Modeling the current and future ranges of Turkish pine (Pinus brutia) and oriental beech (Fagus orientalis) in Turkey in the face of climate change

Abstract

Küresel iklim değişikliğinin biyotik ve abiyotik sistemler üzerindeki potansiyel etkileri genişçe kabul görmektedir. Bu etkilerden başlıcalarından birisinin de tür dağılımları üzerinde olduğu beklenmektedir. Tür dağılım modelleri (TDM) türlerin alanlarda var oluşları arasındaki ilişkileri ve bu alanların çevresel uzamsal karakteristiklerini tahmin etmek için kullanılmaktadır. Ayrıca TDM'ler türlerin küresel iklim değişikliğine karşı olası tepkilerini anlamak için de kullanılabilmektedir. Özellikle, küresel iklim değişikliğinin oluşturduğu baskıdan dolayı artan yönetici mercilerin bilgilendirilmesi ihtiyacının zorunluluğu düşünüldüğünde, bazı belirsizlik kaynaklarına rağmen, TDM'ler gelecekteki iklim durumları üzerinde yapılabilecek tahminler açısından yararlı ve yöneticiler için uygun maliyetli araçlar haline gelebilmiştir. Bu tez, ekonomik ve ekolojik olarak önemli değerlere sahip iki ağaç türünün, kızılçam ve kayının, şimdiki ve gelecekteki olası dağılımlarının küresel iklim değişikliği karşısında nasıl değişeceğini modellemeyi ve model kurulumlarında değişik veri setlerini ve modelleme yöntemleri kullanmanın TDM doğruluğunun üzerine etkilerini incelemeyi hedeflemektedir.Tür dağılım modelleri çalıştırılmasında bir açık yazılım olan R (versiyon 2.15.1) üzerinde çalışan BIOMOD 2 uygulaması kullanılmıştır. Model kalibrasasyonlarında, farklı yanıt değişken setleri sekiz farklı modelleme yöntemiyele kullanılmıştır. Ayrıca, topluluk tahminini AUC (ROC eğrisi altında kalan alan büyüklüğü) değerlerine orantılı ağırlıklı ortalama (eğitimli modeller) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Güncel model değerlendirmeleri 1/25.000 ölçekli sayısal meşçere haritaları ile karşılaştırılmış ve farklı ölçültlerle sınanmıştır. Türlerin gelecek yayılışları IPCC SRES A2 ve B2 emisyon senaryoları ile üretilmiş HadCM3 küresel iklim modelleri kullanılarak projeksiyonları üretilmiştir. Topluluk tahmin modellerine göre, 2050 ve 2080 yıllarında öngörülen kazanç/kayıp habitat büyüklükleri haritalandırılmış ve değeşen alan büyüklükleri her veri seti ve emisyon senaryolarına göre hesaplanmıştır.Topluluk modellerinin sonucuna gore, kızılçam ağaçlarına iklimsel olarak uygun alanların daha yüksek irtifalara, Türkiye'nin kuzey ve kuzeydoğu bölgelerine, kayacağı tahmin edilmiştir. Kayın ağaçları içinse potansiyel olarak uygun alanların çoğunlukla yok olacağı ve toplam dağılımlarının gelecekte daralacağı/küçüleceği tahmin edilmiştir. 2080'de kızılçam ağaçlarının iklimsel olarak uygun alanlara sahip olabileceği öngörülürken, kayın ağaçlarının gelecekte bulabileceği uygun alanların çok sınırlı olacağı ön görüldümüştür. İki ağaç türünün de günümüzdeki habitatlarının gelecekte önemli bir kısmının uygun olmayan hale geleceği tahmin edilmiştir.Genel olarak, küresel iklim değişikliğinin Türkiye'deki kızılçam ve kayın ormanları üzerinde önemli derecede etkili olacağı düşünülmüştür. Gelecekte, yeni oluşabilecek uygun habitatlara bu türlerin yayılımlarının hızlı olup olamayacağına dayanarak, ciddi ekolojik, ekonomik ve sosyal sonuçlar doğabileceği belirtilmiştir.

Climate change is widely recognized to have potential impacts on global biotic and abiotic systems. One of the major impacts is expected on species distributions. Species distribution models (SDMs) are used for estimating the relationship between species occurrences at sites and environmental and/or spatial characteristics of those sites. SDMs can be used to understand possible responses of species to climate change. Despite some sources of uncertainty, projections onto future climate are useful and cost-effective tools for managers, especially given the increasing urgency to inform management authorities under the pressure of climate change. This thesis aims to model current and potential future distributions of two economically and ecologically important tree species, Turkish pine and oriental beech, in the face of climate change, and to assess the effect of using different data sets and modeling methods in model setups on SDM accuracy.The BIOMOD 2 framework, implemented in the open source software R (version 2.15.1) was used to build the distribution models. In model calibrations, different data sets of response variables were used with eight different modeling methods. Moreover, ensemble forecasting was carried out by using a proportional weighted average of each model's predictions (trained models) based on the AUC scores. Performances of the current predictions were compared to 1/25.000 scale forest stand maps and evaluated using various metrics. Future distributions for each species were projected according to IPCC SRES emission scenarios A2 and B2 of the HadCM3 global circulation model.Based on the results of the ensemble models, climatically suitable areas of Turkish pine trees were predicted to shift to higher altitudes and toward the north and northeastern regions of Turkey. Potentially suitable areas for oriental beech were expected mainly to be lost and its overall distribution was predicted to be narrower in the future. While Turkish pine was likely to gain large climatically suitable areas by 2080, expansion into suitable areas by oriental beech in the future was predicted to be very limited. An important proportion of habitats where Turkish pine and oriental beech currently occur were predicted to become unsuitable in the future.Overall, climate change is expected to have significant impacts on the distributions of Turkish pine and oriental beech forests in Turkey. Depending on whether fast dispersal to newly occurred suitable habitats will be possible or not, it can be stated that serious ecological, economic and social consequences will probably come out.