التنبؤ البيئي

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

تستخدم التنبؤات البيئية المعرفة في الفيزياء وعلم البيئة وعلم وظائف الأعضاء للتنبؤ بكيفية تغير التجمعات السكانية أو المجتمعات أو النظم البيئية في المستقبل استجابةً لعوامل بيئية مثل تغير المناخ . ويهدف هذا النهج إلى تزويد مديري الموارد الطبيعية بالمعلومات اللازمة لاستباق الظروف المناخية قصيرة وطويلة الأجل والاستجابة لها. [ 1 ]

تُشكّل الظروف المناخية المتغيرة تحديًا أمام علماء البيئة للتنبؤ بمكان وزمان وحجم التغيرات المحتملة، وذلك بهدف التخفيف من آثارها أو على الأقل الاستعداد لها. ويعتمد التنبؤ البيئي على المعرفة الحالية بتفاعلات النظم البيئية للتنبؤ بكيفية تأثير التغيرات في العوامل البيئية على النظم البيئية ككل.

يُعد كتاب "التنبؤ البيئي" الذي ألفه مايكل سي. ديتز أحد أكثر المصادر شمولاً حول هذا الموضوع . [ 2 ]

طُرق

بدأ علماء البيئة بالتحول نحو الأساليب البايزية ابتداءً من عام 1990، عندما أتاحت التحسينات في القدرة الحاسوبية استخدام إحصاءات حاسوبية أكثر تعقيدًا، مثل بايز الهرمي. [ 3 ] [ 4 ] يستخدم هذا النوع من التحليل شبكة بايزية توفر نموذجًا بيانيًا احتماليًا لمجموعة من المعلمات، ويمكنه استيعاب المتغيرات غير المرصودة. يُعد الهيكل البايزي منهجًا احتماليًا مرنًا للبيانات عالية الأبعاد، ويسمح لعلماء البيئة بفصل مصادر عدم اليقين في نماذجهم. [ 3 ] [ 5 ]

يمكن الاستفادة من نظرية بايز في التنبؤات ، وتحديثها بشكل متكرر بملاحظات جديدة باستخدام عملية تُسمى استيعاب البيانات . [ 2 ] يجمع استيعاب البيانات بين الملاحظات على نطاقات زمنية وجغرافية مختلفة والتنبؤات، مما يوفر معلومات أكثر مما يوفره أي مصدر بيانات منفرد. [ 2 ] وقد وجد بعض علماء البيئة أن هذا الإطار مفيد للنماذج البيئية، نظرًا لاعتمادها غالبًا على نطاق واسع من مصادر البيانات. [ 3 ]

نماذج

تختلف التنبؤات البيئية في نطاقها المكاني والزماني، وكذلك في ما يتم التنبؤ به (الوجود، الوفرة، التنوع، الإنتاج، إلخ).

  • يمكن استخدام نماذج السكان لإنتاج تنبؤات قصيرة المدى عن وفرة الكائنات الحية، وذلك بالاعتماد على معرفة ديناميكيات السكان والظروف البيئية الحديثة. وتُستخدم هذه النماذج بشكل خاص في التنبؤ بمصايد الأسماك والأمراض .
  • يمكن استخدام نماذج توزيع الأنواع (SDMs) للتنبؤ بتوزيع الأنواع (وجودها أو وفرتها) على مدى فترات زمنية بيئية أطول باستخدام معلومات حول الظروف البيئية الماضية والمتوقعة عبر المناظر الطبيعية.
    • تعتمد نماذج توزيع الأنواع الارتباطية، والمعروفة أيضًا بنماذج الغلاف المناخي، على الارتباطات الإحصائية بين التوزيعات الحالية للأنواع (حدود النطاق) والمتغيرات البيئية لتحديد نطاق (غلاف) الظروف البيئية التي يمكن أن تعيش ضمنها الأنواع. [ 6 ] [ 7 ] ويمكن بعد ذلك التنبؤ بحدود نطاق جديدة باستخدام المستويات المستقبلية للعوامل البيئية مثل درجة الحرارة وهطول الأمطار والملوحة من توقعات نماذج المناخ. تُعد هذه الأساليب مناسبة لدراسة أعداد كبيرة من الأنواع ، ولكنها على الأرجح ليست وسيلة جيدة للتنبؤ بالتأثيرات على نطاقات دقيقة.
    • تستخدم نماذج توزيع الأنواع الآلية معلومات حول قدرة الأنواع على تحمل الظروف الفسيولوجية وقيودها، بالإضافة إلى نماذج درجة حرارة جسم الكائن الحي وخصائصه الفيزيائية الحيوية الأخرى، لتحديد نطاق الظروف البيئية التي يمكن أن تعيش فيها الأنواع. تُسقط هذه القدرات على الظروف البيئية الحالية والمتوقعة في المنطقة لتحديد النطاقات الحالية والمتوقعة للأنواع. [ 8 ] [ 9 ] على عكس مناهج "الغلاف المناخي"، تُنمذج نماذج توزيع الأنواع الآلية الموطن البيئي الأساسي بشكل مباشر، ولذلك فهي أكثر دقة. [ 10 ] مع ذلك، يتطلب هذا النهج معلومات أكثر، وعادةً ما يستغرق وقتًا أطول. [ 6 ]
  • يمكن استخدام أنواع أخرى من النماذج للتنبؤ بالتنوع البيولوجي (أو إعادة بنائه) على مدى فترات زمنية تطورية. تستخدم نماذج علم الأحياء القديمة الأدلة الأحفورية والوراثية للتنوع البيولوجي في الماضي لتوقع مسار التنوع البيولوجي في المستقبل. يمكن إنشاء رسوم بيانية بسيطة ثم تعديلها بناءً على جودة السجل الأحفوري المتفاوتة. [ 11 ]

