پژوهشهای تغییرات آب و هوایی

شناخت عوامل فیزیکی و مدیریتی موثر بر ذخیره کربن آلی درخاک می توان به ارتقاء باروری خاک و حفظ محیط زیست کمک کند. بنابراین بررسی رابطه تغییرات مکانی ترسیب کربن خاک با عناصر اقلیمی دما و بارش جهت مطالعه و بکارگیری روش های کاربردی برای محاسبه میزان ترسیب کربن مدل های مطالعاتی هم چون RothC اهمیت فراوانی دارند. در مطالعه حاضر کارایی مدل RothC جهت برآورد کربن آلی ذخیره شده در مراتع کوهستانی حوزه مِرِگ سرفیروزآباد، استان کرمانشاه مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه گیری در قالب یک طرح تصادفی مدیریت شده با  استفاده از 45 نقطه شعاع 20 کیلومتری در خاک سطحی انجام گرفت. ورودیهای مدل شامل متغیرهای مستقل (اقلیمی با آمار 25 ساله؛ بارندگی ماهانه، تبخیر و تعرق ماهانه، متوسط دمای هوا) و بافت خاک و پوشش گیاهی منطقه می باشد. خروجی مدل شامل کربن آلی خاک با چهار بخش فعال ( [1] IOM)، ( [2] DPM)، ( [3] RPM)، ( [4] BIO) و یک بخش جدا( [5] HUM)  بود که هر بخش بسته به ویژگی های خودش تجزیه می شود. در این پژوهش سه دوره زمانی نمونه برداری گردید که به ترتیب سال های 1380، 1389 و آخرین آمار در پاییز 96برداشت شده است. نهایتاً  مدل RothC بعد از کالیبراسیون در دورهای برداشت 1380 تا 1389 برای 1396 اجراشد و مشخص شد پارامتر تغییرات آب و هوایی اثر شدیدی بر ذخیره کربن آلی دارد. بنابراین خطای RMSE برای مدل مورد نظر کمتر از 0.11 و هم چنین MBI به 0.05 رسیده است که سبب شده فاکتور کارکرد مدل 0.96- باشد و دقت بالای مدل RothC مورد تأکید قرار میگیرد. نتایج نشان می دهد که مقدار کربن کل ذخیره برای مراتع 4.48 تن درهکتار و این مقدار در کشاورزی سطح پایین تری دارد و به مقدار 4.36 تن در هکتار می رسد. در کل کلیه شاخص ها نشان دهنده اثر زراعت بر تضعیف ذخیره کربن در تمام مراحل دارد.  

از جمله اثرات مستقیم و مشهود تغییرات آب و هوایی، دگرش در میزان بارش برف در مناطق مختلف جغرافیایی است. این در حالی است که بارش برف در حوضه های کوهستانی همواره به عنوان مهم ترین منبع تأمین منابع آب در فصول خشک تلقی می شود. یکی از آشکارترین ویژگی های پوشش برف کوهستان، ناهمگنی مکانی آن می باشد. به دلیل محدودیت های عملی، جمع آوری داده ها به ویژه در مقیاس های وسیع، دشوار و گاهی غیرممکن بوده و استفاده از روش های غیرمستقیم توصیه می شود. در این پژوهش کارایی حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان در مدل سازی عمق برف و همچنین اثر کاهش ویژگی با مدل الگوریتم ژنتیک در منطقه کوهستانی چلگرد ایران مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا با استفاده از روش هایپرکیوب محل ۱۰۰ نقطه مشخص و داده های عمق برف در نقاط موردنظر و همچنین در ۱۹۵ نقطه دیگر به صورت تصادفی برداشت گردید. سپس با استفاده از مدل رقومی ارتفاع ۲۵ پارامتر ژئومورفومتری استخراج گردید و همراه با شش باند تصاویر ماهواره لندست هشت و شاخص تفاوت نرمال شده برف به عنوان ورودی های مدل ها انتخاب گردید. در این پژوهش از الگوریتم ژنتیک برای افزایش سرعت و آماده سازی شبکه ماشین بردار پشتیبان که به عنوان یک دسته بندی کننده عمل می کند و همچنین انتخاب متغیرهایی که بیشترین همبستگی را با عمق برف دارند استفاده گردید. ازآنجایی که کاهش ویژگی های غیر مؤثر می تواند سبب افزایش دقت یادگیری شود، در این پژوهش از الگوریتم ژنتیک برای فرایند بهینه سازی استفاده گردید. نتایج نشان داد روش حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان با میزان ضریب تعیین 36/0 و جذر میانگین مربعات خطای 8/17 مدل سازی عمق برف را انجام داده است؛ اما الگوریتم ژنتیک با انتخاب ویژگی های مؤثر توانست با ضریب تعیین ۹۵/۰ و جذر میانگین مربعات خطا برابر با ۹۷/۳ سانتی متر و بادقت بهتری نسبت به استفاده از تمامی ویژگی ها تغییرات عمق برف را مدل کند.

