پیمان محمودی

بیلان انرژی تابشی دریافتی و برگشتی از کره زمین بیانگر انرژی قابل دسترس در هر بخش از سامانه زمین-اتمسفر می باشد. همچنین تابش خالص خورشیدی بنیادی ترین نیروی محرکه برای تبخیر و تعرق و تمامی کنش و واکنش های میان رویه زمین و اتمسفر می باشد. این برهم کنش ها به گونه ای معنی دار بر اقلیم و دگرگونی آن سایه می افکنند. ازاین رو، برآورد ریزبینانه انرژی خالص در مقیاس گسترده ازنظر مدل های اقلیمی جهانی و منطقه ای حائز اهمیت است. در این پژوهش جهت مطالعه روند تغییراتِ بلندمدتِ میانگینِ ماهانه آلبیدو سطحی (Albedo) از تولیدات آلبیدو سنجندهِ MODIS ماهوارهِ ترا بانام (MCD43B3) استفاده شد. قدرت تفکیک فضایی تصاویر اخذشده، یک در یک کیلومتر برای یک دوره آماری 15 ساله (2014-2000) برای سه ماه آوریل، می و ژوئن بوده است. بعد از اخذ تصاویر از مرکز آرشیو فعال توزیع فرایندهای سطح زمینِ ناسا، تمامی 45 تصویر دانلود شده برای منطقه مورد مطالعه موزائیک و با سیستم مختصات جهانی مرکاتور معکوس با استفاده از روش نمونه برداری نزدیک ترین همسایه ژئو رفرنس شدند. تبدیل فرمت تصاویر به فرمت ASCII مرحله بعدی کار را تشکیل داد که هر ASCII 30080 پیکسل را شامل می شود. درنهایت با استفاده از دو روش آماری برآورد کننده شیب سنس و رگرسیون خطی کلاسیک روند تغییرات بلندمدت میانگین ماهانه آلبیدو در یک مقیاس پیکسل-مبنا مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج حاصل از این دو مدل نشان دادند که این دو مدل در برآورد روند تغییرات میانگین آلبیدو دقیقاً مانند همدیگر عمل نموده اند و تفاوتی با یکدیگر نداشته اند. همچنین نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که کانون بیشترین روند کاهشی شیب تغییرات آلبیدو در شمال شرق می باشد که در این قسمت از دشت به دلیل جاری بودن رودخانه هیرمند، کشاورزی به صورت گسترده ای در آن رواج دارد. مقادیر افزایشی شیب روند تغییرات نیز به صورت بسیار محدود و لکه هایی کوچک و گاهاً بزرگ در شمال، جنوب شرق و مرکز دشت قابل مشاهده است. این روند افزایشی در مقادیر شاخص آلبیدو نیز در شمال دشت دقیقاً منطبق بر خشک شدن دریاچه های سه گانه هامون بوده است. بقیه مساحت دشت نیز که دارای چشم اندازی بیابانی می باشد و فاقد هرگونه پوشش گیاهی و همچنین جمعیت انسانی می باشد روند خاصی را از خود نشان نداده است. در این مطالعه همچنین به روشنی مشخص شد که استفاده از روش ناپارامتریک برآورد کننده شیب سنس و پارامتریک رگرسیون خطی کلاسیک در مطالعات روند تغییرات آلبیدو مناطق خشک منتج از تولیدات ماهواره ای سنجنده مادیس می تواند بسیار کارآمد باشد.