أمثلة على التنبؤ

التنوع البيولوجي

باستخدام الأدلة الأحفورية، أظهرت الدراسات أن التنوع البيولوجي للفقاريات قد نما بشكل كبير عبر تاريخ الأرض وأن التنوع البيولوجي متشابك مع تنوع موائل الأرض.

"لم تغزو الحيوانات بعد ثلثي موائل الأرض، وقد يكون من الممكن أن يستمر التنوع البيولوجي في الزيادة بشكل كبير دون تأثير بشري."

— ساهني وآخرون [ 11 ]​

درجة حرارة

تُظهر التوقعات الخاصة بدرجة الحرارة، الموضحة في الرسم البياني على اليمين كنقاط ملونة، على طول الجزيرة الشمالية لنيوزيلندا في صيف نصف الكرة الجنوبي لعام 2007. ووفقًا لمقياس درجة الحرارة الموضح في الأسفل، فقد تم التنبؤ بأن درجات الحرارة في منطقة المد والجزر ستتجاوز 30  درجة مئوية في بعض المواقع في 19 فبراير؛ وأظهرت الدراسات الاستقصائية اللاحقة أن هذه المواقع تتوافق مع حالات نفوق جماعي لقنافذ البحر التي تحفر الجحور.

دورة الكربون الأرضية

استُخدمت تنبؤات تدفق الكربون الأرضي في إثراء نماذج نظام الأرض (ESMs). [ 12 ] وتعتمد بعض المناهج على قياسات من أبراج قياس التدفق الدوامي للتنبؤ بمخزونات الكربون. [ 13 ] وفي ورقة بحثية نُشرت عام 2015، وجد الباحثون أن محتوى الكربون في النظم البيئية الأرضية يميل إلى التقارب نحو حالة توازن، وأن معدل هذا التقارب قابل للتنبؤ به بطبيعته. [ 12 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ برادفورد، جون ب؛ بيتانكورت، خوليو ل؛ باترفيلد، برادلي ج؛ مونسون، سيث م؛ وود، تروي إي (10 مارس 2018). "علم إدارة الموارد الطبيعية الاستباقي لمستقبل متغير" . مجلة فرونتيرز في علم البيئة والبيئة . 16 (5): 295-303 . رمز Bibcode : 2018FrEE...16..295B . doi : 10.1002/fee.1806 . ISSN 1540-9295 . 
  2. 1 2 3 ديتز، إم سي (2017). التنبؤ البيئي . مطبعة جامعة برينستون. ISBN 9780691160573.
  3. 1 2 3 كلارك، جيمس س. (15 ديسمبر 2004). "لماذا يتحول علماء البيئة إلى منهج بايزي؟" . رسائل علم البيئة . 8 (1): 2-14 . doi : 10.1111/j.1461-0248.2004.00702.x . ISSN 1461-023X . 
  4. ↑ جيلفاند، آلان إي؛ سميث، أدريان إف إم (1990-06-01). "مناهج قائمة على أخذ العينات لحساب الكثافات الحدية" . مجلة الجمعية الإحصائية الأمريكية . 85 (410): 398-409 . doi : 10.1080/01621459.1990.10476213 . ISSN 0162-1459 . 
  5. ↑ ديتز، مايكل؛ لينش، هيذر (28 يناير 2019). "استشراف مستقبل مشرق لعلم البيئة" . مجلة فرونتيرز في علم البيئة والبيئة . 17 (1): 3. رمز Bibcode : 2019FrEE...17....3D . doi : 10.1002/fee.1994 . ISSN 1540-9295 . S2CID 92277706 .  
