی به محصول دارد (الکساندروف و همکاران 2002؛ اورت و همکاران 2005؛ ریشتر و سمنوف 2005؛ آدزلی و همکاران 2006؛ اولسن و همکاران 207).

برای قرن آینده،دستاوردهای بزرگ در زمین های کشاورزی بالقوه برای مناطقی مانند فدراسیون روسیه را شبیه سازی کرد، به دلیل پنجره های کاشت طولانی تر و به طور کلی شرایط رشد مطلوب تر در شرایط گرم شدن، به میزان 64 درصد افزایش بیش از 245 میلیون هکتار تا دهه 2080. با این حال، اکثر ارزیابی‌های قبلی از تأثیرات تغییر اقلیم بر کشاورزی (و در واقع در سایر بخش‌ها) بر افق‌های زمانی پایان قرن بیست و یکم متمرکز شده‌اند و اثرات تغییرات آب و هوایی انسانی را نشان می‌دهند که می‌توان با کاهش گازهای گلخانه‌ای از آن جلوگیری کرد. با این حال، همچنین نیاز به ارزیابی تأثیرات تغییرات آب و هوایی در چند دهه آینده وجود دارد، که ممکن است اکنون در عرض های جغرافیایی، مناسب بودن و بهره وری محصولات کشاورزی افزایش یافته و به سمت شمال گسترش یابد، به ویژه برای غلات و محصولات بذر فصل سرد (Maracchi et. همکاران 2005؛ تاک و همکاران 2006؛ اولسن و همکاران 2007).

محصولات رایج در جنوب اروپا مانند ذرت، آفتابگردان و دانه های سویا نیز می توانند در شمال و در ارتفاعات بالاتر قابل دوام باشند (Hilde’n et al. 2005; Audsley et al. 2006; Olesen et al. 2007). در اینجا، بازده می تواند تا دهه 2050 تا 30 درصد افزایش یابد، که بستگی به محصول دارد (الکساندروف و همکاران 2002؛ اورت و همکاران 2005؛ ریشتر و سمنوف 2005؛ آدزلی و همکاران 2006؛ اولسن و همکاران 207).

حتی سطوح متوسط تغییر اقلیم ممکن است لزوماً بدون سازگاری توسط تولیدکنندگان مزایایی را برای کشاورزی به همراه نداشته باشد، زیرا افزایش میانگین دمای فصلی می‌تواند زمان برداشت انواع فعلی بسیاری از محصولات را به پیش ببرد و در نتیجه عملکرد نهایی را بدون سازگاری با فصل رشد طولانی‌تر کاهش دهد. .

در مناطقی که دما از قبل به حداکثر فیزیولوژیکی محصولات نزدیک است، مانند مناطق خشک فصلی و مناطق گرمسیری، دمای بالاتر ممکن است فوراً مضر باشد و استرس گرمایی بر محصولات کشاورزی و از دست دادن آب در اثر تبخیر را افزایش دهد. گرمایش محلی 28 درجه سانتی گراد در عرض های جغرافیایی میانی می تواند تولید گندم را نزدیک به 10 درصد افزایش دهد در حالی که در عرض های جغرافیایی پایین همین مقدار گرم شدن ممکن است عملکرد را تقریباً به همان میزان کاهش دهد (شکل 1).

شکل 1. حساسیت غلات ((الف، ب) ذرت (در عرض جغرافیایی متوسط تا زیاد و عرض جغرافیایی پایین)، (ج، د) گندم (عرض جغرافیایی متوسط تا زیاد و عرض جغرافیایی پایین) و (e,f) برنج ( در عرض جغرافیایی متوسط تا بالا)) نسبت به تغییرات آب و هوایی که از نتایج 69 مطالعه مشخص شده است، در برابر تغییرات دما. نتایج با سازگاری (سبز) و بدون (قرمز) نشان داده شده است. بازتولید شده از ایسترلینگ و همکاران.

محصولات مختلف حساسیت های متفاوتی نسبت به گرم شدن از خود نشان می دهند. توجه به عدم قطعیت های بزرگ در تغییرات عملکرد محصول برای یک سطح معین از گرم شدن بسیار مهم است (شکل 1). Lobell & Field (2007) با برازش روابط آماری بین دمای فصل رشد، بارش و میانگین جهانی عملکرد برای شش محصول عمده، تخمین زد که گرمایش از سال 1981 منجر به تلفات سالانه 40 میلیون تن یا 5 میلیارد دلار آمریکا شده است (روابط منفی بین گندم، ذرت و جو با درجه حرارت).

پیش بینی می شود که تمام مناطق زراعی درجاتی از گرم شدن را تجربه کنند، اما بزرگترین تغییر در گرم شدن در عرض های جغرافیایی بالا پیش بینی می شود. با این حال، افزایش جزئی دما در عرض‌های جغرافیایی پایین ممکن است تأثیر بیشتری نسبت به عرض‌های جغرافیایی بالا داشته باشد ، احتمالاً به این دلیل که کشاورزی در بخش‌هایی از این مناطق در حال حاضر حاشیه‌ای است.

آب برای رشد گیاهان حیاتی است، بنابراین الگوهای بارش متفاوت تأثیر قابل توجهی بر کشاورزی دارد. از آنجایی که بیش از 80 درصد کل کشاورزی دیم است، پیش بینی تغییرات بارندگی در آینده اغلب بر میزان و جهت تأثیرات آب و هوا بر تولید محصول تأثیر می گذارد (Olesen & Bindi 2002; Tubiello et al. 2002; Reilly et al. 2003). پیش‌بینی تأثیر گرمایش زمین بر بارش‌های منطقه به دلیل وابستگی شدید به تغییرات گردش جوی دشوار است، اگرچه اطمینان فزاینده‌ای در پیش‌بینی افزایش کلی بارش در عرض‌های جغرافیایی بالا، به‌ویژه در زمستان، و کاهش کلی در بسیاری از بخش‌ها وجود دارد. مناطق استوایی و نیمه گرمسیری (IPCC 2007). این عدم قطعیت ها در دو سناریو نشان داده شده در شکل 3 و جدول 1 منعکس شده است که نشانه های متفاوتی از تغییر بارندگی را به طور میانگین در تمام زمین های زراعی نشان می دهد، حتی اگر در برخی از مناطق توافق وجود داشته باشد. سناریویی که افزایش کلی بارندگی را پیش‌بینی می‌کند، افزایش زیادی را در جنوب ایالات متحده آمریکا و هند نشان می‌دهد، اما همچنین کاهش قابل توجهی را در مناطق استوایی و نیمه گرمسیری نشان می‌دهد. سناریوی دیگر نیز کاهش در عرض های جغرافیایی پایین اما بدون افزایش قابل توجه در هند را نشان می دهد.

این منعکس کننده طیف گسترده ای از پیش بینی های تغییر بارش از مدل های مختلف آب و هوایی است (کریستنسن و همکاران 2007). تفاوت در پیش بینی های بارش به دلایل متعددی ایجاد می شود. یک عامل کلیدی وابستگی شدید به تغییرات در گردش جوی است که خود به نرخ نسبی گرم شدن در مناطق مختلف بستگی دارد، اما اغلب تعدادی از عوامل بر پیش بینی تغییر بارش در یک مکان مشخص تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، عدم قطعیت در تغییر بارندگی در هند تا حدی ناشی از تضعیف مورد انتظار گردش موسمی دینامیکی (کاهش بارش باران های موسمی هند) در مقابل افزایش محتوای آب جوی مرتبط با گرم شدن (افزایش بارش باران های موسمی هند؛ Meehl et al. 2007) است. ).

با این حال، تغییرات در بارش فصلی ممکن است بیشتر از تغییرات میانگین سالانه مربوط به کشاورزی باشد. در هند، مدل‌های اقلیمی عموماً کاهش بارندگی در فصل خشک و افزایش در طول بقیه سال از جمله فصل باران‌های موسمی را پیش‌بینی می‌کنند، اما همچنان با گسترش بین مدلی بزرگ (کریستنسن و همکاران 2007).

بارندگی تنها تاثیری بر دسترسی به آب ندارد. افزایش تقاضای تبخیر به دلیل افزایش دما و فصول رشد طولانی تر می تواند نیاز آبیاری محصولات را در سطح جهانی بین 5 تا 20 درصد یا احتمالاً بیشتر تا دهه 2070 یا 2080 افزایش دهد (Do¨ll 2002; Fisher et al. 2006) تغییرات منطقه ای – نیازهای آبیاری جنوب شرقی آسیا می تواند 15 درصد افزایش یابد (Do¨ll 2002). مطالعات منطقه ای افزایش تقاضای آبیاری در خاورمیانه و شمال آفریقا (Abou-Hadid et al. 2003) و افزایش بالقوه 15 درصدی تقاضای آبیاری در جنوب شرقی آسیا را انجام می دهد (Arnell et al. 2004; Fisher et al. 2006). با این حال، کاهش نیازها در چین پیش بینی شده است (تائو و همکاران 2003). واضح است که این پیش بینی ها به تغییرات نامشخص در بارش نیز بستگی دارد.

شکل 2. دو پیش بینی تغییر در دمای میانگین سالانه (8 درجه سانتی گراد) بر روی زمین های زراعی جهانی برای میانگین 30 ساله در حدود سال های 2020 و 2050، نسبت به سال های 1970-2000. دو پیش بینی اعضای گروهی هستند که بیشترین و کمترین تغییر را در میانگین دمای سالانه در تمام زمین های زراعی جهانی دارند. برای اطلاعات بیشتر به مطالب تکمیلی الکترونیکی مراجعه کنید

در حالی که تغییر در آب و هوای متوسط بلندمدت برای تولید جهانی غذا اهمیت دارد و ممکن است به سازگاری مداوم نیاز داشته باشد، ممکن است خطرات بیشتری برای امنیت غذایی ناشی از تغییرات در تغییرات سال به سال و رویدادهای شدید آب و هوایی باشد. از نظر تاریخی، بسیاری از بزرگترین سقوط در بهره وری محصول به رویدادهای کم بارش غیرعادی نسبت داده شده است (کومار و همکاران 2004؛ سیواکومار و همکاران 2005). با این حال، حتی تغییرات کوچک در میانگین بارندگی سالانه می تواند بر بهره وری تأثیر بگذارد. لوبل و برک (2008) گزارش می دهند که تغییر در بارش فصل رشد با یک انحراف استاندارد می تواند به اندازه جدول 1 مرتبط باشد. سناریوهای تغییرات آینده در متغیرهای هواشناسی، هیدرولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاهی مرتبط با بهره وری کشاورزی، انتخاب شده از یک مجموعه از 17 سناریو با انواع مدل آب و هوایی HadCM3. نتایج به‌عنوان وسیله‌ای در سطح زمین‌های زراعی جهانی برای دوره‌های 30 ساله با محوریت سال‌های 2020 و 2050، نسبت به سال‌های 1970-2000 (به جز دمای شدید که نسبت به سال 2000 است) ارائه می‌شوند. دو سناریو برای هر متغیر ارائه شده است که دامنه نتایج را برای هر متغیر در بر می گیرد تا عدم قطعیت در پیش بینی ها را نشان دهد. برای جزئیات بیشتر به مواد تکمیلی الکترونیکی مراجعه کنید.