تاثیر تغییر اقلیم بر هیدرولوژی و چرخه ی آب در اکوسیستم های طبیعی بسیار جدی است و شناخت کمی این اثرها آمادگی بیشتری برای مقابله با تبعات آن ایجاد می کند. هدف از این پژوهش ارزیابی اثر تغییر رژیم بارش به عنوان بخشی از تغییر اقلیم بر رواناب با استفاده از مدل SWAT می باشد. بدین منظور جهت مدل سازی دو حوضه آبخیز تلنگو و حسین آباد در استان کرمان از داده های روزانه بارش، دمای حداقل، حداکثر و متوسط روزانه سه ایستگاه هواشناسی بافت، بم و لاله زار در بازه زمانی 30 سال استفاده گردید. همچنین با استفاده از مدل LARS-WG به پیش بینی متغیرها برای دوره 2021 تا 2060 تحت سناریو  RCP 4.5 پرداخته شد. در ادامه جهت مدل سازی رواناب در حوضه های مورد مطالعه از مدل مفهومی SWAT استفاده گردید. پس از واسنجی و اعتبارسنجی مدل طبق الگوریتم SUFI2 نتایج حاصله مورد آزمون قرار گرفت و در نهایت با استفاده از نتایج مدل سازی اقلیم و مدل مفهومی واسنجی شده، رواناب برای دوره آینده شبیه سازی گردید. نتایج ارزیابی حساسیت پارامترهای مدلSWAT نشان داد که پارامترهای ضریب آبی که از سفره های کم عمق به پروفیل خاک و ضریب نفوذ آبخوان مشترک در هر دو حوضه دارای حساسیت بالایی هستند. همچنین در هر دو حوضه برای هر دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی کارآیی نش۔ ساتکلیف از 65/0 بیشتر می باشد.  نتایج ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر آبدهی حوضه نشان می دهد که آبدهی حوضه آبخیز حسین آباد در آینده نسبت به دوره حال تغییر خواهد داشت. بیشترین کاهش آبدهی مربوط به ماه اسفند با تغییر 13/3 لیتر بر ثانیه و بیشترین افزایش مربوط به ماه بهمن با تغییر 2/18 لیتر بر ثانیه می باشد. همچنین در آینده نزدیک آبدهی حوضه آبخیز تلنگو  افزایشی نسبت به دوره حال خواهد داشت. دبی ماه های دی، اردیبهشت و تیر افزایش و در بقیه ماه ها به جز ماه شهریورکه بدون تغییرات است، کاهش یافته است. نتایج کلی تحقیق حاضر حاکی از آنست که در آینده نزدیک در اکوسیتم های خشک مشابه منطقه مورد مطالعه به دنبال تغییر رژیم بارش های حاصل از گرمایش زمین، رفتار هیدرولوژیکی حوضه ها بویژه در فصل های زمستان و بهار تغییر خواهد نمود و وقوع رخدادهای حدی بارش و سیل در این فصل ها بیش از پیش محتمل می باشد.

تغییراقلیم به هرگونه تغییرات در شرایط آب و هوایی گفته می شود که در طول زمان اتفاق می افتد. این تغییرات ممکن است در میانگین سری داده ها دیده نشود بلکه در چندک هایی از سری با شدت های مختلف رخ دهد که بررسی آن توسط رگرسیون چندک امکان پذیر است. در این پژوهش به منظور بررسی تغییرات زمانی و مکانی بیشینه و کمینه دمای روزانه در فصل های مختلف در ایران، پس از برازش رگرسیون چندک بر روی 102 ایستگاه هواشناسی با دوره آماری 1395-1366 (1987-2016)، شیب روند در چندک های مختلف محاسبه و پس از مقایسه نتایج آن با نتایج رگرسیون خطی معمولی به صورت مکانی پهنه بندی شدند. نتایج نشان داد که مقادیر حدی کمینه و بیشینه دما در اغلب مناطق ایران دارای روند معنی دار بوده است. بیشترین شیب های روند افزایشی در فصل بهار و تابستان مربوط به چندک پایینی دما (05/0) و در نیمه شرقی ایران (شیب> 1/0 درجه در سال)، اما در پاییز و زمستان به ترتیب مربوط به چندک بالایی دما (95/0) در نواحی شرقی (شیب> 05/0 درجه در سال) و چندک های میانی و بالایی (5/0 و 95/0) در شمال غربی و غرب (شیب> 15/0 درجه در سال) بوده است. با این حال یک روند کاهشی برای مقادیر پایین (05/0) دمای پاییز در نیمه ی شمالی و غرب ایران (شیب< 02/0- درجه در سال)  وجود داشت. همچنین مقایسه نتایج دو روش رگرسیونی بیانگر آن است که بیشتر چندک ها شیبی متفاوت با شیب رگرسیون حداقل مربعات داشتند و اختصاص شیب خط رگرسیون مربعات معمولی برای روند تغییرات دما در کل سری صحیح نمی باشد. در نهایت می توان بیان کرد که تغییر اقلیم در بیشینه و کمینه دمای روزانه در ایران اتفاق افتاده است اما شدت این تغییرات در فصل ها، چندک ها و بخش های مختلف، متفاوت است. 

