پژوهشهای تغییرات آب و هوایی

رودباد جنب حاره ای به دلیل افزایش گازهای گلخانه ای و کاهش ازن استراتسفری و همچنین گرمایش جهانی در حال گسترش به عرض های جغرافیایی بالاتر است و افزایش تغییرات آب و هوایی را در عرض های میانه داشته است. هدف از این مطالعه گسترش قطب سوی رودباد جنب حاره ای نیمکره شمالی از داده های بازتحلیل پیش بینی میان مدت هواسپهر اروپایی (ECMWF) نسخه (ERA5) با تفکیک مکانی 25/0*25/0 در تراز های 100-400 هکتوپاسکال و بازه زمانی 40 ساله (2018-1979) پرداخته شده است. یافته های پژوهش نشان داد که وضعیت میانگین ساختار عمودی رودباد جنب حاره ای نیمکره شمالی فصل تابستان در شمالی ترین عرض جغرافیایی قرار گرفته است؛ و از عرض های 41 درجه تا 45 درجه شمالی مشاهده شده است. در فصل زمستان به جنوبی ترین عرض های جغرافیایی جابه جا شده است و هسته سرعت رودباد جنب حاره در فصل زمستان از شدت بیشتری نسبت سایر فصل ها برخوردار است که هسته رودبادجنب حاره در تراز بین 400-100 هکتوپاسکال با سرعت بین 25 تا 45 متر در ثانیه در عرض های بین 20 تا 30 درجه شمالی مشاهده شده است. این تحقیق بیانگر این است که رودباد جنب حاره نیمکره شمالی دو دوره روند افزایشی را به عرض های جغرافیایی بالاتر در طی سالهای 1979 تا 1997 با 1 تا 2 درجه و همچنین از سال 1999 تا 2017 با 2 تا 3 درجه به عرض های بالاتر کشیده است. در نتیجه، افزایش خشکی و تغییرات آب و هوایی در آینده قابل پیش بینی است.

فعالیت آتشفشانی می تواند از طریق ایجاد اختلال در ورود تابش خورشید نوسانات آب و هوایی ایجاد کند. در این پژوهش سعی شده تا اثر فعالیت های آتشفشانی عمده دنیا بر روی تغییرات دمایی در ایران واکاوی شود. برای رسیدن به این منظور ابتدا 16 ایستگاه هواشناسی دارای آمار بلند مدت در سطح ایران انتخاب و از سازمان هواشناسی کشور سری زمانی بلند مدت دما دریافت شد. در ادامه برای انتخاب آتشفشان های عمده از شاخص VEI و DVI استفاده و شش آتشفشان عمده انتخاب شدند. برای بررسی تاثیر فعالیت های آتشفشانی عمده بر روی دمای در ایران از تکنیک های SEA و رگرسیون خطی چندگانه بهره برده شد. نتایج نشان داد که بعد از فوران های آتشفشانی عمده می توان اثرات کاهشی دما را با تاخیر زمانی صفر، یک و دو ساله مشاهده کرد و بیشترین شدت کاهش دما در سال اول بعد از وقوع آتشفشان مشاهده شد. مقایسه سه متغیرِ دمای میانگین، دمای میانگین حداقل و دمای میانگین حداکثر نشان داد که فعالیت های آتشفشانی بیشترین تاثیر کاهشی را بر روی دمای میانگین حداکثر دارند. نتیجه بررسی برای تفکیک فصول نیز مشخص کرد که در زمستان شدت اثرگذاری کاهشی بیشتری رخ می دهد ولی در تابستان اثر کاهشی آتشفشان ها مدت زمان بیشتری دوام دارد. در نهایت یافته های این تحقیق نشان می دهد که به طور میانگین در سال وقوع فوران آتشفشان های عمده کاهش ۶۷.۰- درجه سانتی گرادی، در سال اول بعد از فوران آتشفشان ها میزان کاهش 1- درجه سلسیوس و در تاخیر زمانی دو ساله میانگین کاهش دما 0.47- درجه سلسیوس مشاهده شده است. از این رو می توان تایید کرد که فوران آتشفشان های عمده بر روی دمای ایران تاثیر گذار بوده و باعث کاهش دما در ایران شده اند.

