فیروز مجرد

گندم یکی از مهم ترین محصولات استراتژیک کشاورزی است که در تأمین غذای ساکنین کشورمان اهمیت زیادی دارد. هدف از این تحقیق، ارزیابی کارایی مدل شبیه سازی گیاهی آکواکراپ در تعیین میزان عملکرد و تاریخ شروع کاشت گندم دیم و آبی در استان کرمانشاه است. به این منظور عملکرد گندم تحت شرایط کاشت دیم و آبی با استفاده از داده های اقلیمی روزانه (شامل بارش، دماهای حداقل و حداکثر، تبخیروتعرق پتانسیل، سرعت باد و ساعات آفتابی) و همچنین سایر اطلاعات محیطی در پنج ایستگاه سینوپتیک استان در یک دوره 22 ساله (2013-1992) توسط مدل آکواکراپ شبیه سازی شد. از بین تاریخ های ورودی به مدل، تاریخی که بیشترین عملکرد محصول را داشت، به عنوان بهترین تاریخ کاشت برای مناطق مورد نظر انتخاب گردید. نتایج تحقیق نشان داد، از نظر عملکرد، دشت روانسر برای کاشت گندم دیم و دشت سرپل ذهاب برای کاشت گندم آبی مستعدتر است. عملکرد گندم نسبت به تغییر تاریخ کاشت حساسیت زیادی نشان داد. تاریخ های کاشت گندم دیم در ایستگاه های منطقه بین 18 مهر تا 29 آبان، و گندم آبی بین 18 مهر تا 19 آبان پیشنهاد گردید که با تاریخ های واقعی کاشت در منطقه مطابقت خوبی دارد. به طور کلی، مدل آکواکراپ عملکرد و طول دوره کاشت گندم دیم و آبی را در شرایط آب و هوایی استان کرمانشاه به خوبی شبیه سازی کرد و از اینرو می تواند به عنوان یک ابزار مهم برای بررسی پتانسیل عملکرد گندم در این استان و استان های با اقلیم مشابه مورد استفاده قرار گیرد.

پیش بینی مقدار مصرف برق، با توجه به شرایط آب وهوایی، می تواند در تنظیم استراتژی های تولید و توزیع آن نقش مهمی ایفا کند. هدف از این پژوهش، بررسی رابطه بین متغیرهای آب وهوایی با مصرف برق و پیش بینی مصرف برق تحت تأثیر پدیده تغییر اقلیم در منطقه غرب کشور است. به این منظور، رابطه بین متغیرهای آب و هوایی و مصرف برق در سیزده ایستگاه منطقه در دوره 28ساله (۱۹۸۷-2014) با استفاده از معادلات رگرسیونی چندگانه مدل سازی شد. در صورت معناداربودن مدل ها، براساس داده های آب و هوایی مدل CCSM4، مصرف برق در ایستگاه ها طی دوره زمانی ۲۰۲۱-2080 تحت دو سناریوی RCP4.5 و RCP8.5 برآورد شد. نتایج نشان داد درجه- روزهای سرمایشی و گرمایشی و رطوبت نسبی بیشترین تأثیر معنی دار را در افزایش مصرف برق دارند. میانگین دماهای حداقل و حداکثر در منطقه در دوره آتی (۲۰۱۲-2080) به طور متوسط تحت سناریوی RCP4.5 به ترتیب 95/1 و 01/2 و تحت سناریویRCP8.5به ترتیب46/3 و 81/3درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت. ازاین رو،میزان مصرف برق در دوره گرم سال براساس سناریوی RCP4.5 در حدود 80درصد و براساس سناریوی RCP8.5 در حدود 150درصد افزایش خواهد یافت. بیشترین میزان افزایش مربوط به ایستگاه های گرمسیری غرب منطقه و کمترین آن مربوط به ایستگاه های سردسیر کوهستانی است.