2020	2050
change in annual mean temperature (8C) scenario T1                                              1.3	2.8
scenario T2                                              0.8	1.8
change in annual mean precipitation (mm d21) scenario P1 0.05 0.05 scenario P2 20.04 20.08 change in 20-year extreme temperature (8C) scenario ET1           1.1           2.9 scenario ET2     0.5           1.7 change in annual mean net primary productivity (kg C m22 y21) without CO2 fertilization                       20.03                         20.07
with CO2 fertilization                               0.09	0.17
change in annual mean available crop soil moisture scenario WS1                                           0.003	0.004
scenario WS2                                           0.010	0.015
change in annual mean run-off (mm d21) scenario R1                                           20.02	20.01
scenario R2                                              0.03	0.07
change in time spent in drought (% of baseline) scenario D1                                           11	12
scenario D2                                           20	22

10 درصد تغییر در تولید (به عنوان مثال ارزن در جنوب آسیا).

به عنوان مثال، کشاورزی هند به شدت به توزیع مکانی و زمانی بارش باران های موسمی وابسته است (کومار و همکاران 2004). آسادا و ماتسوموتو (2009) رابطه بین داده‌های عملکرد محصول در سطح منطقه (برنج فصل بارانی «خاریف») و بارش برای سال‌های 1960-2000 را تجزیه و تحلیل کردند. نشان داده شد که مناطق مختلف به طرق مختلف نسبت به شدت بارش حساس هستند. عملکرد محصول در حوضه گنگ فوقانی با بارش کل در طول فصل رشد نسبتا کوتاه مرتبط است و بنابراین به خشکی حساس است. در مقابل، حوضه پایینی گنگ به سیلابی حساس بود و حوضه برهماپوترا اثر فزاینده ای از تنوع بارش بر عملکرد محصول، به ویژه خشکسالی نشان داد. این روابط در طول زمان سازگار نبودند، تا حدی به دلیل روند بارش. تنوع بین مناطق حاکی از اهمیت عوامل اجتماعی و معرفی فنون آبیاری بود.

سوابق هواشناسی حاکی از آن است که امواج گرما در طول قرن بیستم بیشتر شد و در حالی که رویدادهای فردی را نمی توان به تغییرات آب و هوایی نسبت داد، تغییر در احتمال موج گرما را می توان نسبت داد. اروپا در تابستان 2003 یک رویداد اقلیمی شدید را تجربه کرد، با میانگین دمای 68 درجه سانتیگراد بالاتر از حد نرمال و کمبود بارندگی تا 300 میلی متر. رکورد کاهش عملکرد محصول به میزان 36 درصد در ایتالیا برای ذرت کشت شده در دره پو که در آن دمای بسیار بالا حاکم بود، رخ داد (Ciais et al. 2005). تخمین زده می شود که چنین دمای تابستانی در اروپا اکنون 50 درصد بیشتر در نتیجه تغییرات آب و هوایی انسانی رخ می دهد (Stott et al. 2004).

از آنجایی که سیستم‌های کشاورزی فعلی به شدت با آب و هوای محلی، کشت محصولات و گونه‌های مناسب سازگار هستند، تعریف اینکه چه چیزی آب و هوای شدید را تشکیل می‌دهد به موقعیت جغرافیایی بستگی دارد. به عنوان مثال، دمایی که برای تولیدکنندگان غلات در بریتانیا در نظر گرفته می‌شود، برای تولیدکنندگان غلات در مرکز فرانسه طبیعی در نظر گرفته می‌شود. در بسیاری از مناطق، کشاورزی ممکن است با حرکت به شیوه‌هایی که قبلاً در آب و هوای گرم‌تر استفاده می‌شد، برای مثال با رشد محصولات متحمل‌تر، با افزایش رویدادهای دمایی شدید سازگار شود. با این حال، در مناطقی که کشاورزی در لبه آستانه های کلیدی وجود دارد، افزایش دماهای شدید یا خشکسالی ممکن است آب و هوای محلی را به وضعیتی خارج از تجربه تاریخی بشر منتقل کند. در این موارد ارزیابی میزان امکان سازگاری دشوار است.

1. i) دماهای شدید

افزایش اخیر در تنوع آب و هوایی ممکن است بر عملکرد محصولات در کشورهای سراسر اروپا از حدود اواسط دهه 1980 تأثیر گذاشته باشد (Porter & Semenov 2005) و باعث تنوع بیشتر بین سالانه در عملکرد گندم شود. این مطالعه نشان داد که چنین تغییراتی در تنوع عملکرد سالانه گندم را به یک محصول پرخطر در اسپانیا تبدیل می‌کند. حتی محصولات در عرض جغرافیایی متوسط نیز در صورت عدم سازگاری ممکن است در دماهای بسیار بالا آسیب ببینند. در سال 1972، متوسط دمای بسیار بالای تابستان در اتحاد جماهیر شوروی سابق (اتحاد جماهیر شوروی) به اختلالات گسترده در بازارهای غلات و امنیت غذایی جهانی کمک کرد (باتیستی و نایلور 2009).

تغییرات در دمای کوتاه مدت می تواند حیاتی باشد، به خصوص اگر با مراحل کلیدی توسعه همخوانی داشته باشد. تنها چند روز دمای شدید (بیشتر از 328 درجه سانتیگراد) در مرحله گلدهی بسیاری از محصولات می تواند عملکرد را به شدت کاهش دهد (Wheeler et al. 2000). واکنش‌های محصول به تغییرات در شرایط رشد می‌تواند غیرخطی باشد، واکنش‌های آستانه‌ای را نشان می‌دهد و در معرض ترکیبی از عوامل تنش است که بر رشد، نمو و عملکرد نهایی آن‌ها تأثیر می‌گذارد. فرآیندهای فیزیولوژیکی محصول مربوط به رشد مانند فتوسنتز و تنفس واکنش‌های پیوسته و غیرخطی به دما نشان می‌دهند، در حالی که نرخ رشد محصول اغلب یک پاسخ خطی به دما را تا یک سطح مشخص نشان می‌دهد. با این حال، هر دو فرآیند رشد و نمو دمای مطلوبی را نشان می دهند. در کوتاه مدت دمای بالا می تواند بر واکنش های آنزیمی و بیان ژن تأثیر بگذارد. در درازمدت اینها بر جذب کربن و در نتیجه نرخ رشد و بازده نهایی تأثیر خواهند گذاشت. تأثیر دماهای بالا بر عملکرد نهایی می تواند به مرحله توسعه محصول بستگی داشته باشد. ولن وبر و همکاران (2003) دریافتند که گیاهان دوره‌های گرم شدن را به‌عنوان رویدادهای مستقل تجربه می‌کنند و دمای بحرانی 358 درجه سانتی‌گراد برای یک دوره کوتاه در اطراف گرده‌افشانی اثرات کاهش شدید عملکرد دارد. با این حال، به نظر نمی رسد که دمای بالا در مرحله رویشی تأثیر قابل توجهی بر رشد و نمو داشته باشد. بررسی متون (پورتر و گاویث 1999؛ ویلر و همکاران 2000) نشان می‌دهد که آستانه‌های دمایی به خوبی تعریف شده و بین گونه‌ها به‌شدت حفظ می‌شوند، به‌ویژه برای فرآیندهایی مانند گرده‌افشانی و پر کردن دانه.

شکل 3. دو پیش بینی تغییر در میانگین بارندگی سالانه (mm d21) بر روی زمین های زراعی جهانی برای میانگین 30 ساله در حدود سال های 2020 و 2050، نسبت به سال های 1970-2000. دو پیش بینی اعضای گروه با بیشترین تغییرات مثبت و منفی در میانگین بارندگی سالانه در تمام زمین های زراعی جهانی هستند. به مکمل الکترونیکی مراجعه کنید

اگرچه بادام زمینی در مناطق نیمه خشک که به طور منظم دمای 408 درجه سانتیگراد را تجربه می کنند، رشد می کند، اما اگر پس از گلدهی گیاهان در معرض دمای بیش از 428 درجه سانتیگراد قرار گیرند، حتی برای دوره های کوتاه، عملکرد را می توان به شدت کاهش داد (وارا پراساد و همکاران 2003). ذرت در دماهای بالاتر از 368 درجه سانتیگراد زنده ماندن گرده را کاهش می دهد. عقیمی دانه برنج توسط دما در اواسط دهه 30 ایجاد می شود و دماهای مشابه می تواند به معکوس شدن اثرات بهاری دماهای سرد در گندم منجر شود. افزایش دمای بالای 298 درجه سانتیگراد برای ذرت، 308 درجه سانتیگراد برای دانه سویا و 328 درجه سانتیگراد برای پنبه تأثیر منفی بر عملکرد در ایالات متحده دارد.

شکل 4 و جدول 1 نشان می دهد که در همه موارد و همه مناطق، از هر 20 سال یک رویداد دمای شدیدتر پیش بینی می شود. رویدادهایی که امروزه افراطی تلقی می شوند در آینده کمتر غیرعادی خواهند بود. تفکیک اثرات رویدادهای شدید دمایی می تواند از اثرات خشکسالی دشوار باشد. با این حال، آستانه های دمایی کلیدی وجود دارد که فراتر از آن فیزیولوژی محصول تغییر می کند، که به طور بالقوه عملکرد ویرانگر است.

