پژوهشهای تغییرات آب و هوایی

پژوهش حاضر با هدف پیش بینی پهنه سیل در شرایط تغییر اقلیم براساس سناریوهای پنجمین گزارش ارزیابی هیئت بین الدول تغیییر اقلیم در حوضه قره سو (استان گلستان (انجام شد. داده های روزانه شبیه سازی شده برای آینده را می توان به عنوان ورودی مدل های هیدرولوژیکی لحاظ کرده و نتایج آن را در برنامه های بلندمدت توسعه منابع آب منظور نمود. این تحقیق شامل دو فاز اقلیمی و هیدرولوژی است. در فاز اقلیمی، داده های روزانه دمای حداقل، حداکثر، بارش و ساعات آفتابی ایستگاه سینوپتیک هاشم آباد گرگان در دوره 2001–2020 با استفاده از مدل آماری LARS-WG شبیه سازی شد و پس از اطمینان از کارایی این مدل در شبیه سازی پارامترهای هواشناسی مذکور در حوضه آبخیز قره سو استان گلستان، جهت بررسی تاثیر پدیده تغییر اقلیم بر رواناب منطقه مورد مطالعه، داده های سه سناریوی A2 (سناریوی حداکثر)، A1B (سناریوی حد وسط) و B1 (سناریوی حداقل) مدل HadCM3 در دوره 2021-2050 با مدل آماری LARS-WG کوچک مقیاس گردید. در فاز هیدرولوژیکی، بارش- رواناب با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT شبیه سازی و پس از واسنجی (از ۱ ژانویه 2012 تا ۲۹ دسامبر 2016) و اعتبارسنجی این مدل (۳۰ دسامبر 2016 تا ۲۹ دسامبر 2018)، داده های دما و بارش خروجی مدل LARS-WG به مدل SWAT وارد شده و تغییرات رواناب تبعی تغییر اقلیم در دوره های آتی نسبت به دوره پایه محاسبه گردید. نتایج نشان داد که بر اساس برآورد مدل LARS-WG برای سناریوهای مورد بررسی در دوره های آتی میانگین دمای حوضه آبخیز قره سو به میزان  56/0 تا 4 درجه سلسیوس افزایش می یابد. مقدار بارش نیز در مقایسه با دوره پایه به میزان 10 تا 24 درصد کاهش نشان می دهد. در پایان نیز سیلاب حوضه مورد مطالعه با تلفیق نقشه متوسط رواناب تحت سناریو A2، فاصله از رودخانه و ضریب شکل حوضه با استفاده از روش  Fuzzy-AHPدر محیط GIS  پهنه بندی شده است. با توجه به پهنه بندی، 44 درصد در خطر زیاد و بسیار زیاد می باشد.

مشخصه های خشکسالی به عنوان یکی از مخاطرات طبیعی، در دوره های آتی ممکن است تحت تأثیر تغییرات آب و هوایی تغیی ر نمای د. پژوهش حاضر، با هدف پیش نگری خشکسالی هواشناسی در حوضه گرگانرود انجام شده است. به این منظور برونداد دما و بارش 8 مدل پروژه CMIP6 تحت دو سناریوهای (SSP2-4.5) و (SSP5-8.5) طی دو دوره 2054-2025 و 2100-2071 مورد بررسی قرار گرفتند. با توجه به بزرگ مقیاس بودن مدل های گردش کلی جو از روش تصحیح اریبی نگاشت چندک (Quantial Mapping) برای ریزگردانی GCMهای منتخب استفاده شد. با پیش نمایی مق ادیر ب ارش و دم ا، ش اخص SPEI، در مقیاس زمانی سالانه برای دوره های پای ه و آت ی محاسبه و در ادامه، نمایه های خشکسالی (مدت، شدت و بزرگی) ب ر مبنای تئوری Run استخراج و برای دوره های پایه و