بررسی روند تغییرات پدیده های اقلیمی و هواشناسی در درازمدت اهمیت ویژه ای در مطالعات تغییر اقلیم و آشکار سازی آن دارد. در این پژوهش جهت شناسایی و دستیابی به روند تغییرات فراوانی روزهای شرجی در نیمه جنوبی ایران، داده های ساعتی فشار جزئی بخار آب مربوط به 15 ایستگاه همدید نیمه جنوبی ایران برای یک دوره آماری 30 ساله (2009 - 1980) از سازمان هواشناسی ایران اخذ شد. بعد از اخذ دادها و تشکیل بانک اطلاعاتی آن، بر اساس آستانه فشار جزئی بخار آب برابر یا بیشتر از 8/18 هکتوپاسکال فراوانی روزهای شرجی در دو مقیاس زمانی فصلی و سالانه برای تمام ایستگاه های مورد مطالعه استخراج شدند. جهت آشکار سازی روند تغییرات فراوانی روزهای شرجی نیز از روش ناپارامتریک برآورد کننده شیب سنس بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که در سه فصل پاییز، زمستان و بهار هیچگونه روند معناداری در فراوانی روزهای شرجی در ایستگاه های مورد مطالعه در سطح احتمالاتی 95 درصد مشاهده نشد. در فصل تابستان تنها ایستگاهی که روند معناداری در آن مشاهده شد ایستگاه دزفول (شیب روند: 05/1-) بود که جهت روند آن نیز کاهشی بوده است. در مقیاس سالانه هم تنها در چهار ایستگاه کرمان (شیب روند: 1/0-)، دزفول (شیب روند: 46/1-)، ایرانشهر (شیب روند: 08/1-) و زاهدان (شیب روند: 16/0-) روند معناداری در فراوانی روزهای شرجی مشاهده شد که این روند برای هر چهار ایستگاه یک روند کاهشی بوده است.

دشت سیستان از جمله مناطق خشک ایران می باشد که دارای بارندگی بسیار کم و پوشش گیاهی ضعیفی می باشد. وزش بادهای شدید بر سطح این اراضی لخت باعث تشدید فرسایش خاک شده و خسارت جبران ناپذیری به راه های مواصلاتی، اراضی کشاورزی و روستاهای مجاور وارد کرده است. در این پژوهش با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست با قدرت تفکیک 30 متر از سال 1995 تا 2018 به بررسی روند تغییرات تپه های ماسه ای در منطقه دشت سیستان پرداخته شده است. بر اساس نتایج حاصله از این  مطالعه، وسعت تپه های ماسه ای در ماه آگوست از 23/8  درصد در سال 1995 به 11 درصد در سال 2018، و در ماه جولای از 55/7 درصد به 10 درصد از سطح کل حوضه مورد مطالعه افزایش یافته است که تقریباٌ روند افزایشی چشمگیری را نشان می دهد. همچنین تغییرات مساحت دریاچه هامون از سال 1995 تا 2018 نشان می دهد که وسعت آب دریاچه به شدت کاهش یافته است و گویای این موضوع است که گسترش تپه های ماسه ای در سال های مختلف ارتباط مستقیمی با تغییرات سطح دریاچه در زمانهای مختلف دارد. همچنین مطالعات میدانی حاکی از آن است که در طی خشکسالی های مکرر منطقه سیستان، حرکت تپه های ماسه ای به حدی زیاد بوده که باعث مدفون شدن تعداد زیادی از خانه های روستایی و از بین رفتن اراضی کشاورزی شده است که این امر خود مهاجرت ساکنان بومی منطقه در سالهای اخیر را به دنبال داشته است. این مسئله همچنین باعث بیکاری بخش زیادی از کشاورزان منطقه گردیده و خسارات شدیدی به تأسیسات و کانال های آبرسانی رسانده است، به طوری که جبران آن، مستلزم هزینه و زمان زیادی می باشد.

بخش کشاورزی وابسته ترین بخش به اقلیم است و اقلیم تعیین کننده ی اصلی زمان، مکان، منابع تولید و بهره وری فعالیت های کشاورزی است. تاریخ رخ داد اولین دمای صفردرجه در پائیز و آخرین رخداد آن در بهار به لحاظ کشاورزی دارای اهمیت می باشد. این اطلاعات در تعیین گونه های مناس ب جهت کاش ت در هر منطق ه ای به کار می آیند. هدف این پژوهش شناسایی بهترین تابع توزیع احتمالاتی برای استخراج ویژگی های آماری یخبندان های ایران است. بدین منظور تاریخ یخبندان های زودرس پاییزه و دیررس بهاره با استفاده از دمای کمینه ی روزانه ی 44 ایستگاه همدید ایران برای یک دوره 30 ساله (2010 – 1981) استخراج شد. پس از برازش توزیع های گوناگون، با استفاده از آزمون نکویی برازش آندرسن-دارلینگ بهترین توزیع انتخاب گردید. نتایج بیانگر این است که بیشتر ایستگاه ها از توزیع ویکبی پیروی می کنند. بر اساس محاسبات انجام شده اولین روز یخبندان در ارتفاعات شمال غربی (سقز، همدان، اردبیل و زنجان)، شمال شرقی ( بجنورد، تربت حیدریه و بیرجند و همچنین در ارتفاعات زاگرس مرکزی (شهرکرد) به دلیل نزدیکی بیشتر با سرزمین های سرد شمالی، همچون سیبری و اروپای شمالی و همچنین ورود زودتر سیستم بادهای غربی رخ خواهدداد و دیرترین رخداد اولین روز یخبندان کمی دورتر از سواحل جنوبی ایران در نوار باریکی موازی با ساحل و قسمت هایی از سواحل شمالی (از بابلسر تا بندر انزلی) رخ می دهد و همچنین زودترین رخداد آخرین روز یخبندان در همین ناحیه در اوایل بهمن رخ می دهد. دیرترین روز پایان یخبندان در ایران در آذربایجان، کردستان، خراسان و ارتفاعات استان چهار محال و بختیاری رخ می دهد.