(ii) خشکسالی

تعاریف متعددی از خشکسالی وجود دارد که عموماً دیدگاه های متفاوتی را منعکس می کنند. هولتون و همکاران (2003) اشاره می کنند که «اهمیت خشکسالی در تأثیرات آن نهفته است. بنابراین، تعاریف باید مختص منطقه و تأثیر یا کاربرد خاص باشد تا در یک حالت عملیاتی توسط تصمیم گیرندگان استفاده شود.» متداول است که بین خشکسالی هواشناسی (به طور کلی با بارش کم تعریف می شود)، خشکسالی کشاورزی (کمبود رطوبت خاک، افزایش تنش آبی گیاه)، خشکسالی هیدرولوژیکی (کاهش جریان رودخانه) و خشکسالی اجتماعی-اقتصادی (تعادل عرضه و تقاضای آب برای جامعه؛ هولتون و همکاران 2003). در سطح جهانی، مناطقی که برای محصولات عمده جو، ذرت، برنج، سورگوم، لوبیا سویا و گندم کاشته می‌شوند، همگی شاهد افزایش درصد سطح تحت تأثیر خشکسالی بوده‌اند که بر اساس شاخص شدت خشکسالی پالمر تعریف شده است (PDSI؛ Palmer 1965). از دهه 1960، از تقریباً 5-10٪ به تقریباً 15-25٪ (لی و همکاران 2009). میانگین جهانی PDSI نیز افزایش یافته است (IPCC 2007)، و مقایسه شبیه‌سازی‌های مدل آب و هوایی با داده‌های مشاهده‌شده نشان می‌دهد که افزایش انسانی در غلظت گازهای گلخانه‌ای و آئروسل سهم قابل‌توجهی در روند خشک شدن مشاهده‌شده در PDSI داشته است (برک و همکاران 2006). .

در مطالعات مدل‌سازی آب و هوا، بورک و همکاران. (2006) خشکسالی را به عنوان صدک 20 توزیع PDSI در طول زمان برای شرایط پیش از صنعتی تعریف می کند. بنابراین این تعریف از نظر منطقه ای خاص است. بنابراین در هر زمان معین، تقریباً 20 درصد از سطح زمین به عنوان خشکسالی تعریف می شود، اما شرایط در یک منطقه به طور معمول مرطوب تحت خشکسالی ممکن است هنوز نسبت به مناطق دیگر که در شرایط عادی خشک است، کمتر خشک باشد. با استفاده از این تعریف، مدل آب و هوای MOHC نسبت سطح زمین تحت خشکسالی را شبیه سازی می کند که از 20 به 28 درصد در طول قرن بیستم افزایش یافته است (Burke et al. 2006).

لی و همکاران (2009) یک نرخ کاهش بازده (YRR) را تعریف می کند که یک خط پایه از روند بلندمدت در بازده (که به دلیل پیشرفت تکنولوژیکی و بهبود زیرساخت فرض می شود) را در نظر می گیرد و آن را با بازده سالانه واقعی مقایسه می کند تا YRR را به دلیل تغییر آب و هوا تعریف کند. . لی و همکاران با استفاده از داده‌های مقیاس ملی برای چهار غلات اصلی (جو، ذرت، برنج و گندم). (2009) پیشنهاد کرد که 60 تا 75 درصد از YRRهای مشاهده شده را می توان با یک رابطه خطی بین YRR و شاخص خطر خشکسالی بر اساس PDSI توضیح داد. میانگین مقادیر YRR امروزی از 5.82 درصد (برنج) تا 11.98 درصد (ذرت) تشخیص داده می شود. با فرض رابطه خطی بین شاخص خطر خشکسالی و YRR در آینده، لی و همکاران. (2009) برآورد کرد که کاهش عملکرد مربوط به خشکسالی تا سال 2050 برای محصولات عمده بیش از 50 درصد افزایش خواهد یافت.

اثرات خشکسالی ممکن است مزایای افزایش دما و طول فصل مشاهده شده در عرض های جغرافیایی متوسط تا بالا را جبران کند. آلکامو و همکاران با استفاده از مدل‌های آب و هوای جهانی، تولید محصول و منابع آب. (2007) پیشنهاد کرد که کاهش تولید محصول در برخی از مناطق روسیه را می توان با افزایش تولید در مناطق دیگر جبران کرد که منجر به تغییرات متوسط نسبتاً کوچک می شود. با این حال، نتایج آنها نشان می دهد که فراوانی کمبود تولید مواد غذایی می تواند در بسیاری از مناطق اصلی کشت محصولات در دهه 2020 دو برابر شود و در دهه 2070 سه برابر شود (Alcamo et al. 2007). اگرچه دسترسی به آب در روسیه به طور متوسط در حال افزایش است، مدل منابع آب رویدادهای کم رواناب مکرر بیشتری را در مناطق در حال رشد محصولات خشک در جنوب پیش‌بینی می‌کند، و فراوانی قابل توجهی از رویدادهای رواناب بالا در بیشتر مناطق مرکزی روسیه افزایش می‌یابد. آلکامو و همکاران 2007).

تولید غذا نیز می تواند تحت تأثیر آب زیاد باشد. حوادث بارندگی شدید که منجر به سیل می شود می تواند کل محصولات را در مناطق وسیعی از بین ببرد و آب اضافی نیز می تواند به اثرات دیگری از جمله قطع شدن آب خاک، بی هوازی و کاهش رشد گیاه منجر شود. اثرات غیرمستقیم شامل تاخیر در عملیات کشاورزی است (Falloon & Betts در حال چاپ). ماشین آلات کشاورزی ممکن است به سادگی با شرایط خاک مرطوب سازگار نباشند. کتل ول و همکاران در مطالعه‌ای به تأثیرات تغییرپذیری آب و هوای فعلی نگاه می‌کنند. (1999) نشان داد که بارندگی شدید در ماه اوت با کیفیت پایین دانه مرتبط است که منجر به جوانه زدن دانه در بلال و عفونت های قارچی دانه می شود. نشان داده شد که این بر کیفیت محصولات بعدی تأثیر می گذارد، به طوری که بر مقدار گندم آسیاب صادر شده از بریتانیا تأثیر می گذارد. به نظر می رسد نسبت کل بارانی که در رویدادهای بارندگی شدید می بارد در حال افزایش است و انتظار می رود این روند با ادامه گرم شدن آب و هوا ادامه یابد. پیش بینی می شود که افزایش دو برابری CO2 منجر به افزایش بارندگی شدید در بیشتر مناطق اروپا شود. در پیش بینی های بالاتر، شدت بارندگی در بسیاری از مناطق مهم برای کشاورزی بیش از 25 درصد افزایش می یابد (شکل 5).

شکل 4. دو پیش بینی تغییر در یک در 20 سال سطح دمای شدید (8 درجه سانتی گراد) در زمین های زراعی جهانی برای سال های 2020 و 2050، نسبت به سال 2000. زمین های زراعی برای جزئیات بیشتر به مطالب تکمیلی الکترونیکی مراجعه کنید.

(IV) طوفان های استوایی

یک سیکلون گرمسیری اصطلاح عمومی برای یک سیستم فشار کم در مقیاس همدیدی غیر پیشانی بر روی آب‌های استوایی یا نیمه گرمسیری با همرفت سازمان‌یافته (به عنوان مثال فعالیت رعد و برق) و گردش باد در سطح سیکلونی مشخص است (هلند 1993). طوفان‌های استوایی شدید، با حداکثر سرعت باد پایدار حداقل 74 مایل در ساعت، در شرق اقیانوس آرام شمالی و اقیانوس اطلس شمالی به عنوان «طوفان» و در غرب اقیانوس آرام شمالی به عنوان «توفان» شناخته می‌شوند. قوی‌ترین طوفان‌های استوایی می‌توانند به سرعت باد به 190 مایل در ساعت برسند، همانطور که در Typhoon Tip در غرب اقیانوس آرام شمالی در اکتبر 1979 ثبت شد. طوفان‌های استوایی معمولاً در طول تابستان و اوایل پاییز رخ می‌دهند: حدود مه تا نوامبر در نیمکره شمالی و نوامبر – آوریل در نیمکره جنوبی، اگرچه طوفان های استوایی در تمام طول سال در غرب اقیانوس آرام شمالی مشاهده می شود. اقیانوس هند شمالی تنها حوضه ای است که فصل طوفان استوایی دو قسمتی دارد:

قبل و بعد از شروع موسمی جنوب آسیا، به ترتیب از آوریل تا می و اکتبر تا نوامبر.

شکل 5. (الف) برآوردهای پایین تر و (ب) بالا که محدوده مرکزی 80% از تغییرات شدت بارندگی در روزهای مرطوب را پوشش می دهد.

شکل 6 مسیرهای طوفان استوایی مشاهده شده را برای همه طوفان های شناخته شده در دوره 1945-2008 نشان می دهد. در این زمینه، آسیب پذیرترین مناطق کشاورزی از جمله در ایالات متحده آمریکا، چین، ویتنام، هند، بنگلادش، میانمار و ماداگاسکار یافت می شود.

پیامدهای اجتماعی و اقتصادی طوفان های استوایی می تواند بالا باشد، به ویژه در کشورهای در حال توسعه با نرخ رشد جمعیت بالا در مناطق آسیب پذیر استوایی و نیمه گرمسیری. این امر به ویژه در شمال اقیانوس هند، جایی که آسیب پذیرترین افراد در دلتای رودخانه های میانمار، بنگلادش، هند و پاکستان زندگی می کنند، صادق است. در اینجا رشد جمعیت منجر به افزایش کشاورزی در مناطق ساحلی در معرض خطر سیل شده است (Webster 2008). در سال 2007، طوفان سیدر به بنگلادش رسید و جان 3500 نفر را گرفت (سازمان ملل متحد 2007)، و در سال 2008

اثرات کشاورزی این طوفان ها و سایر طوفان های اخیر در جدول 2 نشان داده شده است.

اگرچه بسیاری از مطالعات بر روی تأثیرات منفی تمرکز دارند، طوفان های استوایی نیز می توانند مزایایی به همراه داشته باشند. در بسیاری از مناطق خشک در مناطق استوایی، بخش بزرگی از باران سالانه از طوفان ها می آید. تخمین زده می شود که طوفان های استوایی در 15 تا 20 درصد از بارندگی سالانه فلوریدا جنوبی نقش داشته باشند (والتر و ابتیو 2006)، که می تواند به طور موقت به خشکسالی های شدید منطقه پایان دهد. نمونه هایی از این طوفان ها طوفان گابریل (2001) و طوفان استوایی فای (2008) هستند که به ترتیب تسکین موقتی را از خشکسالی های 2000-2001 و 2006-2009 ارائه کردند. به اندازه 15 اینچ بارندگی در برخی مناطق از طوفان استوایی Fay ثبت شد، که بدون آن، مناطق با کمبود شدید آب، آتش سوزی های جنگلی و نفوذ احتمالی آب شور به سفره های آب شیرین ساحلی مواجه می شدند (Abtew et al. 2009). طوفان های استوایی همچنین می توانند به تجدید منابع آب در مناطق داخلی کمک کنند: طوفان Eline که در فوریه 2000 کشاورزی ماداگاسکار را ویران کرد، بعداً به جنوب آفریقا رسید و به میزان قابل توجهی در بارندگی در منطقه نیمه بیابانی در جنوب نامیبیا نقش داشت.