آتی با هم مقایسه شدند. با هدف ارتقای فرایند ارزیابی و کمی سازی اثرات تغییرات اقلیمی بر خشکسالی های آتی منطقه و نشان دادن عدم قطعیت های ناشی از مدل های اقلیمی از باندهای پیش بینی متغیرهای اقلیمی جهت کمی سازی شاخص SPEI استفاده شده است. نتایج پیش نگری اجرای گروهی مدل ها نش ان داد که در شرایط اقلیم آینده متوسط دما و بارش سالانه در هر دو سناریو دارای روند افزایشی خواهد بود؛ بطوری که دما 2/1 تا 4/4 درجه سلسیوس و بارش به میزان 2 تا 9/11 درصد افزایش می یابد. همچنین خروجی پ ایش خشکس الی بر مبنای شاخص SPEI در سناریو SSP2-4.5 نشان داد شرایط منطقه در دهه های آتی در محدوده های نزدیک به نرمال یا ترسالی خواهد بود. این وضعیت در دوره آینده نزدیک در سناریو SSP5-8.5 نیز ادامه دارد، ولی تحت تاثیر افزایش شدید دما و تبخیر و تعرق در دوره آینده دور، میزان وقوع خشکسالی ها افزایش خواهد یافت. نتایج حاصل از اجرای تئوری Run بیانگر آن است که نمایه های شدت مدت و بزرگی در سناریو  SSP2-4.5و دوره ی آینده نزدیک در سناریو SSP5-8.5 روند کاهشی خواهد داشت.

هدف از این مطالعه شبیه سازی عددی و پیش بینی تغییرات آب وهوای ایران با تأکید بر دو پارامتر اقلیمی دما و بارش است. روش مورد استفاده این تحقیق الگوریتم شبکه های عصبی مصنوعی برای شبیه سازی متغیرهای دما و بارش 24 ساعته برحسب گام زمانی ماهانه در طی یک دوره 31 ساله نسبت به دوره پایه است. از تحلیل مانوا برای مقایسه میانگین تغییرات دما و بارش طی دوره مشاهده شده 2020-1990 و دوره شبیه سازی شده 2050-2020 استفاده شده است. نتایج مقایسه نشان می دهد، تفاوت معنی داری بین تغییرات دما و بارش 24 ساعته در ایستگاه های هواشناسی منتخب در ایران وجود دارد. مربع جزئی اتا محاسبه شده، تغییرات بارش و دمای ثبت شده به ترتیب برابر1/42 و 9/17 درصد، تغییرات بارش و دمای شبیه سازی شده نیز به ترتیب برابر6/41 و 1/18 درصد می باشد. بیشترین و کمترین بارش مشاهده شده در ماه های مارس و ژوئیه رخ داده است. شبیه سازی ها بیشترین و کمترین میزان بارش را برای ماه های مارس و اوت پیش بینی کردهاند. همچنین بیشترین و کمترین میانگین دمای مشاهده شده به ترتیب در ماه های ژوئیه و ژانویه رخ داده و شبیه سازی ها نیز این مقادیر را برای همین ماه ها پیش بینی کرده اند. نتایج مقایسه ایستگاه های هواشناسی منتخب طی دوره های مذکور نشان داد، بیشترین و کمترین مقادیر بارش مشاهده شده به ترتیب در ایستگاه های رشت ۹۵/۱۰۹و یزد ۳۶/۴ میلی متر ثبت شده و شبیه سازی ها نیز برای همین ایستگاه ها ۴۶/ ۱۱۲ و ۶۳/۵ میلی متر پیش بینی کرده اند. بیشترین و کمترین میانگین دمای مشاهداتی به ترتیب در ایستگاه های بندرعباس۹۹/۲۶ و اردبیل۳۶/۹درجه سانتی گراد ثبت شده و شبیه سازی ها نیز برای همین ایستگاه ها۱۰/۲۷و۴۵/۹ درجه سانتی گراد پیش بینی کرده اند.

