A klímaváltozás várható regionális hatása az Európában vadon élő emlősök élőhelyére RCM szimulációk felhasználásával Doktori értekezés tézisei Nagy Júlia Anna Témavezető: Dr. Bartholy Judit, az MTA doktora, egyetemi tanár Konzulensek: Dr. Pongrácz Rita, egyetemi adjunktus Dr. Hufnagel Levente, egyetemi docens ELTE TTK Környezettudományi Doktori Iskola Vezető: Dr. Jánosi Imre, az MTA doktora, egyetemi tanár Környezeti földtudomány Program Vezető: Dr. Szabó Csaba, egyetemi docens Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Budapest, 2015
1. Vizsgált problémakör, célkitűzések A globális klímaváltozás nemcsak az emberiségre, s a városi környezetre, hanem a vadon élő állatok életkörülményeire is hatással van. Az éghajlat mint abiotikus tényező, elsődleges meghatározója az élővilág fajgazdagságának, s az egyes fajok elterjedésének egy adott térségben. A globális felmelegedés, illetve klímaváltozás következtében módosulhat a vadon élő állatok jelenlegi elterjedése, egyes fajokat pedig akár kihalás is fenyegethet. Az értekezésben bemutatott kutatások célja, hogy a különböző éghajlati szcenáriókra, finom térbeli felbontással rendelkezésre álló modelleredményeket elemezzük, s megbecsüljük a várható klímaváltozás európai vadon élő emlősfajok élőhelyére gyakorolt hatását. Mivel egy adott térség klímája az egyik elsődleges meghatározója az ott kialakult faunának, ezért ennek ismeretében meghatároztuk a veszélyeztetett emlősfajok körét is egész Európára, valamint fajgazdagság változása tekintetében régiónként. Ezen okból négy módszertani esettanulmányt mutattunk be: a közönséges törpedenevérre (Pipistrellus pipistrellus), a közönséges vakondra (Talpa europaea), a mezei nyúlra (Lepus europeaus), valamint a jávorszarvasra (Alces alces) vonatkozóan, valamint három esettanulmány készült az európai denvérfajokra (Microchiroptera), vakondfajokra (Talpidae) és nyúlfajokra (Leporidae) is. Mivel az elkövetkezendő évtizedekben a globális felmelegedés hatására hazánk területén növekvő hőmérsékletre, nyári szárazságra és a téli időszak csapadékosabbá válására számíthatunk, ezért elemeztük a Kárpát-medencében jelenleg vadon élő emlősök élőhelyeire vonatkozó változásokat, valamint meghatároztuk azon fajokat, melyek számára a megváltozott éghajlati körülmények miatt nem található majd klimatikus szempontból optimális élőhely a jövőben, a vizsgált térségben. Ezen vizsgálatokhoz a jelenleg rendelkezésre álló széles körben használt adatbázisok, illetve megfelelő módszertan felkutatása szolgált alapul. Az értekezésben szereplő eredmények segítséget nyújthatnak a várható klímaváltozás regionális hatásaihoz való alkalmazkodás és felkészülés stratégiájának kidolgozásához. 2
2. Felhasznált adatbázisok és módszerek A vizsgálatok során az Atlas of European Mammals emlősfajok elterjedési térképeit tartalmazó adatbázis, valamint a megfigyeléseken alapuló E-OBS és a RACMO modellszimuláció hőmérsékleti- és csapadékmezőinek együttes elemzésével, fajonként meghatároztuk a jelenlegi klimatikus igénynek megfelelő területet Európában. A különböző adatbázisok együttes elemzése érdekében először az elterjedési adatokat tartalmazó atlasz digitalizálása, majd az eredeti 50 km-esből 25 km-es felbontásúvá konvertálása történt. Az egyes fajok klimatikus igényének megfelelő terület meghatározásához az állati klimatikus igény profil módszerét alkalmaztuk. Eszerint a négy, éghajlatot leíró paraméter (átlaghőmérséklet, csapadékösszeg, minimumhőmérséklet, maximumhőmérséklet) 30 éves átlagait elemeztük, az E-OBS 1961-1990-es időszak adatai alapján. Majd definiáltuk az optimális klimatikus igényt, általam meghatározott index segítségével, amely intervallumokat térképeken ábrázoltunk a jelenre (1961-1990), valamint a RACMO modellszimulációk segítségével a SRES A1B klímaszcenárió alapján a 2021-2050 és a 2071-2100 időszakra vonatkozóan is. Grafikus segédprogrammal (Gnuplot) megjelenítettük a vizsgált emlősfajokat jellemző Q indexek grafikonját. Majd GrADS megjelenítő software