  6. 1 2 بيرسون، ريتشارد ج.؛ داوسون، تيرينس ب. (2003). "التنبؤ بتأثيرات تغير المناخ على توزيع الأنواع: هل نماذج الغلاف المناخي الحيوي مفيدة؟". علم البيئة العالمي والجغرافيا الحيوية . 12 (5): 361-371 . Bibcode : 2003GloEB..12..361P . doi : 10.1046/j.1466-822X.2003.00042.x . ISSN 1466-8238 . S2CID 13187378 .  
  7. ↑ إيليث، جين؛ ليثويك، جون ر. (2009). "نماذج توزيع الأنواع: التفسير والتنبؤ البيئي عبر المكان والزمان". المراجعة السنوية لعلم البيئة والتطور والتصنيف . 40 (1): 677-697 . doi : 10.1146/annurev.ecolsys.110308.120159 . ISSN 1543-592X . S2CID 86460963 .  
  8. ↑ كيرني، مايكل؛ فيليبس، بن ل.؛ تريسي، كريستوفر ر.؛ كريستيان، كيث أ.؛ بيتس، غريغوري؛ بورتر، وارن ب. (2008). "نمذجة توزيع الأنواع دون استخدام توزيع الأنواع: ضفدع القصب في أستراليا في ظل المناخ الحالي والمستقبلي" . علم البيئة الجغرافية . 31 (4): 423-434 . Bibcode : 2008Ecogr..31..423K . doi : 10.1111/j.0906-7590.2008.05457.x . ISSN 1600-0587 . 
  9. ↑ هيلموث، برايان؛ ميسكوفسكا، نوفا؛ مور، بيبا؛ هوكينز، ستيفن جيه. (2006). "العيش على حافة عالمين متغيرين: التنبؤ باستجابات النظم البيئية الصخرية المدية لتغير المناخ". المراجعة السنوية لعلم البيئة والتطور والتصنيف . 37 (1): 373-404 . doi : 10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110149 .
  10. ↑ كيرني، م. (2006). "الموئل والبيئة والمكانة البيئية: ما الذي نقوم بنمذجته؟". مجلة Oikos . 115 (1): 186-191 . Bibcode : 2006Oikos.115..186K . doi : 10.1111/j.2006.0030-1299.14908.x . ISSN 1600-0706 . 
  11. 1 2 ساهني، إس.؛ بنتون، إم. جيه.؛ وفيري، بي. إيه. (2010). "الروابط بين التنوع التصنيفي العالمي، والتنوع البيئي، وانتشار الفقاريات على اليابسة" . رسائل علم الأحياء . 6 (4): 544-547 . doi : 10.1098/rsbl.2009.1024 . PMC 2936204. PMID 20106856 .  
  12. 1 2 لو، ييكي؛ كينان، تريفور ف.؛ سميث، ماثيو (2014-12-03). "إمكانية التنبؤ بدورة الكربون الأرضية" . بيولوجيا التغير العالمي . 21 (5): 1737-1751 . doi : 10.1111/gcb.12766 . ISSN 1354-1013 . PMID 25327167. S2CID 14002722 .   
  13. ↑ دوكوهكي، حمزة؛ موريسون، بيلي د.؛ رايهو، آن؛ سربين، شون ب.؛ ديتز، مايكل (22-10-2021). "نهج جديد لدمج البيانات في نموذج جديد لإعادة تحليل دورة الكربون الأرضية في جميع أنحاء الولايات المتحدة المتجاورة باستخدام نظام استيعاب بيانات الولاية SIPNET وPEcAn الإصدار 1.7.2" . مناقشات تطوير النماذج الجيولوجية : 1-28 . doi : 10.5194/gmd-2021-236 . ISSN 1991-959X . S2CID 239526189 .