در این پژوهش اثرات تغییر اقلیم بر میزان و توزیع بارش و دما در ایستگاه سینوپتیک کرمان بررسی شد. به این منظور خروجی مدل های اقلیمی جهانی گزارش ششم IPCC برای دوره پایه (1965 تا 2014) برای بارش و دما در مقایسه با داده های ایستگاه ارزیابی شد. برای ارزیابی مدل ها از معیارهای خطاسنجی شامل ضریب همبستگی (r)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطا (ME) و شاخص KGE استفاده شد. سپس بهترین مدل ها برای پیش بینی این دو متغیر در سال های آینده (2051 تا 2100) بر مبنای سناریوهای مختلف اقلیمی (SSP1-2.6، SSP2-4.5، SSP3-7.0 و SSP5-8.5) انتخاب شدند. در نهایت تغییرات توزیع بارش و دما در دوره آینده نسبت به دوره پایه مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج مطالعه حاضر پس از اصلاح اریبی مدل ACCESS-CM2 برای تخمین دما (ME=0 °C، RMSE=1.87 °C، r=1، KGE=0.998) و مدل MRI-ESM2-0 برای تخمین بارش (ME=-0.002 mm/month، RMSE=17 mm/month، r=0.484، KGE=0.468) از دقت بهتری برخوردار هستند. نتایج بررسی روند تغییرات بارش و توزیع آن نشان دهنده عدم معنی داری روند تغییرات (مقادیر P-value بیشتر از 1/0) و عدم معنی داری تغییر میانگین و واریانس بارش (مقادیر P-value کمتر از 05/0) بود و لذا احتمال افزایش وقوع بارش های حدی نمی تواند از نظر آماری قابل انتظار باشد. اما تغییرات روند، میانگین و واریانس دما از نظر آماری معنی دار بوده و احتمال وقوع تنش های گرمایی در آینده افزایش خواهد یافت. افزایش معنی دار دما در آینده می تواند منابع آبی شهر کرمان را از نظر کمی و کیفی تحت تاثیر قرار دهد که این مسئله مستلزم توجه بیشتر سیاست گذاران به مدیریت مناسب منابع آب است.

در دهه های اخیر، مردم در سراسر جهان تلفن های هوشمند و فناوری های آن را پذیرفته اند. برنامه های کاربردی در این دستگاه ها از جنبه های عملکرد و کاربری آسان شده اند. پروژه های علمی شهروندی که تلاش می کنند داده های ارزان و مقرون به صرفه را از افراد با پیشینه های مختلف جمع آوری کنند، نیازمند طراحی کاربرپسند و استفاده از فناوری با کاربری آسان است. در این پژوهش سعی شد تا با مرور جزییات مراحل طراحی یک برنامه علمی شهروندی در زمینه اقلیم و هیدرولوژی، به ملاحظات و ضرورت طراحی و انتشار یک برنامه کاربردی علمی شهروندی پرداخته شود. این برنامه که توسط نگارندگان طراحی شده است، با نام پایش یار معرفی می شود و با هدف پایش سه متغیر دما، بارش و تراز سطح آب رودخانه در روستاهای مرزی و دورافتاده استان گلستان طراحی شد. به منظور کسب تجربیات کافی، پس از قرار دادن ابزارهای سنجش ساده و ارزان قیمت در دسترس داوطلبان، به مدت پنج ماه (دی ماه 1400 تا اردیبهشت ماه 1401) از طرق مختلف از جمله پیامک، تماس تلفنی، فرم های کاغذی و شبکه های مجازی داده های مورد نیاز جمع آوری شد. پس از آن بازخوردها و نکات لازم ثبت گردید و مطابق با تجربیات کسب شده نسخه اولیه برنامه کاربردی پایش یار طراحی شد. بعلاوه در این پژوهش با مقایسه داده های جمع آوری شده از طریق این برنامه طی هشت ماه (خردادماه 1401 تا دی ماه 1401) و مقایسه آن با سایر روش های جمع آوری داده، نقاط ضعف و قوت آن برشمرده شد و کارایی آن مورد ارزیابی قرار گرفت. در انتها ارزیابی کارایی، مزایا، معایب، محدودیت ها و چالش های پایش یار نشان داد که یک برنامه کاربردی قابل نصب و اجرا در گوشی های هوشمند با طراحی خوب، جریان اطلاعات از کاربران به پایگاه های اطلاعاتی و محققان مربوطه را تسهیل می کند و به نظر می رسد برای ترویج و گسترش سامانه های پایشی و نظارتی بلندمدت علوم شهروندی ضروری است. به هرحال مسیرهای ارسال داده های اقلیمی و هیدرولوژی به سامانه های علمی شهروندی، زمینه ای است که به پژوهش های بیشتری نیاز دارد.

