علی اکبر سبزی پرور

تابش فرابنفش خورشیدی رسیده به سطح زمین تأثیر بیولوژیکی قابل توجهی بر سلامت انسان، حیوانات، گیاهان و اکوسیستم های زمینی و آبی دارد. پایش مستمر تغییرات شدت تابش فرابنفش و ازون کلی در ایران فقط در دو ایستگاه انجام می شود که در دوره هایی به خاطر مشکلاتی ازجمله کالیبراسیون و هزینه سنگین نگهداری با مشکلاتی مواجه شده است. این مشکلات انگیزه استفاده از دیگر منابع اطلاعاتی نظیر ماهواره ها و داده های باز تحلیل را در طیف های مهم الکترومغناطیسی خورشید فراهم می نماید. در پژوهش حاضر، تابش تجمعی روزانه فرابنفش-مرئی (انتگرال کلی تابش فرابنفش-مرئی از طول موج 200 تا 440 نانومتر) حاصل از پایگاه داده بازتحلیل ERA5، ازون کلی و درصد ابرناکی مربوط به دوره آماری 1979-2020 در گستره ایران موردبررسی قرار گرفت. منطقه موردمطالعه با استفاده از روش خوشه بندی سلسله مراتبی به 8 خوشه تقسیم و بررسی روند در سری داده ها با استفاده از آزمون من-کندال انجام شد. نتایج میانگین شدت تابش تجمعی فرابنفش-مرئی(UV-VIS200-440) نشان داد در مقیاس سالانه در نواحی شمال و شمال غرب کشور (خوشه های 5، 6، 7 و 8) روند مثبت وجود دارد، اما در سایر مناطق روند معنی داری مشاهده نشد. مطالعه سری زمانی ازون کلی کشور نیز نشان داد در هر 8 خوشه مطالعه شده ازون کلی در سال های 1979 الی 2000 روند کاهشی معنی دار و از سال 2001 میلادی به بعد روند افزایشی معنی دار را تجربه نموده است. در این پژوهش به منظور تخمین تابش در نقاط فاقد ایستگاه، روابط رگرسیونی خطی بین تابش تجمعی(200 الی 440 نانومتر) با ازون کلی و ابرناکی در مقیاس های ماهانه، فصلی و سالانه استخراج شدند. بررسی ضرایب همبستگی بین سری زمانی تابش فرابنفش-مرئی (200 الی 440 نانومتر) با ابرناکی و ازون کلی نشان داد در هر سه مقیاس زمانی ماهانه، فصلی و سالانه، تابش با ابرناکی همبستگی قوی تری نسبت به ازون کلی دارد. به طوری که در مقیاس سالانه بیشترین ضریب همبستگی تابش فرابنفش-مرئی با ابرناکی 81./0 و برای ازون کلی 25/0 به دست آمد.

