Assessing the impact of climate change on agriculture in Indrawati basin, Nepal

Agriculture is most sensitive to climate change, especially to temperature and precipitation changes. The purpose of this study was to evaluate the climate change impacts on rain-fed crops production, recognizing benefits and negative effects in Indrawati river basin, Nepal. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT 2009) model was used as the primary tool in the analysis in order to predict the influence of different climate change scenarios in the Himalayan basin. The watershed was delineated using the SRTM DEM, FAO based global land use map, soil map from SOTER database for Nepal and daily weather data collected from about 13 weather stations for a period of about 30-40 years. Then management practices (crop calendar) were applied to specific Hydrological Response Units (HRUs) for the main crops of the region: rice, corn and wheat. Firstly the streamflow simulated by SWAT was compared to the observed discharge data in order to calibrate the model. Both calibration and validation gave NSE and R2 > 0.7. Secondly manual calibration of crop production was carried out using the observed values of crop yield in Indrawati basin. The calibrated and validated model was further applied to assess the impact of three future climate change scenarios (RCPs) on the crop productivity in the region. Three climate models (GCMs) were adopted to generate RCPs: each scenario was characterized by different values of temperature, rainfall and CO2 concentration. Hence the consequences of climate change were estimated considering three time windows: baseline period (1995-2004), the middle of century (2045-2054) and the end of century (2085-2094). For each GCM and RCP yield in future decades was compared to the corresponding value during baseline scenario. In the end results obtained from SWAT simulation revealed small variation in crop production and the highest ones were predicted by simulations based on climatic projections obtained from model CCSM4, especially for wheat yield.

Il settore agricolo risulta particolarmente vulnerabile al cambiamento climatico, soprattutto alle variazioni di temperatura e precipitazioni. L’obiettivo di questo studio è stata la valutazione dell’impatto dei cambiamenti climatici sull’agricoltura non irrigua, identificando gli effetti positivi e negativi sulle maggiori colture del bacino del fiume Indrawati, Nepal. Il modello SWAT (Soil and Water Assessment Tool) è stato impiegato come strumento principale di analisi per prevedere l’influenza di differenti scenari climatici nella regione considerata. Prima di tutto si è delineato il bacino Indrawati tramite l’SRTM DEM, la mappa di uso del suolo basata sulla classificazione FAO, la mappa del suolo ricavata dal database SOTER per il Nepal e i dati climatici raccolti da 13 stazioni meteorologiche per un periodo di circa 30-40 anni. Quindi i periodi di coltivazione di riso, mais e grano sono stati assegnati alle diverse HRU (Hydrological Response Unit) definite nel modello. Successivamente sono stati effettuati due tipi di calibrazione per migliorare il grado di affidabilità del modello. La prima si è basata sul confronto tra l’output di deflusso superficiale generato da SWAT e le portate osservate. Sia la calibrazione che la validazione della componente idrologica del modello hanno riportato valori di NSE ed R2 superiori allo 0.7. In secondo luogo si è effettuata la calibrazione manuale della produzione agricola simulata dal modello, basandosi sui valori di raccolto osservati nel bacino. In seguito il modello calibrato e validato ha permesso di stimare le conseguenze di tre scenari di cambiamento climatico (RCP) sulla produttività della regione. Tre diversi modelli climatici (GCM) sono stati adottati per definire gli scenari RCP: a ciascuno scenario corrispondeva una determinata serie di dati di precipitazione, temperatura ed uno specifico valore di concentrazione atmosferica di CO2. L’analisi degli impatti dovuti alle diverse proiezioni climatiche è stata svolta considerando tre finestre temporali: il periodo di riferimento dal 1995 al 2004, il decennio a metà secolo dal 2045 al 2054 e il decennio a fine secolo dal 2085 al 2094. Il raccolto simulato nei decenni futuri sotto le diverse condizioni climatiche è stato confrontato con il corrispondente valore nel periodo di riferimento. Nel complesso i risultati hanno dimostrato che la produzione delle diverse colture subirebbe piccole variazioni, le maggiori delle quali sono state riscontrate nelle previsioni basate sui dati climatici del modello CCSM4, in particolare per il grano.