شرایط زمستان در معرض تغییرات سریع آب و هواست. این تغییرات می تواند در شاخص های دمایی و بارش نمود پیدا کند.دراین میان، یخبندان، به دلیلتأثیرپذیریمستقیمونمودسریعتأثیراتگرمایش جهانی،بیشترموردتوجهاست. در این پژوهش با استفاده از داده های 44 ایستگاه همدید ایران طی بازه زمانی 1981-2010 و برون داد دو مدل ریزگردانی شده گردش عمومی جو HADCM3 و GFCM21 برای بازه های زمانی 2046-2065 و 2080-2099 تحت سه سناریوی انتشار A2، B1، و A1B اثرات گرمایش جهانی بر تغییرات فراوانی روزهای یخبندان در ایران بررسی شد. نتایج بیانگر این بود که در اقلیم میانی (2046 2065) بر اساس مدل GFCM21 و سناریوهای B1، A1B، و A2 میانگین رخداد سالانه یخبندان در ایران به ترتیب 37، 46، و 41 روز خواهد بود. بر اساس مدل HADCM3 و سناریوهای یادشده، میانگین رخداد سالانه یخبندان به ترتیب 41، 42، و 46 روز است. در دوره 2081-2099، بر مبنای مدل GFCM21، میانگین شاخص یادشده 31، 29، و 43 روز خواهد بود و بر مبنای مدل HADCM3، 33، 28، و 38 روز است. به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که در همه ایستگاه های مورد مطالعه تعداد روزهای یخبندان در دهه های آتی رو به کاهش است.

هدف از پژوهش کنونی بررسی دورنمایی از اثرات احتمالی تغییر اقلیم بر جابه جایی زمانی تاریخ وقوع اولین و آخرین یخبندان های پاییزه و بهاره ایران است. بدین منظور از داده های دیده بانی 43 ایستگاه همدید کشور (1981-2010) و داده های شبیه سازی شده LARS WG در دو مدل آب وهوای جهانی GFCM21 و HadCM3 در بازه های زمانی (2065-2046) و (2099-2080)، تحت سه سناریوی انتشار A1B، A2 و B1استفاده گردید. نتایج، بیانگر جابه جایی اولین یخبندان پاییزه به سمت اوایل زمستان و جابه جایی آخرین یخبندان بهاره به سوی اواخر زمستان در گستره ایران است. پراکنش زمانی-مکانی تغییرات متفاوت است؛ به گونه ای که بیشترین جابه جایی های مثبت در رخداد اولین یخبندان پاییزه در دوره (2065-2046) در ایستگاه هایی چون خرم آباد، رشت و گرگان مشاهده می شود. میزان تغییرات در ایستگاه های شمال شرقی (سبزوار و سمنان)، نیمه جنوبی (کرمان، بم و آباده) و بیشتر ایستگاه های شمال غرب نسبت به دیگر مناطق کمتر است. در دوره (2080-2099) بیشترین روند منفی در ایستگاه های گرگان، رشت، اردبیل و شهرکرد خواهد بود. خوی، قزوین، بم و کاشان کمترین جابه جایی منفی خواهند داشت.