توفان تندر یک مخاطره مهم آب وهوایی است که خسارات زیادی به بخش های مختلف وارد می کند. از این رو بررسی زمانی-مکانی آن می تواند کمک زیادی به شناخت قانونمندی های وقوع و تعیین پتانسیل مناطق مختلف نماید. این مطالعه با هدف تحلیل زمانی- مکانی توفان های تندری در ایران بر اساس جدیدترین آمار ساعتی به انجام رسیده است. به این منظور داده های ساعتی هوای حاضر مربوط به توفان های تندری 42 ایستگاه سینوپتیک کشور در 7 کد (وضعیت) متفاوت، از بدون بارش گرفته تا همراه با گردوغبار و تگرگ سنگین، در 8 نوبت از شبانه روز در یک دوره 37 ساله (1980 تا 2016) از سازمان هواشناسی کشور اخذ شد. سپس با روش تحلیل خوشه ای سطح کشور بر پایه فراوانی های وقوع به چهار منطقه تقسیم و رخداد پدیده در هر منطقه تحلیل شد. آنگاه با استفاده از سه آزمون من-کندال، رگرسیون خطی و تخمین گر شیب سن روند زمانی وقوع پدیده در کشور بررسی گردید. نتایج تحقیق نشان داد بیشترین توفان های تندری در شمال-غرب و غرب کشور حوالی ایستگاه های ارومیه، تبریز، خوی، خرم آباد، و نیز جنوب کشور حوالی ایستگاه بوشهر رخ می دهد. در مقیاس های فصلی و ماهانه، بیشترین فراوانی رخداد پدیده، مربوط به فصل بهار با حداکثر ماه می است. در فصل بهار شمال غرب، تابستان سواحل شمالی و شمال غرب، پاییز مناطق جنوب غرب و غرب، و زمستان سواحل جنوب و جنوب غرب کشور شاهد رخداد توفان تندر بیشتری است. در مقیاس ساعتی مشخص شد که وقوع توفان با توجه به دمای هوای مناطق به تأخیر می افتد؛ به طوری که در مناطق گرم در بامداد و اوایل صبح و در مناطق سرد در هنگام غروب و اوایل شب اتفاق می افتد. اما به طور کلی بیشترین رخدادها مربوط به ساعت 21:30 محلی و سپس با اندکی اختلاف، ساعت 18:30 است. در اکثر ایستگاه ها روند وقوع تعداد توفان های تندری افزایشی است.

با توجه به محدودیت های دسترسی به منابع آب در ایران و به منظور برنامه ریزی و مدیریت بهره وری آب در بخش کشاورزی، آگاهی از میزان تبخیر و تعرق گیاهان تحت تأثیر تغییر اقلیم بسیار اهمیت دارد. هدف این مطالعه، بررسی تغییرات تبخیر و تعرق گندم آبی پاییزه در ایران تحت شرایط تغییر اقلیم به منظور انجام برنامه ریزی های سازگار با شرایط اقلیمی آینده بود. به این منظور، با استفاده از داده های مدل گردش عمومی جو CCSM4 و با توجه به طول دوره رشد و ضریب رشد گیاهی محصول گندم آبی، مقادیر تبخیر و تعرق محصول در دوره پایه 2005-2020 و دو دوره آینده (2060-2021 و 2061-2100) در دو سناریوی RCP4.5 و RCP8.5 برآورد، نقشه-های مربوطه تهیه و الگوهای فضایی پدیده بررسی شد. نتایج تحقیق نشان داد، تبخیر و تعرق گندم آبی پاییزه در ایران در دوره آینده در مقایسه با دوره پایه حدود 6 درصد افزایش خواهد یافت که این افزایش در آینده دور (2061-2100) بیشتر از آینده نزدیک (2021-2060) و در ماه های مختلف دوره کشت در سناریوی RCP8.5 بیشتر از سناریوی RCP4.5 خواهد بود. بیشترین مقدار ماهانه تبخیر و تعرق در سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 مربوط به ماه مه به ترتیب به میزان 153 و 162 میلی متر است. ماه-های اُکتبر و نوامبر که ماه های آغازین دوره کشت هستند نیز کمترین میزان افزایش تبخیر و تعرق را در آینده به میزان تقریبی 14 میلی متر خواهند داشت. مقدار تبخیر و تعرق گندم آبی در دوره رشد در سطح کشور از 330 تا 971 میلی متر در دوره پایه تا 340 تا 1025 میلی متر در آینده دور در سناریوی RCP8.5  متفاوت است. افزایش تبخیر و تعرق در آینده بسیاری از برنامه ریزی ها را در زمینه تأمین آب محصول گندم در کشور به چالش خواهد کشید؛ ازاین رو لزوم توجه به نیاز آبی در سال های آینده به خصوص در ماه های آوریل و مه که اوج فعالیت و رشد گیاه و زمان حداکثر نیاز آبی است، ضروری است.