تغییر در پارامترهای اقلیمی در دهه های آینده عملکرد بسیاری از محصولات کشاورزی را تحت تاثیر قرار خواهد داد. در این رابطه مطالعات اندکی درخصوص بررسی راهکارهای مقابله با این تغییرات اقلیمی و کاهش پیامدهای منفی احتمالی آن بر محصولات استراتژیک کشور انجام شده است. در پژوهش حاضر مدیریت های زراعی مختلف اعم از تغییر در حجم آبیاری و حجم کوددهی و تغییر تاریخ کاشت در زراعت محصولات برنج و سویا در دو پنجره زمانی آینده نزدیک (2035-2021) و آینده دور (2050-2036) شبیه سازی گردید و با هدف ارائه راهکارهای مناسب سازگاری در کاهش پیامدهای منفی تغییرات اقلیمی مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای هواشناسی ریز مقیاس شده بر اساس خروجی سه مدل گردش عمومی جو AOGCM (HadGEM2-ES, CSIRO-Mk3-6-0, GFDL-ESM2M) تحت سه سناریوی واداشت تابشی (RCP 2.6, 4.5, 8.5) از پایگاه داده MarkSimGCM استخراج شد. با داشتن داده های میدانی فنولوژیکی 12 ساله دو رقم برنج هاشمی و علی کاظمی و داده های مزرعه ای دو ساله دو رقم سویا ویلیامز و هابیت به شبیه سازی عملکرد محصولات به وسیله مدل گیاهی DSSAT اقدام شد. نتایج نشان داد تغییر تاریخ کاشت برنج رقم هاشمی از 20 اردیبهشت به 10 اردیبهشت (تسریع 10 روزه) در سناریوی بدبینانه RCP8.5 می تواند موجب بهبود عملکرد 9/18 درصدی در دور آبیاری 5 روزه نسبت به آبیاری غرقابی شود. تسریع 20 و 30 روزه تاریخ کاشت گرچه در بهبود عملکرد محصول در مواجهه با تغییرات اقلیمی موثر بود، اما نمی-تواند به اندازه تسریع 10 روزه مفید واقع شود. برای محصول برنج رقم هاشمی در حجم کوددهی F3 در سناریوی RCP2.6 دوره آینده دور، بهبود عملکرد 7/10 درصدی برآورد می گردد. بیشترین افزایش عملکرد با مدیریت های متفاوت کوددهی تحت سناریوی RCP2.6 حاصل شد. در مجموع، گرچه کاهش عملکرد در رقم های مورد بررسی بر اثر تغییرات اقلیمی اجتتاب ناپدیر است، اما با به کارگیری مدیریت های زراعی مناسب می توان درصد قابل ملاحظه ای از این کاهش عملکرد را جبران نمود.

پرتوهای فرابنفش ( UV ) بخش خطرناک تابش خورشیدی است که علی رغم داشتن سهم کوچکی از کل انرژی تابشی خورشید (5 تا 7 درصد) و فواید ی در زمینه تولید ویتامین D3 ، اما تابش بیش از حد آن می تواند آسیب های جبران ناپذیری به سلول های انسان برساند. عمده تحقیقات صورت گرفته قبلی در ایران بر روی تابش UV صرفاً محدود به اثرات آن روی پارامترهای گیاهی یا پهنه بندی در محدوده کوچک بصورت مطالعه موردی بوده است. در تحقیق حاضر تابش فرابنفش تجمعی روزانه UVA در منطقه وسیعی از فلات مرکزی ایران که دارای اقلیم خشک و نیمه خشک هستند در دوره ی اقلیمی 13 ساله شامل 22 ایستگاه در 9 استان به وسیله مدل انتقال تابش لایه ای TUV5 برآورد شده است. نتایج در سه حالت شرایط آسمان کاملاً صاف، کاملاً ابری و واقعی (ترکیبی از درصد هوای ابری و صاف در ماه مربوطه) برآورد گردید و بصورت متوسط فصلی پهنه بندی شد و انطباق آن با عوامل اثرگذار بر تابش فرابنفش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشینه تابش UVA در نیمه جنوبی منطقه مورد مطالعه متمرکز است که در فصول گرم سال غالباً در شرق و در فصول سرد سال در نواحی مرکزی و جنوب غر ب منطقه مستقر است. مقایسه پهنه های تابش تجمعی روزانه در شرایط کاملاً ابری نشان می دهد که همخوانی مطلوبی با پهنه های عمق نوری ابر و آئروسل وجود دارد. در حالیکه در شرایط کاملاً صاف، انطباق پهنه های توزیع تابش UVA و ازون کلی بیشتر است. شرایط آسمان تمام ابری قادر است شدت تابش روزانه دریافتی UVA را حدود 52 درصد در فصل زمستان و 21 درصد در فصل تابستان به نسبت شرایط آسمان کاملاً صاف کاهش دهد. در شرایط واقعی آسمان شدت تجمعی پرتوهای UVA برآورد شده در مقایسه با آسمان کاملاً صاف، کاهش متوسط 19 درصدی در فصل تابستان تا 32 درصدی در فصل زمستان را نشان می دهد. میزان تأثیر کاهشی ابر بر تابش سطحی فرابنفش در فصول گرم سال (به دلیل زاویه سمت الرأس کمتر) به طور نسبی کمتر از فصل سرد سال می باشد.