یکی از مباحث بسیار مهم در میکروکلیمای شهری، نقش کنترلی ارتفاع لایه مرزی آتمسفری است. این بخش از اقلیم از یک طرف متاثر از تغییرات اقلیمی سیاره ای و از طرفی دیگر متاثر از دخالت ها و فعالیت های انسانی در موقعیت های شهری است. بطوری که با افزایش و کاهش ارتفاع آن بعضی متغیرهای های آلوده کننده آتمسفری نقش بیشتری از خود نشان می دهند از جمله آنها دی اکسید نیتروژن (NO 2 )، دی اکسید گوگرد (SO 2 )، شاخص آیروسل (AI) می باشد. در این مطالعه برای یک دوره چهار ساله پایش های روزانه ماهواره Sentinel-5P را در موقعیت شهرهای استان اصفهان مورد ارزیابی قرار دادیم. در ادامه به منظور شناسایی تاثیر ارتفاع لایه مرزی،  فراوانی نسبی متغیرهای فوق را در دو حالت استقرار در بالا و پایین آستانه 750 متری لایه مرزی  مورد مقایسه قرار دادیم. بطور کلی نتایج حاکی از آن است که شاخص آیروسل (AI) در بالای آستانه 750 متری لایه مرزی آتمسفری بیشترین تجمع را بر روی موقعیت های شهری استان اصفهان نشان می دهند. در حالیکه این نسبت به گازهای دی اکسید نیتروژن (NO 2 ) و دی اکسید گوگرد (SO 2 ) کاملاً متفاوت عمل می کند یعنی اینکه کاهش ارتفاع لایه مرزی آتمسفری فراوانی وقوع آنها را بیشتر نشان می دهد. البته لازم به ذکر است ارزیابی آماری با ضریب کاپا عدم تطابق درونی فراوانی برای هر سه متغیر فوق در بالا و پایین آستانه 750 متری لایه مرزی نشان می دهد. همچنین وزن دهی انجام شده نیز در این دو طبقه نیز، تفاوت وزن ها را کاملا آشکار می کند.

تغییرات اقلیمی و افزایش جمعیت شهرها سبب بروز مشکلات متعدد محیط زیستی شده است. کاهش کارکرد کشاورزی شهری نیز کارایی زیر ساخت های سبز و خدمات اکوسیستمی آنها را به طور طبیعی ناکارآمد کرده است. هدف از این پژوهش ارائه الگوی کشت پایدار گیاهان مثمر در شهرها جهت تعدیل اثرات تغییرات آب و هوایی و کاربری اراضی در منطقه 22 شهرداری تهران می باشد. در این مطالعه نقشه کاربری اراضی سال 2000 و 2020 با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست، تهیه شد. سپس با مدل LCM به پیش بینی تغییرات کاربری اراضی سال 2050 پرداخته شد. برای بررسی تغییرات اقلیمی سناریوهای RCP شبیه سازی گردید. برای به دست آوردن وزن معیارهای انتخاب گیاهان مثمر از 4 معیار و 21 زیرمعیار و روش بهترین- بدترین (BWM) و از روش ارزیابی نسبت تجمعی (ARAS) برای رتبه بندی این گیاهان مثمر استفاده شد. بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که فضاهای سبز و کشاورزی به ترتیب از سال 2000 تا 2050 مقدار 12% و 4.5%- تغییر خواهند داشت. ریسک تغییرات اقلیمی نیز گرمایش 1.32 تا 2.27 درجه را پیش بینی کرد. بر همین اساس نقشه تناسب منطقه برای کشاورزی شهری و مساحت طبقات تناسب با توجه به معیار سازگاری با شرایط محیط زیستی منطقه (با وزن 472/0)، شرایط اکولوژیک (0.268)، سازگاری با محیط زیست شهری (با وزن 179/0) و زیبایی- شناختی (با وزن 081/0) تهیه گردید. بر اساس نظرکارشناسان گونه های گیاهی مثمر، بنه، کنار، بادامک، پسته و زیتون خوراکی بالاترین اولویت جهت کشت در مقیاس کلان و متوسط شهری را پیدا کرده اند. حدود 40 درصد منطقه دارای تناسب خوب و بالا برای کاشت این گیاهان می باشد.