به دلیل کمبود ایستگاههای هواشناسی در ایران و اهمیت بالای عنصر بارش در تمام برنامه ریزی ها، برآورد بارش در مناطق فاقد ایستگاه اهمیت فراوانی دارد. در این تحقیق به منظور برآورد میانگین بارش های فصلی و سالانه در استان کرمانشاه، از آمار روزانه بارش 46 ایستگاه باران سنجی و سینوپتیک استان در یک دوره 20 ساله استفاده شده است. به این منظور از روش های تک-متغیره (قطعی و زمین آمار) و چندمتغیره (زمین آمار و رگرسیون خطی) استفاده شده است. روال معمول در برآورد مکانی بارش ایران در مطالعات قبلی، استفاده از یک متغیر- معمولاً ارتفاع- و به کارگیری تنظیمات پیش فرض در روش های میان یابی بوده است. در حالی که در این تحقیق، اولاً در روش های چندمتغیره، علاوه بر عامل ارتفاع از سطح دریا، از متغیرهای دیگری نظیر میزان شیب و طول و عرض جغرافیایی به عنوان متغیرهای کمکی (مستقل) استفاده شده است؛ ثانیاً به جای به کاربردن مقادیر پیش فرض مدل ها، بسته به روش میان یابی مورد استفاده، تنظیمات متعددی بر روی 8 پارامتر در روش های قطعی و حداکثر 31 پارامتر در روش های زمین آمار، انجام گرفت و اثر هر کدام در مقدار بارشِ برآوردشده، بررسی گردید و خطای برآورد در هر مورد ارزیابی شد. از جمله در روش های زمین آمار، نیم تغییرنما و کوواریوگرامِ متقابلِ بهینه باتوجه به ساختار فضایی متغیر موردمطالعه انتخاب، و ویژگی های هرکدام با توجه به داشتن کمترین خطا تنظیم گردید. نتایج حاصل از تکنیک ارزیابی متقابل نشان داد که روش های قطعی در تمام موارد، خطای بیشتری نسبت به روش های زمین آمار داشته است. برای برآورد میانگین بارش فصل بهار، روش رگرسیون چندمتغیره خطی، بارش فصول تابستان و پاییز روش کریجینگ معمولی، و بارش فصل زمستان و نیز بارش سالانه، روش کوکریجینگ معمولی به عنوان مدل های بهینه شناخته شدند. بر این اساس، میانگین بارش سالانه در سطح استان 479 میلی متر (346 تا 848 میلی متر)، با حداکثر بارش فصلی زمستانه 212 میلی متر (معادل 3/44 درصد بارش سالانه) برآورد گردید.

با هدف آشکارسازی نقش همزمانی سردچال های جوی و رودبادهای سطح پایین در تداوم بارش های روزانه غرب و شمال غرب ایران، از نقشه های ارتفاع ژئوپتانسیل، ضخامت جو، تاوایی، سرعت قائم هوا (امگا)، رطوبت ویژه، بادمداری و نصف النهاری مرکز اروپایی و پایگاه داده های مرکز ملی پژوهش های جوی استفاده شده است. داده های روزانه بارش نیز برای دوره 2014-1995 از سازمان هواشناسی کشور دریافت شده اند. از روش نیتو و روبیتا برای شناسایی سردچال و معیار بونر برای رودباد سطح پایین استفاده شده است. نتایج نشان داد که از مجموع دوره های بارشی، شصت مورد با سردچال های جوی ارتباط مستقیم دارند. این سردچال ها از نظر موقعیت مکانی در سه منطقه شرق دریای مدیترانه، خاورمیانه و شرق دریای سیاه قرار داشتند. بیشترین فراوانی وقوع این پدیده مربوط به فصل زمستان و با یک بیشینه در ماه ژانویه شناسایی شد. در بررسی طول عمر این سیستم ها، مشخص گردید که سردچال های با تداوم دو روز، بیشترین ماندگاری را دارا می باشند و در روزهای وقوع پدیده سردچال، رودبادهای سطح پایین در 58 رخداد آن ها را همراهی کرده اند. رودبادهای سطح پایین با تشدید همگرایی در سطوح زیرین جو، از یک سو شرایط را برای تشدید واگرایی بالایی ناشی از پدیده سردچال و از سویی دیگر افزایش انتقال رطوبت را فراهم می سازند، بطوری که تشدید رودبادهای سطح پایین، تشدید ناپایداری حاصل از پدیده سردچال را به دنبال دارد. محاسبه مقدار انتقال رطوبت جوی نشان داد که اقیانوس هند و بعد از آن به ترتیب اقیانوس اطلس، دریای مدیترانه، دریای سرخ، دریای عرب و دریای سیاه، منابع اصلی رطوبت دوره های بارشی ناشی از سردچال هستند.