تابش سطح زمین (SSR) از مؤلفه های اساسی در مطالعات هوا و اقلیم شناسی به شمار می رود و تغییرات آن تأثیر زیادی در اکوسیستم های زیست محیطی زمین و اقلیم مناطق دارد. به دلیل محدودیت در اندازه گیری های زمینی و نیاز به داده هایی با کیفیت بالا، روش های مختلفی برای برآورد تابش SSR توسعه یافته است. یکی از مهم ترین روش های برآورد تابش SSR، مدل های ماهواره محورند که با داشتن قدرت تفکیک زمانی و مکانی بالا و دسترسی رایگان می توانند منبع جایگزین مناسبی برای مناطق فاقد ایستگاه باشند. هدف از این پژوهش، ارزیابی تابش SSR استخراج شده از سه مدل ماهواره محور CERES، CLARA، و SARAH با استفاده از اندازه گیری های زمینی در ایران در مقیاس روزانه است. نتایج این تحقیق نشان داد محصول SARAH با اختلاف کمی نسبت به دو محصول CERES و CLARA با ضریب تعیین برابر با 93/0 و خطای RMSE برابر با W.m -2 4/22 در ارزیابی تابش SSR روزانه در ایران عملکرد مناسب تری دارد. همچنین، بررسی خطای RMABD نشان داد محصولات ماهواره ای مورد مطالعه در شرایط آسمان صاف (ماه های گرم سال) با مقدار خطای به میزان 5/5، 6/5، و 8/4درصد نسبت به شرایط ابرناکی (ماه های سرد سال) به مقدار خطای به میزان 2/12، 4/11، و 11درصد به ترتیب توسط CERES، CLARA، و SARAH توانایی بیشتری در برآورد تابش SSR دارند. تغییرات مکانی تابش روزانه SSR بیانگر آن است که محصولات ماهواره ای مورد مطالعه در مناطق خشک و نیمه خشک به ترتیب بهترین عملکرد را نسبت به مناطق ساحلی دارند.

در این پژوهش اثر نوسانات الگوهای دورپیوند در جابه جایی تاریخ رخداد اولین و آخرین یخبندان پاییزه و بهاره بررسی شد. این محاسبات در 12 ایستگاه سینوپتیک کشور برای مدت 31 سال (۱۹۸۵-2015) انجام شده است. برای بررسی همبستگی شاخص های دورپیوند و دمای کمینه، از دو سناریو (با و بدون تأخیر زمانی) استفاده شد. تأثیرگذارترین الگوی شناسایی شده بر یخبندان دیر رس بهاره در مقیاس ماهانه (بدون تأخیر) شاخص NAO- (ضریب همبستگی 767/0) در ماه فوریه و مربوط به ایستگاه اصفهان است و مؤثرترین شاخص اثر گذار بر یخبندان زود رس پاییزه AMO+ (ضریب همبستگی 732/0) در مقیاس ماهانه (بدون تأخیر) سپتامبر و مربوط به ایستگاه همدان به دست آمد. جابه جایی تاریخ ها در اولین یخبندان پاییزه و آخرین یخبندان بهاره در فاز النینو نسبت به نرمال زودتر و در فاز لانینا نسبت به نرمال دیرتر شروع می شود. همبستگی بین فازهای النینو، لانینا، و نرمال با دمای کمینه نشان داد فاز لانینا تأثیر گذاری بیشتری در دمای کمینه داشته است. به طور کلی، نتایج نشان داد جابه جایی تاریخ های رخداد اولین و آخرین یخبندان پاییزه و بهاره در ایستگاه های موردمطالعه با تعدادی از شاخص های دورپیوند مانند AMO، SOI، NAO، AO، و MEI مرتبط است.