یکی از مشکلات اساسی در بحث مدیریت خشکسالی، تخصیص بودجه جهت کمک به آسیب دیدگان از این پدیده اقلیمی است که گاهاً مشاهده شده است که هیچ سازوکار مشخصی برای آن تعریف نشده است و بعضی اوقات نیز مشاهده شده است که این تخصیص ها بر اساس علایق منطقه ای و سیاسی بوده است و آسیب دیدگان اصلی از خشکسالی ها از این کمک ها بی بهره بوده اند، لذا این تحقیق به دنبال طراحی یک الگوریتم فراابتکارانه هوشمند جهت مدیریت بودجه خشکسالی در استان سیستان و بلوچستان می باشد. در این مطالعه از شاخص هایی همچون جمعیت، برخورداری از آب شرب شهری و روستایی، آسیب پذیری منابع آب، میزان سطح زیر کشت، تعداد بهره برداران بخش کشاورزی، مصرف سالیانه آب کشاورزی و نزولات جوی استفاده شده است. مقادیری عددی مربوط به هر کدام از این شاخص ها به تفکیک هر شهرستان جمع آوری شد ند . اما با توجه به اینکه این شاخص ها در هر شهرستان از اهمیت یکسانی برخوردار نیستند و ممکن است برخی از آنها در یک شهرستان اهمیت بیشتری و در شهرستان دیگری اهمیت کمتری داشته باشند، از تکنیک تحلیل سلسله مراتبی ( AHP ) با استفاده از روش مقایسه زوجی برای تعیین اهمیت نسبی این شاخص ها کمک گرفته شد. برای تعیین طبقات مختلف خشکسالی نیز از شاخص استاندارد شده بارش SPI) ) استفاده شد. بعد از تعیین مقادیر عددی طبقات مختلف خشکسالی های استان، از الگوریتم کلونی مورچگان برای اولویت بندی شهرستان ها جهت مدیریت بهینه بودجه خشکسالی استفاده شد که نتایج این الگوریتم در قالب نقشه های اولویت بندی مدیریت بودجه خشکسالی استان ارائه شدند. با توجه به معیارهای انتخاب شده و روش کار پیشنهادی به نظر می رسد که ترکیب تکنیک تحلیل سلسله مراتبی ( AHP ) و الگوریتم کلونی مورچگان قادر به تدوین سیستمی هوشمند حهت تعیین اولویت شهرستان های استان سیستان و بلوچستان در زمان وقوع خشکسالی ها برای اختصاص بودجه بهینه در خصوص کاهش اثرات مخرب خشکسالی ها باشند. بر اساس نقشه های اولویت بندی تخصیص بودجه بهینه خشکسالی بین شهرستان های استان سیستان و بلوچستان به راحتی مشاهده می شود که نتایج با واقعیت های موجود در استان تقریباً هماهنگی خوبی نشان می دهد.

خبندان یکی از پدیده های مهم مورد مطالعه در اقلیم شناسی است که وقوع ناگهانی آن در ابتدا و انتهای فصل سرما، می تواند بسیار خطرزا برای بخش کشاورزی باشد. لذا برای مدل سازی و پهنه بندی شاخص های آماری یخبندان ها در استان کردستان، داده های مربوط به دمای حداقل روزانه 6 ایستگاه همدید برای یک دوره 16 ساله (2016 – 2001) از سازمان هواشناسی ایران اخذ گردیدند. در ادامه با استفاده از مدل های رگرسیونی چند متغییره رابطه بین پنج شاخص آماری یخبندان ها یعنی متوسط تاریخ آغاز یخبندان، متوسط تاریخ خاتمه یخبندان، متوسط تعداد سالانه روزهای یخبندان، متوسط طول فصل یخبندان و متوسط طول فصل رشد با سه عامل ارتفاع، طول و عرض جغرافیایی مدل سازی گردید. در ادامه بر اساس مدل های رگرسیونی به دست آمده برای هر شاخص، نقشه های پهنه بندی آنها برای استان کردستان تهیه شدند. نتایج حاصل از مدلسازی رگرسیونی بین شاخص های مختلف یخبندان با سه عامل ارتفاع، عرض و طول جغرافیایی در استان کردستان نشان داد که این سه عامل به ترتیب می توانند 95، 90، 88، 80 و 72 درصد تغییرات مربوط به طول دوره رشد، وقوع اولین روز یخبندان، طول دوره یخبندان، فراوانی وقوع روزهای یخبندان و وقوع آخرین روز یخبندان را تبیین کنند. آرایش فضایی شاخص های مختلف یخبندان در استان کردستان نیز نشان از یک آرایش غربی به شرقی در مقادیر شاخص های مختلف یخبندان دارد. یعنی هر چه از جانب غرب به سمت شرق حرکت می کنیم تعداد فراوانی روزهای یخبندان و همچنین طول دوره یخبندان کاهش پیدا می کند و متعاقب آن فصل رشد افزایش پیدا می کند. متناسب با این تغییرات وقوع اولین روز و آخرین روز یخبندان نیز با تاخیرهای زیادی در بین نیمه شرقی و غربی این استان قابل مشاهده است.