بحث های زیادی در مورد تغییر جهانی در فرکانس و شدت طوفان استوایی در شرایط آب و هوایی گرم شده وجود دارد. مطالعات مدل‌سازی آب و هوا که به گزارش ارزیابی چهارم IPCC (AR4) کمک می‌کند، نشان می‌دهد که طوفان‌های استوایی ممکن است در آینده با بادهای قوی‌تر و بارش‌های شدیدتر شدیدتر شوند (Meehl et al. 2007). این با مطالعات جدیدتر با استفاده از مدل‌های با وضوح بالا مطابقت دارد، که همچنین نشان‌دهنده کاهش احتمالی فرکانس طوفان استوایی جهانی در آینده است (مک‌دونالد و همکاران 2005؛ بنگتسسون و همکاران 2007؛ گوالدی و همکاران 2008). با این حال، اجماع محدودی بین مدل‌ها در مورد تغییرات منطقه‌ای در فراوانی طوفان گرمسیری وجود دارد.

3. تأثیرات غیرمستقیم تغییر آب و هوا بر بهره وری کشاورزی

الف) آفات و بیماریها

افزایش CO2 جو و تغییرات آب و هوایی نیز ممکن است به طور غیرمستقیم بر محصولات از طریق تأثیرات بر آفات و بیماری ها تأثیر بگذارد. این فعل و انفعالات پیچیده هستند و هنوز پیامدهای کامل از نظر عملکرد محصول نامشخص است. نشانه ها حاکی از آن است که آفاتی مانند شته ها (نیومن 2004) و لارو سرخرطومی (Staley & Johnson 2008) به CO2 بالا پاسخ مثبت می دهند. افزایش دما همچنین باعث کاهش مرگ و میر شته ها در زمستان گذرانی شد که امکان پراکندگی زودتر و بالقوه گسترده تر را فراهم کرد (Zhou et al. 1995). شواهد نشان می دهد که الگوهای مهاجرت ملخ ها در جنوب صحرای آفریقا ممکن است تحت تأثیر الگوهای بارندگی باشد (Cheke & Tratalos 2007) و بنابراین پتانسیلی برای تغییر آب و هوا برای شکل دادن به تأثیرات این آفت ویرانگر وجود دارد. عوامل بیماری‌زا و بیماری‌ها نیز ممکن است تحت تأثیر آب و هوای متغیر قرار گیرند. این ممکن است از طریق اثرات گرم شدن یا خشکسالی بر مقاومت محصولات کشاورزی به بیماری های خاص و از طریق افزایش بیماری زایی موجودات توسط جهش ناشی از استرس محیطی باشد (گرگوری و همکاران 2009). در طی 10 تا 20 سال آینده، بیماری مؤثر بر کلزا می تواند در محدوده موجود خود شدت یابد و همچنین به مناطق شمالی بیشتری گسترش یابد که در حال حاضر مشاهده نمی شود (Evans et al. 2008). تغییرات در تنوع آب و هوایی نیز ممکن است قابل توجه باشد و بر پیش بینی پذیری و دامنه طغیان ها تأثیر بگذارد.

شکل 7. میانگین جریان ماهانه رودخانه پیش بینی شده (کیلوگرم s21) برای 30 سال به معنای متمرکز بر 2000 (سیاه)، 2020 (سبز) و 2050 (آبی) برای (الف) نیل، (ب) گنگ و (ج) ولگا. پیش‌بینی‌ها ابزارهای مجموعه تصحیح شده بایاس از مدل‌های مرکز هادلی هستند.

شکل 8. کسر رواناب که به صورت بارش برف منشا می گیرد. خطوط قرمز مناطقی را نشان می‌دهد که جریان جریان برف غالب است و ظرفیت ذخیره‌سازی مخزن کافی برای تغییرات بافر در هیدروگراف فصلی وجود ندارد. خطوط سیاه مناطق اضافی را نشان می دهد که در دسترس بودن آب عمدتاً تحت تأثیر ذوب برف تولید شده در بالادست است (اما رواناب تولید شده در این مناطق تحت تأثیر ذوب برف نیست). بازتولید شده از بارنت و همکاران. (2005) با اجازه

(ب) تغییرات در دسترس بودن آب به دلیل تغییرات آب و هوایی از راه دور

تغییرات آب و هوایی دور از مناطق تولید نیز ممکن است حیاتی باشد. زمین های کشاورزی آبی کمتر از یک پنجم کل سطح زیر کشت را تشکیل می دهد اما بین 40 تا 45 درصد از مواد غذایی جهان را تولید می کند (Do¨ll & Siebert 2002) و آب برای آبیاری اغلب از رودخانه هایی استخراج می شود که به شرایط آب و هوایی دور بستگی دارد. به عنوان مثال، کشاورزی در امتداد رود نیل در مصر به بارندگی در نواحی بالایی نیل مانند ارتفاعات اتیوپی بستگی دارد.

شکل 7 تغییرات پیش‌بینی‌شده در جریان ماهانه رودخانه را برای دهه‌های 2020 و 2050 برای رودخانه‌های کلیدی مورد علاقه در این زمینه نشان می‌دهد. در برخی رودخانه‌ها مانند نیل، تغییرات آب و هوایی جریان را در طول سال افزایش می‌دهد که می‌تواند مزایایی برای کشاورزی داشته باشد. با این حال، در سایر حوضه های آبریز، به عنوان مثال. در گنگ، افزایش رواناب به عنوان افزایش در اوج جریان در اطراف بادهای موسمی است. با این حال، فصل خشک جریان رودخانه هنوز بسیار کم است. بدون ذخیره کافی جریان فصل اوج، کمبود آب ممکن است بر بهره وری کشاورزی با وجود افزایش کلی در دسترس بودن سالانه آب تأثیر بگذارد. افزایش در اوج جریان نیز ممکن است باعث آسیب به زمین های زراعی از طریق سیل شود.

شکل 8 مناطقی در جهان را نشان می دهد که جریان رودخانه در آن ذوب برف غالب است. این مناطق عمدتاً در عرض های جغرافیایی متوسط تا بالا هستند که پیش بینی ها برای گرم شدن بیشتر است. گرم شدن در زمستان به این معنی است که بارش کمتری به صورت برف می بارد و آن چیزی که انباشته می شود زودتر در سال ذوب می شود. تغییر الگوهای پوشش برف اساساً نحوه ذخیره و رهاسازی آب را در چنین سیستم هایی تغییر می دهد. تغییرات در میزان بارندگی بر حجم رواناب تأثیر می گذارد، به ویژه در اواخر زمستان در شروع ذوب برف. تغییرات دما عمدتاً بر زمان‌بندی رواناب با جریان اوج زودتر در بهار تأثیر می‌گذارد. اگرچه جریان اضافی رودخانه را می توان برای کشاورزی مفید دانست، این تنها در صورتی درست است که توانایی ذخیره رواناب در زمان های زیاد برای استفاده در اواخر فصل رشد وجود داشته باشد. در سطح جهان، تنها چند رودخانه در حال حاضر ذخیره کافی برای مقابله با تغییرات بزرگ فصلی رواناب دارند (بارنت و همکاران 2005). در جایی که ظرفیت ذخیره‌سازی کافی نیست، بیشتر رواناب زمستانی بلافاصله به اقیانوس‌ها از دست می‌رود. شکل 7c جریان ماهانه رودخانه از حوضه آبریز ولگا در روسیه را نشان می دهد. این جریان اوج زودتر و افزایش یافته در اطراف ذوب برف و متعاقباً جریان کمتر در اواخر سال را نشان می دهد.

شکل 9. دو پیش بینی تغییر آینده در بهره وری اولیه خالص (کیلوگرم C m22 yr21) بر روی زمین های زراعی جهانی برای میانگین 30 ساله در حدود سال های 2020 و 2050، نسبت به سال های 1970-2000. دو پیش‌بینی تأثیر شامل اثرات فیزیولوژیکی CO2 را نشان می‌دهند و اعضای گروه با بیشترین تغییرات مثبت و منفی در بهره‌وری به‌طور میانگین در تمام زمین‌های زراعی جهانی هستند. برای جزئیات بیشتر به مطالب تکمیلی الکترونیکی مراجعه کنید.

شکل 10. تغییرات بالقوه (%) در عملکرد غلات ملی برای دهه های 2020 و 2050 نسبت به سال 1990، با تغییرات آب و هوایی پیش بینی شده توسط مدل HadCM3 تحت سناریوی A1FI (الف) با و (ب) بدون کوددهی CO2.

برخی از رودخانه‌های اصلی مانند سند و گنگ از یخچال‌های طبیعی کوهستانی تغذیه می‌کنند و تقریباً یک ششم جمعیت جهان در حال حاضر در حوضه‌های رودخانه‌ای زندگی می‌کنند که از یخچال‌های طبیعی تغذیه می‌کنند (Stern 2007). پیش‌بینی می‌شود که جمعیت در حوضه‌های اصلی رودخانه‌ای که از یخچال‌های طبیعی تغذیه می‌شوند، مانند دشت هند-گنگت، افزایش چشمگیری داشته باشد. بنابراین، تغییرات در بارش از راه دور و بزرگی و فصلی آب های ذوب یخبندان می تواند به طور بالقوه بر تولید غذا برای بسیاری از مردم تأثیر بگذارد.

اکثر یخچال های طبیعی مشاهده شده در سراسر جهان در حال انقباض هستند (زمپ و همکاران 2008). نسبت دادن این عقب نشینی به گرمایش اخیر در حال حاضر امکان پذیر نیست. با این حال، اجماع گسترده ای وجود دارد که گرم شدن یکی از دلایل اصلی عقب نشینی است، اگرچه تغییرات در رطوبت اتمسفر به ویژه در مناطق استوایی ممکن است در این امر مؤثر باشد (بیتس و همکاران 2008). ذوب شدن یخچال‌ها در ابتدا جریان رودخانه را افزایش می‌دهد، اگرچه فصلی بودن جریان افزایش می‌یابد (Juen et al. 2007) و خطر سیل را افزایش می‌دهد. انتظار می‌رود در درازمدت، عقب‌نشینی یخبندان بیشتر شود و منجر به کاهش احتمالی رواناب شود، اگرچه مقیاس زمانی بزرگ‌تر این کاهش نامشخص است. فهرست یخچال‌های طبیعی چین، 46377 یخچال طبیعی در غرب چین و تقریباً 15000 یخچال در هیمالیا فهرست‌بندی کرد. در مجموع این یخچالها حدود 12000 کیلومتر مکعب آب شیرین ذخیره می کنند (دینگ و همکاران 2006؛ کروز و همکاران 2007). تجزیه و تحلیل یخچال های طبیعی در غرب هیمالیا شواهدی از نازک شدن یخچال ها را نشان می دهد (Berthier et al. 2007) و رسوبات بمب های رادیواکتیو از یک یخچال طبیعی در ارتفاع بالا از سال 1950 هیچ تجمع خالصی را نشان نمی دهد (Kehrwald et al. 2008). تعداد محدود مشاهدات مستقیم نیز شواهدی از عقب نشینی یخچالی در هیمالیا را تأیید می کند (زمپ و همکاران 2008). آب این یخچال‌ها رودخانه‌های بزرگی مانند سند، گنگ و برهماپوترا را تغذیه می‌کند و احتمالاً سهم قابل‌توجهی در جریان فصلی رودخانه‌ها دارد، اگرچه بزرگی دقیق آن ناشناخته است. در حال حاضر نزدیک به 500 میلیون نفر برای منابع آبی خانگی و کشاورزی به این رودخانه ها متکی هستند. تغییرات آب و هوایی ممکن است به این معنی باشد که رودهای سند و گنگ به طور فزاینده ای تبدیل به رودخانه های فصلی می شوند و در طول فصل خشک جریان خود را متوقف می کنند (Kehrwald et al. 2008). همراه با افزایش جمعیت، این بدان معنی است که انتظار می رود کمبود آب در منطقه در آینده افزایش یابد.