segítségével egyenként, illetve együttes kompozit térképeken is ábrázoltuk a jelenre (1961-1990), illetve a modellszimulációk alapján a jövőre (2021-2050, 2071-2100) vonatkozóan, a négy éghajlatot leíró paraméterhez (átlaghőmérséklet, csapadékösszeg, minimumhőmérséklet, maximumhőmérséklet) tartozó meghatározott optimális klimatikus igénynek megfelelő területet. Összevetve ezen kompozit térképeket az eredeti elterjedési térképpel, elemeztük az adott emlősfaj számára klimatikus szempontból megfelelő terület méretének és elhelyezkedésének várható változásait a jövőben. A térképek alapján következtetések vonhatók le az egyes régiók közötti különbségek, valamint a fajdiverzitás változásának tekintetében. Ezen kívül, a földrajzi analógia módszerével vizsgáltuk a Kárpát-medencében jelenleg vadon élő emlősfajok élőhelyeit érintő változásokat, amelyeket táblázatos formában és grafikonokon is ábrázoltunk. A vizsgált emlősfajok klimatikus igényének megfelelő jelenlegi területek modellszimulációk eredményei alapján várható méretbeli változásainak mértékét számszerűsítettük, és táblázatos formában bemutattuk. 3
3. Új tudományos eredmények összefoglalása 1. Az állati klimatikus igény profil módszere alapján, a 112 vizsgált emlősfaj klimatikus igényének megfelelő terület, északi irányba való eltolódása várható, a modellszimulációk eredményei alapján. 2. A vizsgált 112 emlősfaj közül, 13 faj számára, klimatikus szempontból optimális élőhely várhatóan, eltűnik a 2021-2050 időszakra, ebből 2 emlősfaj klimatikus igényének megfelelő terület, újból megjelenik, a XXI. század második felében. További 11 faj számára, klimatikus szempontból optimális élőhelye, várhatóan eltűnik a 2071-2100 időszakra. 3. A négy vizsgált európai régió közül, az Északnyugat-Európát, mérsékelt övi Európát és Dél-Európát lefedő régiók esetén várható csökkenés, fajgazdagság tekintetében 2021-2050 időszakra. Továbbá az észak-európai régióban, ebben az időszakban nem várható változás, fajgazdagság tekintetében. 4. A négy vizsgált európai régió közül, a legjelentősebb regionális fajgazdagság csökkenés, az Északnyugat-Európát, valamint a Dél-Európát lefedő régiókban várható. Ezekben a régiókban, a 2021-2050 időszakra, rendre már csak 65, illetve 82 emlősfaj számára található, a klimatikus igényüknek megfelelő terület. (A referencia időszaknak tekintett 1961-1990 időszakban 72, illetve 89 faj klimatikus igényeinek megfelelő terület figyelhető meg az Északnyugat- Európát, illetve a Dél-Európát lefedő régióban.) 5. A vizsgált négy európai régió közül, a legjelentősebb regionális fajgazdagság csökkenés, az Északnyugat-Európát lefedő régióban várható, ahol a 2071-2100 időszakra már csak 45 emlősfaj számára található, a klimatikus igényüknek megfelelő terület, a referencia időszaknak tekintett 1961-1990 időszakban megjelenő 72 fajhoz képest. 4
6. A vizsgált négy európai régió közül, a legjelentősebb regionális fajgazdagság növekedés, az Észak-Európát lefedő régióban várható, ahol a 2071-2100 időszakra már 72 emlősfaj számára található, klimatikus igényüknek megfelelő terület. (A referencia időszaknak tekintett 1961-1990 időszakban 37 faj klimatikus igényeinek megfelelő terület figyelhető meg ebben a régióban.) 7. A közönséges törpedenevérre (Pipistrellus pipistrellus) vonatkozó esettanulmány vizsgálatai alapján, a faj számára megfelelő klimatikus viszonyokkal rendelkező terület, északi irányú eltolódása várható a 2071-2100 időszakra. Továbbá a faj számára megfelelő, klimatikus viszonyokkal rendelkező terület 23%-os, illetve 37%-os csökkenése várható (1.498 ezer km 2 - ről 1.154 ezer km 2 -re, illetve 949 ezer km 2 -re), a XXI. század közepére, illetve végére a referencia időszakhoz (1961-1990) képest. 8. A 28 tanulmányozott denevérfaj (Microchiroptera) közül, a Méhelypatkósdenevér (Rhinolophus mehelyi) számára optimális klimatikus igényének megfelelő terület, előreláthatólag a 2071-2100 időszakra teljesen eltűnik. 