در این پژوهش، بر اساس یک آستانه فضایی، خشکسالی ها یا ترسالی هایی که حدود 75 درصد و بیشتر ایستگاه های مورد مطالعه (43 ایستگاه همدید) را در دوره سرد سال (اکتبر-آوریل) در یک بازه زمانی 34 ساله (2009-1976) درگیر خود نموده بودند به عنوان خشکسالی ها یا ترسالی های فراگیر تعریف شدند. نقشه های ترکیبی ناهنجاری ها به تفکیک برای ماه ها و فصل های دارای خشکسالی ها و ترسالی های فراگیر برای متغیرهای دمای سطحی، رطوبت ویژه، فشار سطح دریا، تابع جریان، باد برداری و مؤلفه مداری آن از روی داده های مرکز ملی پیش بینی محیطی-مرکز ملی پژوهش های جوی (NCEP/NCAR) تهیه شدند. نتایج نشان می دهند که در زمان ترسالی های فراگیر، استقرار یک کم فشار بر روی اروپا، یک پرفشار بر روی دریای عرب و یک کم فشار بر روی دریای سرخ، شرایط را برای انتقال رطوبت هم از جانب غرب و هم از جانب جنوب و جنوب غرب بر روی ایران فراهم می کنند. اما در خشکسالی های فراگیر، استقرار یک پرفشار بر روی اروپا، استقرار یک کم فشار بر روی دریای عرب و وجود یک کم فشار بر روی دریای سرخ باعث اختلال در فرایند چرخند زایی دریای مدیترانه و همچنین انتقال رطوبت از دریای عرب و اقیانوس هند به داخل ایران می شوند.

از میان عوامل محیطی، عامل اقلیم و پدیده های جوی جزء تأثیرگزارترین عوامل روی ایمنی حمل و نقل به حساب می آیند که خطرناک ترین آن ها یخبندان می باشد. بدین منظور برای مطالعه توزیع زمانی و مکانی پدیده یخبندان در مسیر سنندج  همدان از ماتریس وضعیت های اقلیمی استفاده شد. برای استفاده از این ماتریس، از قسمت خدمات ماشینی سازمان هواشناسی کشور داده های روزانه سه پارامتر دما، بارش و رطوبت نسبی سه ایستگاه سینوپتیک سنندج، قروه و همدان برای یک دوره ده ساله دریافت شد و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که نتایج زیر به دست آمد. بر اساس ماتریس وضعیت های اقلیمی، شرایط اقلیمی N5 ( میانگین دمای روزانه بین 2-6 درجه سانتی گراد به همراه رطوبت نسبی بیش از 80% یا بارش کم تر از 2 میلی متر) و N6 (میانگین دمای روزانه بین 2-6 درجه سانتی گراد به همراه بارش بیش از 2 میلی متر) جزء شرایط خطرناک برای ایمنی تردد وسائط نقلیه در مسیر سنندج- همدان می باشند، که بیشترین تمرکز آن ها در ماه های ژانویه ( 9 روز )، فوریه ( 5 روز ) و دسامبر ( 4 روز ) می باشد. یخبندان در منطقه اواخر سپتامبر شروع می شود و اوایل ماه مارس به پایان می رسد. اما یخبندانی که برای ایمنی حمل و نقل ایجاد خطر می کند خیلی دیرتر یعنی در ماه دسامبر روی می دهد.