دمای سطح زمین یکی از پارامترهای کلیدی در مطالعات شهرها می باشد. آلودگی هوا نیز یکی از علل ایجاد جزیره حرارتی شهر است که در شهرهای بزرگ به دلیل تراکم بالای جمعیت و به دنبال آن افزایش تعداد روزهای آلوده، رخداد آن در سال های اخیر رو به افزایش بوده است. هدف این پژوهش، بررسی تغییرات زمانی جزایرحرارتی شهری و ارتباط آن با آلودگی هوا در شهر کرمان می باشد. جهت تعیین جزیره حرارتی شهرکرمان درفصول تابستان و زمستان، از تصاویر TM ماهواره لندست پنج و OLI/TIRS لندست هشت در دوره زمانی 16 ساله(2022-2007) استفاده شد. همچنین برای بررسی تغییرات دمایی، از اطلاعات دمایی ایستگاه کرمان و برای بررسی آلودگی هوا ازداده های ایستگاه سنجش آلودگی هوای شهرکرمان استفاده شد. اگرچه تعداد روزهای آلوده زیاد بود، ولی با توجه به محدودیت گذر ماهواره بادوره 16روزه از شهرکرمان، محدود بودن تعداد روزهای با شدت آلودگی بالا در کرمان و عدم انطباق روزهای آلوده با زمان گذر ماهواره، در نهایت طی دوره آماری 16ساله، تصاویر فصلی پنج سال انتخاب و مورد استفاده قرار گرفت. پس از تصحیحات لازم، نقشه های دمای سطح زمین و پوشش گیاهی در محیط نرم افزاری ArcGIS ترسیم شد. روند دما نیز با آزمون آماری من -کندال مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد که در فصل تابستان و زمستان میزان دمای سطح زمین دارای روند صعودی بوده است اما جزیره حرارتی فقط در فصل تابستان رخ داده است. به طوری که در تابستان سال 2009 تراکم دمای خیلی گرم کمتر از 30 درصد بوده است اما با گذشت زمان و در سال 2022 در فصل تابستان بیش از 60 درصد منطقه شهری دارای دمای خیلی گرم بوده است. همچنین قسمت هایی از غرب به سمت جنوب شهر به دلیل وجود زمین های بایر و همچنین به دلیل عدم بهره مندی از سازوکارهای خنک کنندگی تبخیر و تعرق، دارا بودن ظرفیت بالای جذب گرما در کنار ظرفیت هدایتی پایین، هسته ی اصلی جزایر حرارتی را تشکیل داده اند. آزمون آماری من-کندال نیز حاکی از روند صعودی دما به خصوص در سال های اخیر است میزان این افزایش دما در یک دوره 25 ساله حدود 5/1 درجه سانتی گراد بوده است. همچنین روابط همبستگی بین دمای سطح زمین با آلاینده های هوا در سطح معناداری 01/0 تایید شد که در تابستان ضرایب همبستگی مذکور قوی تر و آلودگی نیز افزایش یافته است.