در این پژوهش، برای اولین بار در ایران، تابش کل خورشیدی (GSR) با به کارگیری داده های ساعتی رطوبت خاک و بدون استفاده از داده های ساعت آفتابی و مقدار ابرناکی برآورد شد. بدین منظور، از هشت متغیر روزانه شامل میانگین دمای هوا، بیشینه دما، کمینه دما ، فشار هوا، رطوبت نسبی هوا، بارندگی، دمای میانگین خاک، و رطوبت خاک در کنار تابش کل روزانه در ایستگاه تحقیقاتی هواشناسی دانشگاه بوعلی سینا در یک دوره 435روزه (ثبت شده توسط واقعه نگاشت GEONICA) و مدل های رگرسیون خطی، سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیفی (ANFIS)، شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP)، و شبکه عصبی رگرسیون تعمیم یافته (GRNN) استفاده شد. نمونه های ورودی- هدف به دو صورت تصادفی و غیرتصادفی وارد مدل ها شد که نتایج گواه بر دقت بهتر مدل ها در نمونه های تصادفی شده تحت شرایط استفاده از کل متغیرها به عنوان ورودی بود. بررسی ها حاکی از برتری مدل MLP با 04/3RMSE= مگاژول بر متر مربع در روز و %33/86=R2 بود. افزون براین، به کارگیری کمترین متغیرهای هواشناسی شامل سه متغیر دمای میانگین هوا، رطوبت نسبی هوا، و دمای خاک در مدل GRNN توانست با 45/3RMSE= مگاژول بر مترمربع در روز و %52/82R2= عملکرد بسیار مطلوبی در تخمین GSR ارائه دهد. رگرسیون خطی چند متغیره نیز فقط توانست یافتن ورودی ها را تسهیل کند.

در این تحقیق ویژگی های بارش ایران در طی 44 سال گذشته را با استفاده از روش همسازها مورد بررسی قرار دادیم.در این مطالعه ما ازمشاهدات بارش 428 ایستگاه هواشناسی بین سالهای 1383-1340 استفاده و برای تحلیل ویژگی های فصل بارش از روش تحلیل همسازها استفاده نمودیم. با تحلیل سهم پراش میانگین های ماهانه بارش هر نقطه همسازهای بارش هر نقطه محاسبه و جهت آشکار سازی تاثیر عوامل جغرافیایی ( طول، عرض جغرافیایی وارتفاع) بر پراش های بارش، روابط رگرسیونی بکار گرفتیم. در این تحقیق، ویژگی های بارش با استفاده از در صد پراش (PV)، دامنه (A) و ضریب T توجیه شدند. نتایج حاصله از پهنه های بارش نشان داد که همساز های اول و دوم نقش غالبی در توجیه تغییرات بارش ایران ایفا می کند. به طور کلی همساز اول و دوم بیش از 90 درصد پراش بارش در ایران را توجیه می کنند. سهم پراش همساز اول در بارش سالانه ایران از شمال به جنوب افزایش می یابد و در همساز دوم این رابطه معکوس می شود. بطوریکه در استان های آذربایجان غربی و شرقی و نواحی ساحلی خزر همساز دوم بیش تر از جنوب کشور است. نتایج همچنین نشان دهنده بالاتر بودن ضریب همبستگی عوامل مکانی در همساز سوم نسبت به دوهمساز دیگر بود. این نشان دهنده این است که بارش های فصلی و محلی بیشتر تابع عوامل مکانی نظیر طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی وارتفاع است. از نتایج این پژوهش می توان برای مدیریت منطقه ای منابع آب و مقاصد کشاورزی استفاده نمود.

تغییر اقلیم و افزایش دما از مسایل مهم زیست محیطی بشر به حساب می آید. با بررسی روند تغییرات میانگین دمای هوا می توان تغییرات اقلیمی در منطقه را ردیابی نمود. پژوهش های انجام شده در جهان به طور عمده بیانگر افزایش تدریجی دمای متوسط است. در این تحقیق به منظور شناسایی تغییرات زمانی پارامتر های دمایی (حداقل، حداکثر و متوسط) از مشاهدات 10 ایستگاه سینوپتیک در دوره 1384-1335 در مناطق خشک و نیمه خشک کشور استفاده شده است. در این تحقیق از روش رگرسیون خطی و نیز با توجه به ماهیت غیرخطی بودن عناصر اقلیمی از روش نا پارامتریک من-کندال بهره گرفته شده است، که معنیداری در هر دو روش، نتایج تقریباً یکسانی را نشان می دهد. نتایج در دوره ی مشترک آماری نشان داد که در دمای حداکثر، حدود 70 درصد ایستگاه ها و در دمای متوسط و حداقل حدود 90 درصد ایستگاه ها شاهد روند معنیدار مثبت سالانه بودند. بیشترین تغییرات در بین پنج دهه ی مورد مطالعه، به میزان 49 درصد در دهه های سوم و چهارم به وقوع پیوسته است. روند افزایشی دما به خصوص برای میانگین های ماهیانه دمای حداقل شبانه مشهودتر بود. نتایج نشان داد که استثنائاً در شهر بیرجند، در بعضی ماه ها روند معنی دار منفی به وقوع پیوسته است.