شکل 11. دو پیش بینی تغییر آتی در رطوبت خاک به عنوان کسری از میزان مورد نیاز برای جلوگیری از تنش آبی گیاه بر روی زمین های زراعی جهانی به مدت 30 سال با محوریت حدود سال های 2020 و 2050، نسبت به سال های 1970-2000. مقادیر مثبت نشان دهنده افزایش در دسترس بودن آب است. دو پیش بینی اعضای گروه با بیشترین و کمترین تغییر میانگین در تمام زمین های زراعی جهانی هستند. برای جزئیات بیشتر به مطالب تکمیلی الکترونیکی مراجعه کنید.

شکل 12. دو پیش بینی تغییر آتی در میانگین رواناب سالانه (mm d21) بر روی زمین های زراعی جهانی برای میانگین 30 ساله در حدود سال های 2020 و 2050، نسبت به سال های 1970-2000. دو پیش بینی اعضای گروه با بیشترین تغییرات مثبت و منفی در میانگین رواناب سالانه به طور متوسط در تمام زمین های زراعی جهانی هستند.

ج) افزایش میانگین سطح دریا

افزایش سطح دریا پیامد اجتناب ناپذیر گرم شدن آب و هوا به دلیل ترکیبی از انبساط حرارتی توده موجود آب اقیانوس ها و اضافه شدن آب اضافی به دلیل ذوب شدن یخ های خشکی است. می توان انتظار داشت که این امر در نهایت باعث طغیان زمین های ساحلی شود، به ویژه در جایی که ظرفیت برای معرفی یا اصلاح پدافند دریایی نسبتاً کم یا وجود ندارد. با توجه به بهره‌وری محصولات، آسیب‌پذیری به وضوح در جایی که افزایش سطح آب دریا در ارتباط با کشاورزی ساحلی کم ارتفاع رخ می‌دهد، بیشترین میزان را دارد. بسیاری از دلتاهای اصلی رودخانه ها زمین های کشاورزی مهمی را به دلیل حاصلخیزی خاک های رودخانه ای فراهم می کنند و بسیاری از ایالت های جزیره ای کوچک نیز کم ارتفاع هستند. افزایش میانگین سطح دریا تهدیدی برای آبگرفتگی زمین‌های کشاورزی و شور شدن آب‌های زیرزمینی در دهه‌ها تا قرن‌های آینده است، اگرچه به دلیل زمان مورد نیاز برای ذوب یخ‌های بزرگ و گرم شدن برای نفوذ به اعماق اقیانوس، ممکن است بیشترین تأثیرات برای قرن‌ها دیده نشود. .

افزایش بالقوه سطح دریا مرتبط با ذوب یخ های اصلی 5 متر برای ورقه یخی غرب قطب جنوب (WAIS)، 60 متر برای ورقه یخ قطب جنوب شرقی (EAIS) و 7 متر برای صفحه یخ گرینلند (GIS) خواهد بود. هر دو GIS و WAIS آسیب پذیر در نظر گرفته می شوند. با توجه به سرعت احتمالی تخلیه این صفحات یخی، و افزایش بیشینه سطح دریا در گذشته (در شرایط آب و هوایی مشابه)، حداکثر افزایش استاتیکی سطح دریا تقریباً 2 متر تا سال 2100 از نظر فیزیکی قابل قبول است، اما بسیار بعید است (Pfeffer et al. 2008؛ رولینگ و همکاران 2008؛ لوو و همکاران 2009).

طوفان‌های کوتاه‌مدت نیز می‌توانند ویرانی بزرگی ایجاد کنند، حتی اگر زمین برای همیشه از بین نرود. کار نسبتا کمی برای ارزیابی تأثیرات افزایش متوسط سطح دریا یا افزایش طوفان بر کشاورزی انجام شده است.

4. اثرات غیراقلیمی مربوط به انتشار گازهای گلخانه ای: تأثیرات تغییرات در ترکیب اتمسفر

الف) لقاح CO2

علاوه بر تأثیرگذاری بر اقلیم از طریق نیروی تابشی، افزایش غلظت CO2 اتمسفر نیز می تواند مستقیماً بر فرآیندهای فیزیولوژیکی گیاه فتوسنتز و تعرق تأثیر بگذارد (Field et al. 1995). بنابراین هرگونه ارزیابی از اثرات تغییرات آب و هوایی ناشی از CO2 بر بهره وری محصول باید برای اصلاح تاثیر آب و هوا توسط تاثیر فیزیولوژیکی CO2 در نظر گرفته شود. پاسخ فیزیولوژیکی CO2 بین گونه‌ها متفاوت است، و به ویژه، دو مسیر مختلف فتوسنتز (به نام‌های C3 و C4) تکامل یافته‌اند و اینها بر پاسخ کلی تأثیر می‌گذارند. تفاوت در این است که آیا ریبولوز-1،5-بیس فسفات کربوکسیلاز-اکسیژناز (RuBisCO) در سلول های گیاهی توسط CO2 اشباع شده است یا خیر. در گیاهان C3، RuBisCO در شرایط جوی امروزی از CO2 اشباع نشده است، بنابراین افزایش غلظت CO2 باعث افزایش جذب خالص کربن و در نتیجه رشد می شود. آنزیم RuBisCO به شدت در گیاهان حفاظت شده است و به همین دلیل تصور می‌شود که واکنش همه محصولات C3 از جمله گندم و دانه‌های سویا قابل مقایسه باشد. تخمین های نظری نشان می دهد که افزایش غلظت CO2 اتمسفر به 550 ppm، می تواند فتوسنتز را در چنین محصولات C3 تا حدود 40 درصد افزایش دهد (Long et al. 2004). فیزیولوژی محصولات C4 مانند ذرت، ارزن، سورگوم و نیشکر متفاوت است. در این گیاهان دی‌اکسید کربن به سه تا شش برابر غلظت اتمسفر متمرکز می‌شود و بنابراین RuBisCO قبلاً اشباع شده است (فون کائمر و فوربانک 2003). بنابراین، افزایش غلظت CO2 هیچ مزیت فیزیولوژیکی اضافی ایجاد نمی کند. با این حال، ممکن است این محصولات در مصرف آب در غلظت های بالا CO2 کارآمدتر شوند زیرا روزنه ها تا زمانی که گیاه CO2 مورد نیاز را دریافت کند نیازی به باز ماندن ندارند. بنابراین ممکن است در نتیجه بازدهی به طور جزئی افزایش یابد (لانگ و همکاران 2004)

بسیاری از مطالعات نشان می‌دهند که عملکرد به دلیل این اثر لقاح CO2 افزایش می‌یابد و این نتایج در طیف وسیعی از رویکردهای تجربی از جمله محفظه‌های بسته با محیط کنترل‌شده، محفظه‌های باز و بسته بالا، و آزمایش‌های غنی‌سازی دی اکسید کربن در هوای آزاد (FACE) سازگار است. (Tubiello et al. 2007). آزمایش‌ها در شرایط ایده‌آل نشان می‌دهند که دو برابر شدن غلظت CO2 اتمسفر، فتوسنتز را 30-50٪ در گونه‌های گیاهی C3 و 10-25٪ در گونه‌های C4 افزایش می‌دهد (Ainsworth & Long 2005). افزایش عملکرد محصول کمتر از پاسخ فتوسنتزی است. افزایش CO2 اتمسفر به 550 ppm به طور متوسط باعث افزایش بازده محصول C3 10-20٪ و بازده محصول C4 توسط 0-10٪ می شود (گیفورد 2004؛ لانگ و همکاران 2004؛ Ainsworth & Long 2005).

برخی از نویسندگان استدلال می کنند که پاسخ محصول به CO2 بالا ممکن است کمتر از آنچه قبلا تصور می شد، با پیامدهایی برای مدل سازی محصول و پیش بینی عرضه غذا باشد (Long et al. 2004، 2009). فیزیولوژیست‌های گیاهی و مدل‌سازان به طور یکسان تشخیص می‌دهند که اثرات CO2 بالا، همانطور که در محیط‌های آزمایشی اندازه‌گیری می‌شود و متعاقباً در مدل‌ها اجرا می‌شود، ممکن است پاسخ‌های واقعی مزرعه و سطح مزرعه را بیش از حد برآورد کند. این به دلیل بسیاری از عوامل محدود کننده مانند آفات و علف های هرز، مواد مغذی، رقابت برای منابع، آب خاک و کیفیت هوا است که نه در مقیاس های بزرگ به خوبی شناخته شده اند و نه به خوبی در مدل های پیشرو به کار گرفته شده اند.

با وجود اثرات مثبت بالقوه بر مقدار عملکرد، افزایش CO2 ممکن است برای کیفیت عملکرد محصولات خاص مضر باشد. به عنوان مثال، CO2 بالا از طریق کاهش محتوای پروتئین برای کیفیت آرد گندم مضر است (Sinclair et al. 2000).

شکل 9 و جدول 1 تأثیر گنجاندن اثرات فیزیولوژیکی CO2 را در پیش بینی بهره وری گیاهان در مناطق کشاورزی نشان می دهد. بدون کوددهی CO2، بسیاری از مناطق، به ویژه در عرض های جغرافیایی پایین، تا سال 2050 با کاهش بهره وری مواجه خواهند شد. در مقابل، با گنجاندن لقاح CO2 همه به جز خشک ترین مناطق افزایش بهره وری را نشان می دهند.