تشخیص و تحلیل داده های پرت یکی از گام های ابتدایی مهم در تحلیل داده هاست. یک داده پرت در سری های هواشناسی می تواند نشان دهنده ی یک رخداد فرین باشد یا خطای ناشی از اندازه گیری، مشاهده و ثبت است. اگر داده ها ی پرتی که حاصل خطای انسانی یا نقص تجهیزات اندازه گیری هستند شناسایی نشده و حذف نگردند، به عنوان داده ی فرین ثبت خواهند شد و موجب اریبی در نتایج مطالعات اقلیمی می شوند. در این مقاله، داده های پرت سری های زمانی سرعت باد و فشار برای 14۳ ایستگاه هواشناسی کشور در دوره نرمال اقلیمی 1991- 2020 مورد تحلیل قرار گرفت. برای این منظور ابتدا داده های پرت مکانی با استفاده از الگوریتم کلایماتول مشخص شد و در مرحله دوم با تحلیل های زمانی و هواشناختی، خطاها شناسایی شدند. در مرحله اول برای پارامترهای فشار ایستگاه، فشار تبدیل شده ایستگاه به سطح دریا، فشار بخار، سرعت باد و سرعت باد ماکزیمم به ترتیب 40، 42، 93، 52 و 41 داده پرت شناسایی شد و در مرحله دوم به ترتیب 20، 10، 56، 20 و 27 تعداد از این داده ها خطا تشخیص داده شدند. این نتایج به تفکیک ایستگاه و تاریخ گزارش شده اند، تا مورد استفاده محققان در سایر مطالعات، بویژه مطالعات تغییراقلیم، قرار بگیرند.

هدف این پژوهش و تحلیل میانگین بلندمدت بارش (P) و تبخیر و تعرق پتانسیل (PET) مبتنی خشکی اقلیم در شهرستانهای علی آبادکتول،گرگان،بندرگز،بندرترکمن،کلاله،گمیشان،مینودشت،اینچه برون،گنبد کاووس با استفاده از شاخص های خشکی ماهانه طاوسی، بارش انگوت (K) و یونپ (UNEP) به منظور آشکارسازی تغییرات رخ داده در دوره زمانی30 ساله می باشد. همچنین در این مطالعه جهت برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل از روش هارگریوز – سامانی(Hargreaves-Samani) استفاده گردید. برای نشان دادن معنی داری روند از معیار U -U´ استفاده شد. مقادیر U -U´ برای تمام ماهها و کل سالها در محیط نرم افزار اکسل برآورد گردید، مناطق مورد مطالعه با استفاده از روش منکندال (Menkendal) به کمتر از 96/1+ یا بیشتر از 96/1+ یا مناطق دارای روند تفکیک گردید. پس از محاسبه فاکتور خشکی (AI) برای ایستگاه های موجود در مناطق شهری مورد نظر از طریق نرم افزار Excel، با استفاده از روش دورنیابی کریجینگ نقشه تغییرات منطقه ای خشکی پهنه مورد مطالعه در محیط نرم افزار ArcGis ترسیم گردید بدین منظور جهت بهترین نتیجه و کمترین میزان خطا از روش میانیابی مجذور فاصله با پراکنش (Expotntial) و جهت انتخاب بهترین روش درونیابی از شاخص های آماری ریشه میانگین مربعات خطا RMS قدر مطلق خطا MAE استفاده گردید. در ادامه در بعدی دیگر با توجه به رویکرد پژوهش حاضر مدل مفهومی نهایی در قالب تاثیر خشکی بر تنش زایی گیاهان و کاهش عملکرد اقتصادی جوامع محلی روستایی نیز ارائه گردید. نتایج نشان داد روش عکس فاصله به عنوان بهترین روش در میان روش های مورداستفاده برای برآورد تغییرات درجه خشکی (AI) می باشد. نتایج نشان داد  که خطر خشکی به همراه آن آلودگی ناشی از گرد و غبار در هر پهنه مورد مطالعه دور از انتظار نیست، در تمام شهرهای مورد مطالعه بنظر میرسد که با کاهش و تغییر روند حاکمیت بارندگی  به همان میزان شدت تبخیر و تعرق افزایش یافته  و پدیده خشکی به مراتب بیتشر خود را نمایان کند این پدیده میتواند بر روند محصولات کشاورزی و کاهش میزان تولید و سطح زیرکشت محصولات  پهنه استان گلستان و کاهش میزان عملکرد آن ها تاثیر گذار باشد بین ماه های موردسنجش واقع شده، بیشترین روند رو به خشکی در قسمت شمالی استان گلستان نمایان بوده و بیش از 35 درصد مساحت این استان را شامل می شود. روند تغییرات این شیب از لحاظ آماری معنی دار است.