این تحقیق با هدف بررسی تنوع فضایی و روند زمانی خشکی ایران در آینده (2050- 2020) بر اساس سناریوهای SSP2-4.5 و SSP5-8.5 مدل های CMIP6 (MRI-ESM2 و GFDL-ESM4) نسبت به داده های دیدبانی (2014- 1992) با استفاده از شاخص های AI و IDM بر پایه متغیرهای بارش، تبخیر و تعرق و متوسط دما انجام شد. از ضریب تغییرات و تحلیل روند نوآورانه به ترتیب برای بررسی تغییرات و روند میانگین سالانه خشکی استفاده شد. نتایج نشان داد در دوره مشاهداتی به جز نواحی شمالی البرز و بخشی از شمال غرب، سایر مناطق کشور خشک و نیمه خشک بوده اند. اما در آینده، سناریوها نشان دهنده کاهش رطوبت در مناطق شمالی البرز، نواحی شمالی فلات داخلی ایران و بخش هایی از مناطق جنوبی رشته کوه زاگرس هستند. خشکی در شمال غرب و بخش هایی از مناطق مرکزی و شمالی زاگرس کاهش می یابد. در سایر نواحی مدل ها همچون گذشته شرایط خشک و نیمه خشک را پیش بینی کردند. بیشترین درصد تنوع فضایی میانگین سالانه خشکی (105%- 71%)، در دوره 2014- 1992 در جنوب شرق و سواحل جنوبی کشور مشاهده شد و بر اساس مدل ها درصد تنوع مکانی خشکی در آینده کاهشی می باشد. روند مقادیر میانگین سالانه خشکی ایران نشان داد که خشکی در سطوح معناداری 05/0 و 01/0 درگذشته افزایش یافته و در آینده بر اساس MRI-ESM2 (سناریوی SSP5-8.5 و شاخص IDM) در سطوح معناداری 05/0 و 01/0 افزایش خواهد یافت. در سایر شرایط خشکی در این سطوح معناداری، کاهش نشان می دهند. نتایج پژوهش می تواند در برنامه ریزی و کاهش آثار منفی تغییرات اقلیمی در ایران مفید باشد.  

هدف: ایران کشوری پهناور است که به دلیل موقعیت جغرافیایی و شرایط توپوگرافی، دارای آب و هوایی متفاوت است. پژوهش حاضر با هدف انتخاب مناسب ترین شاخص خشکسالی در نواحی اقلیمی ایران و بررسی احتمال وقوع آن از طریق روش های عدم قطعیت انجام شده است.روش و داده: لذا در این پژوهش در گام نخست از طریق روش های تصمیم گیری چندمعیاره، مناسب ترین شاخص برای هر ناحیه اقلیمی بر اساس درصد تناسب، انتخاب و در نهایت بر اساس روش های شبکه عصبی مصنوعی، آنالیز احتمالی محاسبه و درصد احتمال وقوع پدیده خشکسالی برای هر ناحیه تعیین شده است. پس از انتخاب شاخص مناسب، برای بیان احتمال وقوع خشکسالی از داده های آماری ایستگاه های سینوپتیک کشور در یک دوره آماری ۲۸ ساله (۲۰۱۷-۱۹۹۰) استفاده شده است. با توجه به توالی داده های بارشی، از دو نوع شبکه عصبی معمولی و عمیق برای بررسی پدیده خشکسالی استفاده گردید. ضمناً برای جبران کمبود داده ها و افزایش سرعت همگرایی شبکه، از روش کرنل برای تولید داده ها در آموزش شبکه عصبی، و برای تحلیل شبکه عصبی مصنوعی و محاسبه احتمال رخداد پدیده خشکسالی، از نظریه تئوری ابری استفاده شده است.یافته ها: در حالت کلی نتیجه نهایی آنالیز تئوری ابری از داده های مورد مطالعه نشان می دهد که در تمامی ایستگاه های بررسی شده در سال هدف یعنی سال ۲۰۱۷، کشور ایران و تمامی ایستگاه های نماینده، وضعیت اقلیمی نزدیک به محدوده نرمال را نشان داده اند و کشور به لحاظ شدت خشکسالی در سال مذکور تقریباً در محدوده نرمال قرار داشته است. بیشترین قطعیت وقوع خشکسالی، به ترتیب به ایستگاه تبریز (۹۶ درصد) و ایستگاه همدان (۹۴ درصد) تعلق دارد.نتیجه گیری: بر مبنای نتایج، مدل عدم قطعیت انتخابی در آنالیز احتمال از توانایی بالایی برخوردار بوده و با درصد اطمینان قابل قبولی احتمال رخداد خشکسالی را پیش بینی کرده است.نوآوری، کاربرد نتایج: با توجه به تفاوت مناطق اقلیمی ایران و حذف مداخله کاربر، و با استفاده از محاسبات علمی و ریاضی، ضریب خطا در انتخاب شاخص کاهش می یابد. سپس با کمک روش های عدم قطعیت مانند تئوری ابری، توانایی پیش بینی احتمال وقوع خشکسالی در آینده افزایش می یابد.