مقایسات جهانی اثرات لقاح CO2 با تغییرات در آب و هوای میانگین (پاری و همکاران 2004؛ نلسون و همکاران 2009) نشان می دهد که قدرت اثرات لقاح CO2 یک عامل مهم در تعیین اینکه آیا عملکرد در مقیاس جهانی است یا خیر، است. افزایش یا کاهش پیش بینی می شود. اگر لقاح CO2 قوی باشد، آمریکای شمالی و اروپا ممکن است حداقل در کوتاه مدت از تغییرات آب و هوایی سود ببرند (شکل 10). با این حال، مناطقی مانند آفریقا و هند با این وجود پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2050 تا 5 درصد تلفات داشته باشند، حتی با لقاح CO2 قوی. اگر اثرات لقاح CO2 حذف شود، این تلفات تا 30 درصد افزایش می یابد. در واقع بدون لقاح CO2، پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2050، همه مناطق به دلیل تغییرات آب و هوایی کاهش بهره‌وری را تجربه کنند. با این حال، مطالعات موجود در مقیاس جهانی (پاری و همکاران 2004؛ نلسون و همکاران 2009) فقط از نمونه محدودی از پیش بینی مدل آب و هوایی موجود استفاده کرده اند.

انتظار می‌رود کاهش انتشار دی‌اکسید کربن، تأثیر مثبت کوددهی دی‌اکسید کربن بر عملکرد محصولات را سریع‌تر از تأثیرات منفی تغییرات آب‌وهوایی کاهش دهد. حتی اگر غلظت گازهای گلخانه ای بیشتر از این افزایش پیدا نکند، تعهد به مقدار معینی از گرمایش جهانی بیشتر وجود دارد (IPCC 2007). بنابراین تثبیت غلظت CO2 هرگونه افزایش در اثرات لقاح CO2 را متوقف می کند، در حالی که اثرات تغییرات آب و هوایی همچنان می تواند به رشد خود ادامه دهد. بنابراین در کوتاه مدت تأثیرات بر تولید جهانی غذا می تواند منفی باشد.

با این حال، برآوردها نشان می دهد که تثبیت غلظت CO2 در ppm 550 به طور قابل توجهی تلفات تولید را تا پایان قرن کاهش می دهد (Arnell et al. 2002; Tubiello & Fisher 2006).

برای همه گونه‌ها، راندمان مصرف آب بالاتر و تراکم بیشتر ریشه تحت CO2 بالا در سیستم‌های مزرعه ممکن است، در برخی موارد، فشارهای خشکسالی را کاهش دهد، اما پیامدهای مقیاس بزرگ آنها به خوبی درک نشده است (Wullschleger et al. 2002; Norby et al. 2004). Centritto 2005). این می تواند مقداری از افزایش مورد انتظار ناشی از گرمایش در تقاضای تبخیر را جبران کند، بنابراین فشار برای آب آبیاری بیشتر کاهش می یابد. این همچنین ممکن است رابطه بین خشکسالی هواشناسی و خشکسالی کشاورزی/هیدروولوژیکی را تغییر دهد. افزایش خشکسالی هواشناسی ممکن است منجر به افزایش کمتری در خشکسالی کشاورزی یا هیدرولوژیکی به دلیل افزایش کارایی مصرف آب گیاهان شود (Betts et al. 2007).

رطوبت و رواناب خاک ممکن است بیشتر از شاخص های بارش و خشکسالی هواشناسی به عنوان معیارهای در دسترس بودن منابع آب مرتبط باشد، زیرا این نشان دهنده آب در دسترس برای استفاده کشاورزی است. این مقادیر به طور معمول توسط مدل های آب و هوایی مبتنی بر فیزیکی به عنوان یک جزء ضروری از چرخه هیدرولوژیکی شبیه سازی می شوند. شکل 11 و جدول 1 دو سناریو از تغییرات پیش بینی شده در رطوبت خاک را به عنوان کسری از آنچه برای جلوگیری از تنش گیاه لازم است نشان می دهد. پیش‌بینی می‌شود که کسر رطوبت موجود در خاک به طور متوسط در سراسر زمین‌های زراعی جهانی افزایش یابد (جدول 1)، با افزایش در برخی مناطق، به‌ویژه عرض‌های جغرافیایی میانی، اما در برخی دیگر، به‌ویژه در مناطق استوایی کاهش می‌یابد. به طور مشابه، رواناب در برخی از مناطق افزایش می یابد و در برخی دیگر کاهش می یابد (شکل 12)، اما میانگین تغییر در سطح زمین های زراعی جهانی در علائم بین سناریوها متفاوت است (جدول 1). نکته مهم این است که سناریوهایی با افزایش میانگین رواناب و بیشترین افزایش در رطوبت خاک موجود شامل اثرات کوددهی CO2 در مدل بود، در حالی که سناریوهایی با کاهش میانگین رواناب و کمترین افزایش در رطوبت خاک را نداشتند. شامل این اثر می شود (Betts et al. 2007).

با این حال، همانطور که در §2b مورد بحث قرار گرفت، تغییرات در افراط نیز مهم هستند، و خشکسالی کشاورزی ممکن است بحرانی تر از میانگین سالانه رطوبت خاک باشد. با تعریف خشکسالی به عنوان خشک ترین صدک بیستم توزیع رطوبت خاک در طول زمان در هر مکان مشخص، مجموعه مدلی که در اینجا استفاده می شود به طور مداوم افزایش زمان سپری شده در اکثر مناطق تحت خشکسالی را برای نیمه اول قرن بیست و یکم پیش بینی می کند. شکل 13 و جدول 1).

شکل 13. دو پیش بینی درصد تغییر در زمان صرف شده تحت خشکسالی هواشناسی که بر حسب رطوبت خاک در زمین های زراعی جهانی برای میانگین 30 ساله تعریف شده است، در حدود سال های 2020 و 2050، نسبت به سال 2000. این دو پیش بینی اعضای گروه با بیشترین و کمترین درصد تغییر به طور میانگین در تمام زمین های زراعی جهانی به دست آمد.

ب) ازن

ازن یک آلاینده اصلی ثانویه هوا است که در غلظت های فعلی اثرات منفی قابل توجهی بر عملکرد محصول دارد (ون دینگنن و همکاران 2009). در حالی که در آمریکای شمالی و اروپا، انتشار پیش سازهای ازن در حال کاهش است، در سایر مناطق جهان، به ویژه آسیا، آنها به سرعت در حال افزایش هستند (ون دینگنن و همکاران 2009).

ازن از طریق مکانیسم های مختلفی باعث کاهش عملکرد کشاورزی می شود. اولاً، آسیب حاد و قابل مشاهده به محصولاتی مانند محصولات باغی ارزش بازار را کاهش می دهد. ثانیا، ازن نرخ فتوسنتز را کاهش می دهد و پیری برگ را تسریع می کند که به نوبه خود بر عملکرد نهایی تأثیر می گذارد. در اروپا و آمریکای شمالی بسیاری از مطالعات چنین کاهش عملکرد را بررسی کرده اند (به عنوان مثال مورگان و همکاران 2003). با این حال، در مناطق دیگر، مانند آسیا، شواهد کمی در حال حاضر وجود دارد. بنابراین، درک ما از تأثیرات در چنین مناطقی محدود است.

5. نتیجه گیری ها

انتشار گازهای گلخانه ای انسانی و تغییرات آب و هوایی پیامدهای متعددی بر بهره وری کشاورزی دارد، اما تأثیر کل این موارد هنوز شناخته نشده است و در واقع بسیاری از این تأثیرات و تعاملات آنها هنوز به طور قابل اعتماد، به ویژه در مقیاس جهانی، تعیین نشده است. افزایش میانگین دما را می توان با اطمینان انتظار داشت، اما تأثیرات بر بهره وری ممکن است بیشتر به بزرگی و زمان دماهای شدید بستگی داشته باشد. همچنین می‌توان با اطمینان انتظار افزایش میانگین سطح دریا را داشت که در نهایت می‌تواند منجر به از دست رفتن زمین‌های کشاورزی از طریق طغیان دائمی شود، اما تأثیرات سیل موقت از طریق موج‌های طوفان ممکن است بزرگ باشد، اگرچه کمتر قابل پیش‌بینی است.

در دسترس بودن آب شیرین بسیار مهم است، اما قابل پیش بینی بودن بارش بسیار نامشخص است و یک مشکل اضافه در عدم وضوح معیارهای مربوط به خشکسالی وجود دارد – برخی از مطالعات از جمله IPCC معیارهایی را بر اساس بارش و دما محلی مانند شاخص شدت خشکسالی پالمر در نظر می گیرند. این همه عوامل مرتبط را شامل نمی شود. اثرات کشاورزی در برخی از مناطق ممکن است ناشی از تغییرات آب و هوایی در مناطق دیگر باشد، که به دلیل وابستگی به رودخانه هایی است که از بارش، ذوب برف و یخچال های طبیعی تغذیه می شوند. خشکسالی همچنین ممکن است تا حدی با افزایش کارایی استفاده از آب توسط گیاهان تحت غلظت‌های بالاتر CO2 جبران شود، اگرچه تأثیر این امر به ویژه در مقیاس‌های بزرگ نامشخص است. مدل‌های اقلیمی مورد استفاده در اینجا افزایش میانگین سالانه رطوبت خاک و رواناب را در بسیاری از مناطق پیش‌بینی می‌کنند، اما با این وجود در بیشتر مناطق کشاورزی افزایش پیش‌بینی‌شده در زمان سپری شده در شرایط خشکسالی طبق تعریف رطوبت خاک وجود دارد.

علاوه بر این، حتی علامت پیش‌بینی عملکرد محصول نیز نامشخص است زیرا این امر به شدت به قدرت کوددهی CO2 و همچنین آسیب O3 بستگی دارد. مطالعات کمی پاسخ عملکرد محصول به کوددهی CO2 و آلودگی O3 را در شرایط رشد واقعی ارزیابی کرده‌اند، و در نتیجه پیش‌بینی‌های مدل ضعیف محدود شده‌اند. اثرات غیرمستقیم تغییر اقلیم از طریق آفات و بیماری ها به صورت محلی مورد مطالعه قرار گرفته است اما ارزیابی جهانی هنوز در دسترس نیست. به طور کلی، به نظر نمی رسد در حال حاضر ارزیابی قوی از اثرات تغییرات آب و هوایی انسانی بر بهره وری کشاورزی در مقیاس جهانی ارائه شود.

ما از سایمون براون، یان کروت، دیوگو د گاسمالو، کیت جاگارد، داگ مک نیل، اریکا پیلین، داگ اسمیت و جاناتان تینکر برای بحث های مفید سپاسگزاریم.