افزایش شدت و فراوانی نمایه های خشکسالی به دلیل گرمایش جهانی می تواند محیط طبیعی را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین، پیش نگری نمایه های خشکسالی با استفاده از مدل های گردش کلی جو (GCM) به منظور ارائه پیش آگاهی از شرایط خشکسالی و همچنین مدیریت ریسک اقلیمی ناشی از آن ضروری است. برای این منظور از داده های بازتحلیل پایگاه ERA5 و برونداد مدل های CMIP5 استفاده گردید و سه نمایه روزهای خشک، دوره های خشک و شاخص خشکی مورد بررسی قرار گرفت. نه مدل از مجموعه مدل های CMIP5 با تفکیک افقی 5/0 درجه قوسی گزینش و با روش نگاشت چندک دلتا (QDM) تصحیح اریبی شدند. سپس با استفاده از مدل میانگین گیری بیزین (BMA) یک مدل همادی تولید و کارایی آن با استفاده از نمودار تیلور بررسی شد. نتایج نشان داد که مدل CMIP5-MME تولید شده با روش BMA از مدل های نه گانه منفرد موجود بهتر عمل کرده است. مدل همادی ایجاد شده دوره خشک و روزهای خشک را دقیق تر از شاخص خشکی در ایران برآورده کرده است که نشان می دهد مدل های CMIP5 رخداد بارشی را بهتر از مقدار بارش برآورد می کنند. نتایج گویای این است که فراوانی روزهای خشک، دوره خشکی و همچنین شاخص خشکی در ایران روند افزایشی خواهد داشت. شاخص خشکی (AI) که تعادل بین عرضه و تقاضای آب را در فصل مشترک جو-زمین نشان می دهد حداکثر 15/3 درصد در متوسط پهنه ایران افزایش خواهد داشت. همچنین روزهای خشک و دوره خشک حداکثر به ترتیب 50/7 و 84/28 درصد در دهه های آینده افزایش دارند. نتایج نشان می دهد که تحت شرایط تغییر اقلیم، طول دوره خشکسالی افزایش بیش تری نسبت به شاخص خشکی خواهد داشت. این نتیجه یک تهدید جدی برای منابع آب و اکوسیستم تلقی شده و نیازمند توجه ویژه به برنامه های مدیریت خشکسالی (DMP) در کشور است.

یکی از مهمترین این پیامدهای ناشی از تغییر اقلیم افزایش فراوانی رخداد مخاطرات اقلیمی مانند سیل، خشکسالی، بالا آمدن تراز آب دریا، چرخندهای حاره ای، امواج گرمایی و سرمایی، بارش سنگین، طوفان گرد و غبار و ... است؛ که متداول ترین آنها در ایران رخداد سیل و خشکسالی است. پژوهش حاضر با هدف بررسی وردش های فضایی و زمانی شدت خشکسالی در حوضه آبریز خزر صورت گرفته است. در این پژوهش از پایگاه داده بارش جهانی GPCC با تفکیک مکانی 5/0 در 5/0 درجه قوسی در یک دوره آماری 63 ساله از سال 1951 تا 2013 در مقیاس زمانی ماهیانه، استفاده شد. از برجستگی های این پژوهش بهره گیری از داده های شبکه ای در بازه زمانی بلندمدت جهت واکاوی وردش های مکانی و زمانی شدت خشکسالی در حوضه آبریز خزر است. در ادامه، با کدنویسی در نرم افزار مت لب داده های مورد نیاز برای برآورد نمایه خشکسالی RAI در حوضه در طول دوره آماری مذکور تبدیل به آرایه شد. سپس میزان ناهنجاری بارش (RAI) در بازه زمانی ماهیانه، فصلی و سالانه برای واکاوی وردش های مکانی و زمانی شدت خشکسالی برآورد شد. برای تحلیل روند زمانی بارش، از داده های اخذ شده از این پایگاه داده میانگین سالانه، فصل ی و م اه ان ه تهیه و آزمون ناپارامتری من-کندال در مقیاس های زمانی ماهانه، فصلی و سالانه انجام شد. نتایج نشان داد که که از نظر زمانی خشکسالی با شدت ضعیف، متوسط، شدید و بسیار شدید در طول دوره آماری رخ داده است و از نظر فضایی خشکسالی با شدت ضعیف در در تمامی ماه ها، فصول و مقیاس سالانه در بیشتر مناطق سطح حوضه خزر مشاهده می شود. در عین حال، در ماه می خشکسالی با شدت متوسط در ارتفاعات جنوب شرقی زیرحوضه سفیدرود نمودی آشکار دارد. تحلیل روند بارش حوضه خزر در سری های زمانی ماهانه نیز نشان از روند کاهشی معنادار در ماه مارس و مقیاس سالانه در این حوضه دارد.