بارش تغییر پذیرترین پارامتر جوی است که زمان و فصل آن هم دچار تغییر می گردد. شناخت دقیق سازوکار ونحوه تغییرات فصل بارندگی اهمیت بسیاردارد. در این راستا مطالعه فصل بارندگی در استان همدان که از نظر کشاورزی جایگاه ویژه ای در سطح کشور دارد، اجتناب ناپذیر است این مطالعه سعی در شناخت تغییرات فصل بارندگی در استان همدان را دارد بدین منظورتاریخ وقوع، آغاز وخاتمه بارندگی از داد ه های روزانه بارش در استان همدان استخراج، روند خطی و تغییرات احتمالی آن ها، طی دوره سی ساله 1358 تا 1387 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بدین منظور مشاهدات به سه دهه مجزا تقسیم و مقایسه گردید. نتایج این مطالعه نشان می دهد که در دهه اول دوره بارندگی اوایل پائیز آغاز و در بهار پایان می یافت. یعنی دوره بارندگی طولانی بوده است. در دهه دوم فصل بارندگی تغییر خاصی نکرده و فقط در برخی مناطق استان طول دوره بارندگی کوتاه تر ودربرخی نواحی بلندتر شده است. اما در دهه سوم دوره بارندگی جابه جایی محسوسی داشته است. یعنی آغاز بارندگی از زمستان و خاتمه آن به طرف تابستان بوده است. این بدان معنا است که در سال های اخیر فصل بارندگی با سرعتی نسبتا"" کند به طرف تابستان در حرکت است. تغییرات روند طول دوره بارندگی نیز نشان دهنده روند افزایشی است. به عبارتی در دوره مورد مطالعه فصل بارندگی طولانی تر شده است، به منظور طبقه بندی تغییرات فصل بارندگی بر روی داده های میانیابی شده و بر اساس ""متوسط فاصله اقلیدسی"" و به روش ادغام ""وارد [1] "" تحلیل خوشه ای انجام شد. بر این اساس، استان همدان از نظر تغییرا ت فصل بارندگی به سه منطقه طبقه بندی گردید. منطقه یک با بیشترین وسعت، کوتاه شدن فصل بارندگی را نشان می دهد منطقه دو جابجایی آغاز فصل بارندگی به طرف زمستان را نشان می دهد و در منطقه سوم فصل بارندگی تغییری محسوسی نداشته است.

این تحقیق با استفاده از آمار و اطلاعات هواشناسی13 ایستگاه سینوپتیک کشور با اقلیم های گرم در دوره مشترک آماری 2006-1957 انجام شد. به منظور بررسی روند داده های تبخیر و تعرق گیاه مرجع (ET0) با روش پنمن- مانتیث- فائو 56 در مقیاس های فصلی و سالانه در دوره آماری50 ساله از دو آزمون ناپارامتری من- کندال و تخمین گر سِن استفاده گردید. همچنین برای دستیابی به نتایج بهتر و اطمینان از وقوع تغییرات معنی دار در اقلیم منطقه و آشکارسازی چگونگی تغییرات میانگین های ETo، دوره مطالعاتی به دو دوره 50 و 16 ساله تفکیک شد و به منظور مقایسه میانگین های دوره ها با هم، از آزمون من- ویتنی بهره گرفته شد. نتایج حاصل از بررسی روند ETo با دو آزمون نشان داد که در دوره 50 ساله، 53 درصد ایستگاه ها در فصل های مختلف و یا در مقیاس سالانه دارای روند معنی دار بوده اند و 47 درصد ایستگاه ها در کل عدم معنی داری را نشان داده اند. بیشترین روند معنی دار ETo تأیید شده به وسیله هر دو آزمون، در فصل تابستان و کمترین معنی داری در فصل زمستان مشاهده شده است. نتایج نشان می دهد که در 65 درصد موارد شیب روند معنی دار ETo در مناطق مورد بررسی، چه در مقیاس فصلی و چه در مقیاس سالانه منفی به دست آمد. به منظور بررسی دقیق تر تغییرات موجود در پارامترETo، مقایسه نتایج میانگین های ETo در دو دوره زمانی 16 ساله و درازمدت (50 ساله) نشان داد که در مقیاس فصلی و سالانه در 67 درصد موارد کاهش و در 33 درصد موارد افزایش میانگین ETo در دوره 16 ساله نسبت به دوره درازمدت به وقوع پیوسته است که این با نتایج حاصل از روند درازمدت ETo که در بیشتر موارد کاهشی است، هم خوانی دارد.