برآورد حدّاکثر بارش محتمل از جمله تحقیقات کاربردی و مهمی است که علاوه بر شناسایی رفتار بارش های حدّی در آب وهواشناسی، در طراحی سازه های بزرگ آبی به-خصوص سدها مورد توجّه هیدرولوژیست هاست. در این پژوهش، به منظور برآورد حدّاکثر بارش محتمل در استان کرمانشاه از روش سینوپتیکی استفاده شده است. به این منظور پس از جمع آوری و پردازش امّا،ر بارش روزانه5 ایستگاه استان، تعداد سه توفان انتخاب و با انجام بیشینه سازی های دمای نقطه شبنم و سرعت باد و محاسبه ضریب رطوبت، مقدار حدّاکثر بارش محتمل برای منطقه با تداوم های 24، 48 و 72 ساعته در دوره های بازگشت 50و 100 ساله برآورد گردید. برای سه تداوم فوق در این دو دوره بازگشت به ترتیب برابر با 164 و 246 میلی متر، 287 و 357 میلی متر و 340 و 439 میلی متر بود. پس از اخذ داده های ترازهای مختلف جوی از NCEP/NCAR؛ نقشه های فشار سطح دریا، ارتفاع ژئوپتانسیل، مؤلّفه های باد مداری و نصف النهاری و رطوبت نسبی، ترسیم و به کمک آنها سامّا،نه های بارش زا در روزهای توفانی از روز شروع توفان تا خاتمه آن تجزیه و تحلیل شدند. بررسی نقشه های سینوپتیکی- دینامیکی مشخص کردکه درخلال وقوع توفان های شدید، منطقه مورد مطالعه تحت تأثیر سامّا،نه های کم ارتفاع دینامیکی ناشی از سامّا،نه های بندالی اُمگاشکل قرار داشته که سبب بارندگی های شدید در استان شده است. این توفان ها نتیجه تقویت و تشدیّد فعّالیّت مرکز چرخند مدیترانه ای و ادغام آن با مرکز چرخند نواحی قطبی از عرض های بالا بوده است. همچنین این سامّا،نه ها از شرق دریای مدیترانه، دریای سرخ و خلیج فارس تغذیه رطوبتی می شده اند.

برنامه ریزی های مختلف کشاورزی، آب شناسی، معماری و انرژی تا حد زیادی وابسته به برآورد صحیح مقدار تابش خورشیدی است. اغلبِ مطالعات قبلی برای برآورد تابش خورشیدی از مدل آنگستروم که از مقادیر ساعات آفتابی به عنوان ورودی خود استفاده می کند، و یا از معادلات رگرسیونی از طریق تأثیردادن عوامل و عناصر اقلیمی مؤثر در تابش استفاده کرده اند. در این تحقیق برای برآورد میزان تابش خورشیدی دریافتی در استان کرمانشاه از مدل بهینه شده "برد و هول استورم" با استفاده از داده های روزانه ایستگاه های هواشناسی سینوپتیک استان در دوره زمانی 2009- 1990 با بهره گیری از تمامی پارامتر های دخیل در تابش، از جمله طول روز، رطوبت، جرم جو، فشار هوا، آب قابل بارش، آلبدوی جو، مقدار جذب در جو و مقدار جذب به وسیله ازن استفاده شده و تغییرات فضایی زمانی تابش حاصله تحلیل گردیده است. نتایج تحقیق نشان داد بین مقادیر تابش اندازه گیری شده با پیرانومتر و مقادیر برآوردشده توسط مدل اختلاف کمی وجود دارد که نشان دهنده توانایی مدل در برآورد تابش است. کمترین مقادیر تابش دریافتی ماهانه منطقه در ماه های ژانویه و دسامبر رخ می دهد که از 9 تا 13 مگاژول بر مترمربع در نقاط مختلف استان متغیر است. در فصل تابستان، مقدار جذب تابش به وسیله ازن به دلیل کاهش جرم جو به-خصوص در مناطق مرتفع، کاهش می یابد و در مقابل، به مقدار تابش مستقیم و در نتیجه تابش کلی افزوده می-شود. بیشترین مقدار تابش دریافتی منطقه در ماه ژوئن اتفاق می افتد که از 32 تا 42 مگاژول بر مترمربع در نقاط مختلف متغیر است. در فصول پاییز و زمستان به دلیل نقش تابش پراکنده، اختلاف تابش در مناطق مختلف استان کاهش می یابد.