منابع:

Abou-Hadid, A. F., Mougou, R., Mokssit, A. & Iglesias, A. 2003 Assessment of impacts, adaptation and vulnerability to climate change in North Africa: food production and water resources. AIACC AF90 Semi-Annual Progress Report.

Abtew, W., Pathak, C., Scott Huebner, R. & Ciuca, V. 2009

Hydrology of the South Florida Environment. In 2009 South Florida Environmental Report, South Florida Water Management District, West Palm Beach, FL. vol. I, ch. 2.

Ainsworth, E. A. & Long, S. P. 2005 What have we learned from 15 years of free-air CO₂ enrichment (FACE)? A meta-analytic review of the responses of photosynthesis, canopy. New Phytol. 165, 351–371. (doi:10.1111/j. 1469-8137.2004.01224.x)

Alcamo, J., Dronin, N., Endejan, M., Golubev, G. & Kirilenkoc, A. 2007 A new assessment of climate change impacts on food production shortfalls and water availability in Russia. Global Environ. Change—Hum. Policy Dimens. 17, 429–444.

Alexandrov, V., Eitzinger, J., Cajic, V. & Oberforster, M. 2002 Potential impact of climate change on selected agricultural crops in north-eastern Austria. Global Change Biol. 8, 372–389. (doi:10.1046/j.1354-1013.2002.00484.x)

Arnell, N. W., Cannell, M. G. R., Hulme, M., Kovats, R. S.,

Mitchell, J. F. B., Nicholls, R. J., Parry, M. L., Livermore, M. T. J. & White, A. 2002 The consequences of CO₂ stabilisation for the impacts of climate change. Clim. Change 53, 413–446. (doi:10.1023/A:1015277014327)

Arnell, N. W., Livermore, M. J. L., Kovats, S., Levy, P. E., Nicholls, R., Parry, M. L. & Gaffin, S. R. 2004 Climate and socio-economic scenarios for global-scale climate change impacts assessments: characterising the SRES storylines. Global Environ. Change—Hum. Policy Dimens. 14, 3–20.

Asada, H. & Matsumoto, J. 2009 Effects of rainfall variation on rice production in the Ganges–Brahmaputra Basin. Clim. Res. 38, 249–260.

Audsley, E., Pearn, K. R., Simota, C., Cojocaru, G., Koutsidou, E., Rounsevell, M. D. A., Trnka, M. & Alexandrov, V. 2006 What can scenario modelling tell us about future European scale agricultural land-use, and what not? Environ. Sci. Policy 9, 148–162. (doi:10. 1016/j.envsci.2005.11.008)

Barnett, T. P., Adam, J. C. & Lettenmaier, D. P. 2005 Potential impacts of a warming climate on water availability in snow-dominated regions. Nature 438, 303–309. (doi:10. 1038/nature04141)

Bates, B. C., Kundzewicz, Z. W., Wu, S. & Palutikof, J. P. 2008 Climate change and water. Technical Paper of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, Switzerland: IPCC Secretariat.

Battisti, D. S. & Naylor, R. L. 2009 Historical warnings of future food insecurity with unprecedented seasonal heat. Science 323, 240–244. (doi:10.1126/science.1164363)

Bengtsson, L., Hodges, K. I., Esch, M., Keenlyside, N., Kornblueh, L., Luo, J. J. & Yamagata, T. 2007 How may tropical cyclones change in a warmer climate? Tellus 59, 539–561.

Berthier, E., Arnaud, Y., Kumar, R., Ahmad, S., Wagnon, P. & Chevallier, P. 2007 Remote sensing estimates of glacier mass balances in the Himachal Pradesh (Western Himalaya, India). Remote Sensing Environ. 108, 327–338. (doi:10. 1016/j.rse.2006.11.017)

Betts, R. A. et al. 2007 Projected increase in future river runoff through plant responses to carbon dioxide rise. Nature 448, 1037–1042. (doi:10.1038/nature06045)

Burke, E. J., Brown, S. J. & Christidis, N. 2006 Modeling the recent evolution of global drought and projections for the twenty-first century with the Hadley Centre climate model. J. Hydrometeorol. 7, 1113–1125. (doi:10.1175/ JHM544.1)

Centritto, M. 2005 Photosynthetic limitations and carbon partitioning in cherry in response to water deficit and elevated [CO₂]. Agric. Ecosyst. Environ. 106, 233–242. (doi:10.1016/j.agee.2004.10.011)

Cheke, R. A. & Tratalos, J. A. 2007 Migration, patchiness, and population processes illustrated by two migrant pests. Bioscience 57, 145–154. (doi:10.1641/B570209)

Christensen, J. H. et al. 2007 Regional climate projections. In Climate change 2007: the physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. B. Averyt, M. Tignor & H. L. Miller), pp. 847–940. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Ciais, P. et al. 2005 Europe-wide reduction in primary productivity caused by the heat and drought in 2003. Nature 437, 529–533. (doi:10.1038/nature03972)

Cruz, R. V. et al. 2007 Asia. Climate change 2007: impacts, adaptation and vulnerability. In Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds M. L. Parry, O. F. Canziani, J. P. Palutikof, P. J. van der Linden & C. E. Hanson), pp. 469–506. Cambridge, UK: Cambridge

University Press.

Ding, Y., Liu, S., Li, J. & Shangguan, D. 2006 The retreat of glaciers in response to recent climate warming in western China. Ann. Glaciol. 43, 97–105. (doi:10.3189/ 172756406781812005)

Do¨ll, P. 2002 Impact of climate change and variability on irrigation requirements: a global perspective. Clim. Change 54, 269–293. (doi:10.1023/A:1016124032231)

Do¨ll, P. & Siebert, S. 2002 Global modeling of irrigation water requirements. Water Resour. Res. 38. (doi:10.1029/ 2001WR000355)

Easterling, W. E. et al. 2007 Food, fibre and forest products. In Climate change 2007: impacts, adaptation and vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds M. L. Parry, O. F. Canziani, J. P. Palutikof, P. J. v. d. Linden & C. E. Hanson), pp. 273–313. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Evans, N., Baierl, A., Semenov, M. A., Gladders, P. & Fitt, B. D. L. 2008 Range and severity of a plant disease increased by global warming. J. R. Soc. Interface 5, 525–531. (doi:10.1098/rsif.2007.1136)

Ewert, F., Rounsevell, M. D. A., Reginster, I., Metzger, M. J. & Leemans, R. 2005 Future scenarios of European agricultural land use I. Estimating changes in crop productivity. Agric. Ecosyst. Environ. 107, 101–116. (doi:10.1016/j.agee. 2004.12.003)

Falloon, P. D. & Betts, R. In press. Climate impacts on European agriculture and water management in the context of adaptation and mitigation—the importance of an integrated approach. Sci. Total Environ. (doi:10.1016/j. scitotenv.2009.05.002)

FAO 2000 FAO/WFP mission to assess the impact of cyclones and drought on the food supply situation in Madagascar. See http://www.fao.org/docrep/004/X737 9E/X7379E00.HTM.

FAO 2007 Floods and cyclones cause heavy crop losses in parts of southern Africa. See http://www.fao.org/newsroom/en/news/2007/1000518/index.html.

FAO 2009 FAO/WFP crop and food security assessment mission to Myanmar. See http://www.fao.org/docrep/ 011/ai478e/ai478e00.htm.

Field, C., Jackson, R. & Mooney, H. 1995 Stomatal responses to increased CO₂: implications from the plant to the global scale. Plant Cell Environ. 18, 1214–1255. (doi:10.1111/j.1365-3040.1995.tb00630.x)

Fischer, G., Shah, M., Tubiello, F. N. & van Velhuizen, H. 2005 Socio-economic and climate change impacts on agriculture: an integrated assessment, 1990–2080. Phil. Trans. R. Soc. B 360, 2067–2083. (doi:10.1098/rstb. 2005.1744)

Fischer, G., Tubiello, F., Van Velhuizen, H. & Wiberg, D. 2006 Climate change impacts on irrigation water requirements: effects of mitigation, 1990–2989. Technol. Forecasting Soc. Change 74, 1083–1107. (doi:10.1016/j. techfore.2006.05.021)

Gifford, R. M. 2004 The CO₂ fertilising effect—does it occur in the real world? The international free air CO₂ enrichment (FACE) workshop: short- and long-term effects of elevated atmospheric CO₂ on managed ecosystems, Ascona, Switzerland, March 2004. New Phytol. 163, 221–225. (doi:10.1111/j.1469-8137.2004.01133.x)

Gregory, P. J., Johnson, S. N., Newton, A. C. & Ingram, J. S. I. 2009 Integrating pests and pathogens into the climate change/food security debate. J. Exp. Bot. 60, 2827–

2838. (doi:10.1093/jxb/erp080)

Gualdi, S., Scoccimarro, E. & Navarra, A. 2008 Changes in tropical cyclone activity due to global warming: results from a high-resolution coupled general circulation model. J. Clim. 21, 5204–5228. (doi:10.1175/2008J CLI1921.1)

Hilde´n, M., Lehtonen, H., Ba¨rlund, I., Hakala, K., Kaukoranta, T. & Tattari, S. 2005 The practice and process of adaptation in Finnish agriculture. FINADAPT Working Paper 5, Finnish Environment Institute Mimeographs, no. 335. Helsinki, Finland: Finnish Environment Institute.

Holland, G. J. 1993 The global guide to tropical cyclone forecasting. Geneva, Switzerland: World Meteorological Organization.

Holton, J. R., Curry, J. A. & Pyle, J. A. 2003 Encyclopedia of atmospheric sciences. New York, NY: Academic Press.

IFRC 2007 Madagascar: cyclone Indlala. See http://www.reliefweb.int/rw/rwb.nsf/db900sid/JBRN-6ZRGP7?Open Document&query=cyclone%20indlala.

IPCC 2007 Climate change 2007: the physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Juen, I., Kaser, G. & Georges, C. 2007 Modelling observed and future runoff from a glacierized tropical catchment (Cordillera Blanca, Peru). Global Planet. Change 59, 37–48. (doi:10.1016/j.gloplacha.2006.11.038)

Kehrwald,      N.     M.,     Thompson,     L.     G.,     Yao,     T.     D.,

Mosley-Thompson, E., Schotterer, U., Alfimov, V., Beer, J.,Eikenberg,J.&Davis,M.E.2008MasslossonHimalayan glacier endangers water resources. Geophys. Res. Lett. 35, L22503. (doi:10.1029/2008GL035556)

Kettlewell, P. S., Sothern, R. B. & Koukkari, W. L. 1999 UK wheat quality and economic value are dependent on the North Atlantic oscillation. J. Cereal Sci. 29, 205–209. (doi:10.1006/jcrs.1999.0258)

Knapp, K. R., Kruk, M. C., Levinson, D. H., Diamond, H. J. & Neumann, C. J. 2010 The international best track archive for climate stewardship (IBTrACS): unifying tropical cyclone best track data. Bull. Am. Meteorol. Soc. 91, 363–376.