کشور ایران دارای اقلیم خشک و نیمه خشک است که ریزش های کمِ جوی، رگبارهای شدید، وقوع جریان های سیلابی و تبخیر (تبخیر تعرق) زیاد از ویژگی های آن به شمار می آید. پژوهش حاضر سعی در ارزیابی و پهنه بندی تبخیر تعرق گیاه مرجع (ETo) و ارائه آن در قالب نقشه های پهنه بندی و هم تبخیر تعرق (مرجع) به عنوان ابزاری اساسی برای مدیریت آب دارد. در این بررسی با گروه بندی مناطق هم اقلیم براساس اقلیم نمای یونسکو از میانگین های درازمدت متغیرهای اقلیمی 91 ایستگاه هواشناسی و داده های لایسیمتر، برای تعیین روش مناسب تخمین ETo استفاده شد. تبخیر تعرق گیاه مرجع برمبنای اطلاعات اقلیمی هر یک از ایستگاه ها به کمک نرم افزار RefET به 13 روش محاسبه شد. روش های محاسباتی شامل هفت روش ترکیبی بر پایه روش پنمن، دو روش دمایی، سه روش تشعشعی ـ دمایی و یک روش تشعشعی بودند. مناسب ترین روش محاسباتی از بین 13 روش، در مقایسه با مقادیر تبخیر تعرق لایسیمتری در هر اقلیم انتخاب شد. انتخاب روش محاسباتی براساس آماره های ضریب تبیین (2R)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطای اریبی (MBE) صورت گرفت. مقادیر RMSE، MBE و 2R در 9 ایستگاه لایسیمتری به ترتیب 1/1 میلی متر در روز، 23/0- میلی متر در روز و 85/0 به دست آمد، که نشان دهنده دقت مناسب کار در گستره جغرافیایی کشور ایران است. در نهایت هر یک از روش های محاسباتی انتخاب شده، برای سایر ایستگاه های هم اقلیم فاقد مقادیر لایسیمتری مبنای برآورد ETo قرار گرفتند. نتایج نشان داد که روش های با پایه پنمن در اکثر مناطق ایران مناسب ترین روش برای برآورد ETo به شمار می آیند. در ترسیم نقشه هم تبخیر تعرق مرجع (ISOETo) و پهنه بندی آن براساس نقشه های توپوگرافی رقومی شده، اطلاعات جغرافیایی ایستگاه های هواشناسی و بهره گیری از نرم افزارهای GIS و Surfer براساس داده های تبخیر تعرق مرجع روزانه صورت گرفت. نتایج پهنه بندی به روش کریجینگ، نشان داد میزان ETo در 23 درصد از سطح ایران که در مناطق مرتفع شمال کشور قرار دارند، کمتر از 48/4 میلی متر در روز است؛ و در مقابل 77 درصد از سطح کشور در پهنه ETo بیش از این مقدار تا سقف 70/10 میلی متر در روز قرار دارد. به نظر می رسد که پراکنش مناسب زمانی و مکانی بارش های مناطق شمالی، رطوبت نسبتاً بالا و برودت هوا در کاستن از پتانسیل تبخیر تعرق این مناطق نقش اساسی دارد. در مجموع وجود بی نظمی و نوسانات زیاد در سری های زمانی بارندگی سالانه از عوامل اصلی کمبود منابع آب و به تبع آن افزایش تبخیر تعرق در مناطق خشک و نیمه خشک ایران است.