پایش خشکسالی، به منظور هشدار سریع برای خطر خشکسالی، بسیار حیاتی و مهم است. در این پژوهش، سعی شده است که شاخص پایش خشکسالی VDI براساس باندهای متفاوت داده های ماهواره ای مادیس، با تفکیک مکانی متوسط، توسعه یابد. شاخص VDI به تنش آب در گیاهان می پردازد. مطالعات طیفی نشان داده است که بازتابندگی باند فروسرخ موج کوتاه (SWIR) با محتوای آب برگ ارتباط منفی دارد و به دلیل حساس بودن SWIR به محتوای آب برگ، در ایجاد شاخص های گوناگون سنجش از دور، ازجمله VDI و به منظور شناسایی محتوای آب گیاهان، کاربرد گسترده ای دارد. این پژوهش نقشه های خشکسالی شاخص VDI را براساس میزان حساسیت به رطوبت، با استفاده از بازتابش باند های 5 و 6 فروسرخ موج کوتاه SWIR (VDI5 و VDI6) مادیس، ارزیابی کرده است. بدین منظور از تصاویر ماهواره ای مادیس و داده های بارش ماهیانه مدل جهانی GLDAS، در محدوده استان سیستان و بلوچستان در دوره زمانی نوزده ساله ای (2018-2000) استفاده شد. برای ارزیابی دقت نقشه های محاسبه شده براساس دو باند، ضریب همبستگی پیرسون به کار رفت. نتایج همبستگی بالایی را میان شاخص VDI6 و داده های بارش نشان داد و مشخص شد که باند 6 موج کوتاه فروسرخ، در استان سیستان و بلوچستان، به شرایط خشک خاک بیشترین واکنش را نشان می دهد؛ ازاین رو این مطالعه استفاده از شاخص VDI براساس باند 6 را برای شناسایی زودهنگام و نظارت بر خشکسالی کشاورزی در برنامه های عملیاتی مدیریت خشکسالی، پیشنهاد می کند.

یکی از مهمترین عوامل محدود کننده فعالیت های انسانی در نیمه جنوبی ایران بویژه سواحل جنوبی، وقوع پدیده اقلیمی شرجی می باشد. هدف از این پژوهش، تعیین اولین روز شرجی، آخرین روز شرجی، طول دوره شرجی، طول دوره بدون شرجی و فراوانی وقوع روزهای شرجی در سطح احتمالاتی 95 درصد در نیمه جنوبی ایران است. بدین منظور از داده های ساعتی فشار جزئی بخار آب برای یک دوره 15 ساله (2009 - 1995) مربوط به 13 ایستگاه همدید بهره گرفته شد. لازم به ذکر است که در این پژوهش روزی به عنوان روز شرجی تعریف شده است که در یکی از هشت دیده بانی روزانه آن، فشار جزئی بخار آب برابر یا بیشتر از 8/18 هکتوپاسکال باشد. نتایج نشان می دهد که در نیمه جنوبی ایران در سطح احتمالاتی 95 درصد زودترین وقوع اولین روز شرجی در ایستگاه چابهار در 3 ژانویه (13 دی) و دیرترین وقوع آن در ایستگاه کرمان در 29 ژولای (7 مرداد) اتفاق می افتد. دیرترین تاریخ وقوع آخرین روز شرجی نیز در ایستگاه چابهار و در 28 دسامبر (7 دی) و زودترین آن در ایستگاه فسا و در 19 آگوست (18 مرداد) رخ می دهد. طولانی ترین طول دوره شرجی متعلق به ایستگاه های ساحلی یعنی چابهار (359 روز)، بندرعباس (353 روز)، بوشهر (298 روز) و آبادان (266 روز) و کوتاه ترین طول دوره شرجی نیز به ترتیب با 16، 17 و 29 روز متعلق به ایستگاه های شیراز، کرمان و فسا می باشد. توزیع فضایی فراوانی روزهای شرجی نیز نشان می دهد که هر چه عرض جغرافیایی ایستگاه ها افزایش می یابد از فراوانی آنها کاسته می شود. همچنین فراوانی روزهای شرجی در جنوب شرق ایران در مقایسه با جنوب غرب نیز بسیار بیشتر است.