9. A közönséges vakondra (Talpa europaea) vonatkozó esettanulmány vizsgálatai alapján, a faj számára megfelelő klimatikus viszonyokkal rendelkező terület, északi irányú eltolódása várható, a szimulált 2071-2100 időszakra. Továbbá a faj számára megfelelő klimatikus viszonyokkal rendelkező terület 18%-os, illetve 17%-os csökkenése várható (1.334 ezer km 2 -ről 1.089 ezer km 2 -re, illetve 1.111 ezer km 2 -re) a 2021-2050, illetve a 2071-2100 időszakra az 1961-1990 referencia időszakhoz képest. 10. A 3 tanulmányozott vakondfaj (Talpidae) közül, a római vakond (Talpa romana) számára optimális klimatikus igényének megfelelő terület, eltűnik a 2021-2050 időszakra. 5
11. A mezei nyúlra (Lepus europaeus) vonatkozó esettanulmány vizsgálatai alapján, a faj számára megfelelő klimatikus viszonyokkal rendelkező terület, északi irányú eltolódása várható a szimulált 2071-2100 időszakra. Továbbá a faj számára megfelelő klimatikus viszonyokkal rendelkező terület, 12%-os, illetve 8%-os csökkenése várható (1.701 ezer km 2 -ről 1.504 ezer km 2 -re, illetve 1.562 ezer km 2 -re) a 2021-2050, illetve a 2071-2100 időszakra a 1961-1990 referencia időszakhoz képest. 12. Az 5 tanulmányozott nyúlfaj (Leporidae) közül, a fokföldi nyúl (Lepus capensis) számára optimális klimatikus igényének megfelelő terület, eltűnik a 2021-2050 időszakra. 13. A jávorszarvasra (Alces alces) vonatkozó esettanulmány vizsgálatai alapján, a faj számára megfelelő klimatikus viszonyokkal rendelkező terület, északi irányú eltolódása várható a 2071-2100 időszakra. Továbbá a faj számára megfelelő klimatikus viszonyokkal rendelkező terület, 18%-os, illetve 55%-os csökkenése várható (1.155 ezer km 2 -ről 949 ezer km 2 -re, illetve 518 ezer km 2 - re) a 2021-2050 illetve a 2071-2100 időszakra. 14. A földrajzi analógia módszere alapján, az 1961-1990 referencia időszakhoz képest, a 87 tanulmányozott emlősfajból, a közönséges hód (Castor fiber), a tavi denevér (Myotis dasycneme), a nyugati-piszedenvér (Barbastella barbastellus), a közönséges hiúz (Lynx lynx), a hermelin (Mustela erminea) és az üregi nyúl (Oryctolagus cuniculus) számára optimális klimatikus igényének megfelelő terület, várhatóan eltűnik a Kárpát-medence térségéből, a XXI. század végéig. 6
4. Tudományos közlemények jegyzéke Az értekezés témaköréből készült publikációk Bartholy J., Pongrácz R., Nagy J., Pieczka I., Hufnagel L. (2012): Regional climate change impacts on wild animal s living territory in Central Europe. Applied Ecology and Environmental Research, 10(2), pp. 107-120. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer, H., Hufnagel L. (2015): Analysis of the impacts of global warming on European terrestrial wild bat species s range area in the 21st century using regional climate model simulation Időjárás, in press Az értekezés témájához kapcsolódó közlemények Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Hufnagel L. (2011): A klímaváltozás várható regionális hatása a vadon élő állatok élőhelyére a közép-európai térségben. Természet -, Műszaki és Gazdaságtudományok Alkalmazása 10. Nemzetközi konferencia, Szombathely, 2011. május 21. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2012): A klímaváltozás várható regionális hatásának elemzése ENSEMBLES szimulációk felhasználásával az Európában vadon élő szárazföldi emlősök élőhelyére. Természet -, Műszaki és Gazdaságtudományok Alkalmazása 11. Nemzetközi konferencia, (szerk: Mesterházy B.) Szombathely, 2012. május 19. ISBN 9-639290-69-6 Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2012): A várható regionális klímaváltozás hatásának elemzése az Európában vadon élő szárazföldi emlősök élőhelyére ENSEMBLES szimulációk felhasználásával, HUNGEO, pp. 229-234. Eger, 2012. augusztus 23. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2012): Az európai éghajlat várható módosulásának hatása a vadon élő szárazföldi gerincesek élőhelyére az ENSEMBLES modellszimulációk alapján, Környezettudományi Doktori Iskolák Konferenciája, ISBN: 978-963-284-4 pp. 107.-117. Budapest, 2012. augusztus 30.-31. 7
Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2012): How the possible living territories of the European terrestrial wild vertebrates are projected to change due to the global warming? Bioclimate Conference, Bioclimatology of Ecosystems, Csehország, Usti nad Labem, ISBN: 978-80-213-2299-8 pp. 76-77. 2012. augusztus 29.-31. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2012): A klímaváltozás várható regionális hatásának elemzése az Európában élő szárazföldi emlősök élőhelyére az ENSEMBLES szimulációk felhasználásával. A VI. Magyar Földrajzi Konferencia, a MERIEXWA nyitókonferencia és a Geográfus Doktoranduszok Országos Konferenciája, Szeged, pp. 640-646. ISBN 978-963-306-175-6 (Szerk. Blanka V.) 2012. szeptember 6. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2013): Analysis of the impacts of global warming on European terrestrial wild mammals range areas in the 21st century using ENSEMBLES climate simulations Tudomány a fenntarthatóságért PhD hallgatók nemzetközi konfernciája, Nyugat-magyarországi Egyetem, Győr 2013. március 19.-20. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2013): Hogyan módosul a klímaváltozás hatására az Európában vadon élő szárazföldi emlősök élőhelye a XXI. Század végére? Természet-, Műszaki és Gazdaságtudományok Alkalmazása 12. Nemzetközi konferencia, ISBN 9-639290-69-6 Szombathely 2013. május 11. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2013): Milyen változások várhatóak a XXI. Század végére az Európában vadon élő szárazföldi emlősök élőhelyére a klímaváltozás hatására? Kárpát-medencei Földtudományi Doktori Iskolák Nemzetközi Konferenciájára., Pécs 2013. június 7.-8. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Hufnagel L. (2011): Regional climate change impacts on wild animal s living terrirory in Central Europe, European Geosciences Union General Assembly, Vienna, Austria. 3.-8. April 2011. 8
Az értekezés témájához kapcsolódó összefoglalók Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2012): Analysis of regional climate change impacts on European terrestrial wild mammal's living territory in the 21st century based on ENSEMBLES simulations. EGU2012-11972. Geophysical Research Abstracts, Vol. 14, 11972. European Geosciences Union General Assembly 2012. Ausztria, Bécs 2012. április 22.-27. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2013): How may the regional climate change redraw the European terrestrial wild mammals' living territory in the 21st century? Geophysical Research Abstracts, Vol. 15, 13796. European Geosciences Union General Assembly, Ausztria, Bécs 2013. április 8.-12. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Breuer H., Hufnagel L. (2013): How may the regional climate change redraw the European terrestrial wild mammals' living territory in the 21st century? Geophysical Research Abstracts, Vol. 15, 13796. European Geosciences Union General Assembly, Ausztria, Bécs 2013. április 8.-12. Az értekezés témájához kapcsolódó előadások MTA-TKI Alkalmazkodás a Klímaváltozáshoz Kutatócsoport, A klímaváltozás várható hatásának elemzése az európai vadon élő szárazföldi gerincesek élőhelyére az ENSEMBLES szimulációk felhasználásával 2100-ig, Budapest 2012., június 8. A XXI. században várható klímaváltozás hatása az Európában vadon élő szárazföldi gerincesek élőhelyére, Légköri hatások az állatokra Magyar Meteorológiai Társaság Éghajlati Szakosztálya és az Agro- és Biometeorológiai Szakosztálya által közösen rendezendő, OMSZ, Budapest, 2013. január 31. Az értekezés témájához kapcsolódó poszterek Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Hufnagel L. (2012): A klímaváltozás hatásai a Kárpát-medencében vadon élő szárazföldi gerincesek élőhelyére, ELTE Innovációs Nap, Budapest, 2012. február 12. Nagy J., Bartholy J., Pongrácz R., Pieczka I., Hufnagel L. (2013): Hogyan változik az Európában vadon élő szárazföldi emlősök élőhelye a klímaváltozás következtében a XXI. Század végére? ELTE Innovációs Nap, Budapest, 2013. február 26. 9