Kumar, K. K., Kumar, K. R., Ashrit, R. G., Deshpande, N. R. & Hansen, J. W. 2004 Climate impacts on Indian agriculture. Int. J. Climatol. 24, 1375–1393.

Li, Y. P., Ye, W., Wang, M. & Yan, X. D. 2009 Climate change and drought: a risk assessment of crop-yield impacts. Clim. Res. 39, 31–46.

Lobell, D. B. & Field, C. B. 2007 Global scale climate–crop yield relationships and the impacts of recent warming. Environ. Res. Lett. 2, 1–7.

Lobell,D.B.& Burke,M.B.2008Whyareagriculturalimpacts ofclimate change so uncertain? The importance oftemperature relative to precipitation. Environ. Res. Lett. 3, 1–8. Long, S. P., Ainsworth, E. A., Rogers, A. & Ort, D. R. 2004 Rising atmospheric carbon dioxide: plants face the future. Annu. Rev. Plant Biol. 55, 591–628. (doi:10.1146/ annurev.arplant.55.031903.141610)

Long,S.P.,Ainsworth,E.A.,Leakey,A.D.B. &Morgan,P.B. 2009Global foodinsecurity. Treatment ofmajor food crops with elevated carbon dioxide or ozone under large-scale fully open-air conditions suggests recent models may have overestimated future yields. Phil. Trans. R. Soc. B 360, 2011–2020. (doi:10.1098/rstb.2005.1749)

Lowe, J. A. et al. 2009 UK Climate Projections science report: marine and coastal projections. Exeter, UK: Met Office Hadley Centre.

Maracchi, G., Sirotenko, O. & Bindi, M. 2005 Impacts of present and future climate variability on agriculture and forestry in the temperate regions: Europe. Clim. Change 70, 117–135. (doi:10.1007/s10584-005-5939-7)

McDonald, R. E., Bleaken, D. G., Cresswell, D. R., Pope, V. D. & Senior, C. A. 2005 Tropical storms: representation and diagnosis in climate models and the impacts of climate change. Clim. Dyn. 25, 19–36. (doi:10.1007/ s00382-004-0491-0)

Meehl, G. A. et al. 2007 Global climate projections. In Climate change 2007: the physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. B. Averyt, M. Tignor & H. L. Miller), pp. 747–846. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Morgan, P. B., Ainsworth, E. A. & Long, S. P. 2003 How does elevated ozone impact soybean? A meta-analysis of photosynthesis, growth and yield. Plant Cell Environ. 26, 1317–1328. (doi:10.1046/j.0016-8025.2003.01056.x)

Nelson, G. C. et al. 2009 Climate change impact on agriculture and costs of adaptation. Washington, DC: International Food Policy Research Institute.

Newman, J. A. 2004 Climate change and cereal aphids: the relative effects of increasing CO₂ and temperature on aphid population dynamics. Global Change Biol. 10, 5–15. (doi:10.1111/j.1365-2486.2003.00709.x)

Norby, R. J., Ledford, J., Reilly, C. D., Miller, N. E. & O’Neill, E. G. 2004 Fine-root production dominates response of a deciduous forest to atmospheric CO₂

enrichment. Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 9689–

9693. (doi:10.1073/pnas.0403491101)

Olesen, J. E. & Bindi, M. 2002 Consequences of climate change for European agricultural productivity, land use and policy. Eur. J. Agron. 16, 239–262. (doi:10.1016/ S1161-0301(02)00004-7)

Olesen, J. E. et al. 2007 Uncertainties in projected impacts of climate change on European agriculture and terrestrial ecosystems based on scenarios from regional climate models. Clim. Change 81, 123–143. (doi:10.1007/

s10584-006-9216-1)

Palmer, W. C. 1965 Meteorological drought. Research paper 45. Washington, DC: US Weather Bureau.

Parry, M. L., Rosenzweig, C., Iglesias, A., Livermore, M. & Fischer, G. 2004 Effects of climate change on global food production under SRES emissions and socio-economic scenarios. Global Environ. Change—Hum. Policy Dimens. 14, 53–67.

Pfeffer, W. T., Harper, J. T. & O’Neel, S. 2008 Kinematic constraints on glacier contributions to 21st-century sea-level rise. Science 321, 1340–1343. (doi:10.1126/

science.1159099)

Porter, J. R. & Gawith, M. 1999 Temperatures and the growth and development of wheat: a review. Eur. J. Agron. 10, 23–36. (doi:10.1016/S1161-0301(98)00047-1)

Porter, J. R. & Semenov, M. A. 2005 Crop responses to climatic variation. Phil. Trans. R. Soc. B 360, 2021–2035. (doi:10.1098/rstb.2005.1752)

Reilly, J. et al. 2003 US agriculture and climate change: new results. Clim. Change 57, 43–69.

Richter, G. M. & Semenov, M. A. 2005 Modelling impacts of climate change on wheat yields in England and Wales: assessing drought risks. Agric. Syst. 84, 77–97. (doi:10. 1016/j.agsy.2004.06.011)

Rohling, E. J., Grant, K., Hemleben, C., Siddall, M., Hoogakker, B. A. A., Bolshaw, M. & Kucera, M. 2008 High rates of sea-level rise during the last interglacial period. Nat. Geosci. 1, 38–42. (doi:10.1038/ngeo.2007.28)

Sinclair, T. R. et al. 2000 Leaf nitrogen concentration of wheat subjected to elevated (CO₂) and either water or N deficits. Agric. Ecosyst. Environ. 79, 53–60. (doi:10. 1016/S0167-8809(99)00146-2)

Sivakumar, M. V. K., Das, H. P. & Brunini, O. 2005 Impacts of present and future climate variability and change on agriculture and forestry in the arid and semi-arid tropics. Clim. Change 70, 31–72. (doi:10.1007/s10584-0055937-9)

Staley, J. T. & Johnson, S. N. 2008 Climate change impacts on root herbivores. In Root Feeders: an ecosystem perspective

(eds S. N. Johnson & P. J. Murray). Wallingford, UK: CABI.

Stern, N. 2007 The economics of climate change: the Stern review. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Stott, P. A., Stone, D. A. & Allen, M. R. 2004 Human contribution to the European heatwave of 2003. Nature 432, 610–614. (doi:10.1038/nature03089)

Stover, E. & Vinck, P. 2008 Cyclone Nargis and the politics of relief and reconstruction aid in Burma (Myanmar). J. Am. Med. Assoc. 300, 729–731. (doi:10.1001/jama. 300.6.729)

Tao, F. L., Yokozawa, M., Hayashi, Y. & Lin, E. D. 2003 Future climate change, the agricultural water cycle, and agricultural production in China. Agric. Ecosyst. Environ. 97, 361–361. (doi:10.1016/S0167-8809(03)00174-9)

Tubiello, F. & Fischer, G. 2006 Reducing climate change impacts on agriculture: global and regional effects of mitigation, 2000–2080. Technol. Forecasting Soc. Change 74, 1030–1056. (doi:10.1016/j.techfore.2006.05.027)

Tubiello, F. N., Rosenzweig, C., Goldberg, R. A., Jagtap, S. & Jones, J. W. 2002 Effects of climate change on US crop production: simulation results using two different GCM scenarios. Part I: wheat, potato, maize, and citrus. Clim. Res. 20, 259–270.

Tubiello, F. N. et al. 2007 Crop response to elevated CO₂ and world food supply—a comment on ‘food for thought …’ by Long et al. Science 312: 1918–1921, 2006. Eur. J. Agron. 26, 215–223. (doi:10.1016/j.eja. 2006.10.002)

Tuck, G., Glendining, M. J., Smith, P., House, J. I. & Wattenbach, M. 2006 The potential distribution of bioenergy crops in Europe under present and future climate. Biomass Bioenergy 30, 183–197. (doi:10.1016/j. biombioe.2005.11.019)

United Nations. 2007 Cyclone Sidr United Nations Rapid Initial Assessment Report. See http://ochaonline.un.org/ News/NaturalDisasters/Bangladesh/tabid/2707/Default. aspx.

Van Dingenen, R., Dentener, F. J., Raes, F., Krol, M. C., Emberson, L. & Cofala, J. 2009 The global impact of ozone on agricultural crop yields under current and future air quality legislation. Atmos. Environ. 43, 604–618.

Vara Prasad, P. V., Boote, K. J., Allen, L. H. & Thomas, J. M. G. 2003 Super-optimal temperatures are detrimental to peanut (Arachis hypogaea L.) reproductive processes and yield at both ambient and elevated carbon dioxide. Global Change Biol. 9, 1775–1787. (doi:10.1046/j.1365-

2486.2003.00708.x)

von Caemmerer, S. & Furbank, R. T. 2003 The C-4 pathway: an efficient CO₂ pump. Photosynth. Res. 77, 191–207.

Walther, S. & Abtew, W. 2006 Contribution of rainfall from tropical systems in South Florida. In South Florida Water Management District, West Palm Beach. Palm Beach, FL: Environmental Resources Department.

Webster, P. J. 2008 Myanmar’s deadly daffodil. Nat. Geosci. 1, 488–490. (doi:10.1038/ngeo257)

Wheeler, T. R., Craufurd, P. Q., Ellis, R. H., Porter, J. R. & Prasad, P. V. V. 2000 Temperature variability and the yield of annual crops. Agric. Ecosyst. Environ. 82, 159–167. (doi:10.1016/S0167-8809(00)00224-3)

Wollenweber, B., Porter, J. R. & Schellberg, J. 2003 Lack of interaction between extreme high-temperature events at vegetative and reproductive growth stages in wheat. J. Agron. Crop Sci. 189, 142–150. (doi:10.1046/j.1439037X.2003.00025.x)

Wullschleger, S. D., Tschaplinski, T. J. & Norby, R. J. 2002 Plant water relations at elevated CO₂—implications for water-limited environments. Plant Cell Environ. 25, 319–331. (doi:10.1046/j.1365-3040.2002.00796.x)

Zemp, M., Roer, I., Ka¨a¨b, A., Hoelzle, M., Paul, F. & Haeberli, W. 2008 Global glacier changes: facts and figures. Zurich, Switzerland: UNEP, World Glacier Monitoring

Service.

Zhou, X. L., Harrington, R., Woiwod, I. P., Perry, J. N., Bale, J. S. & Clark, S. J. 1995 Effects of temperature on aphid phenology. Global Change Biol. 1, 303–313.

ترجمه: مجید میری