مدل LARS-WG

یک مولد آب و هوائی به عنوان ابزاری نسبتاً دقیق و ارزان برای تولید سناریوهای تغییر اقلیم چندساله در مقیاس روزانه به کار برده می شود و تغییرات در متغیرهای اقلیمی و میانگین های اقلیمی را ترکیب می کند. در این تحقیق کارایی مدل LARS-WG جهت تولید داده های روزانه بارش، دمای حداقل و حداکثر و ساعت آفتابی در حوضه آبخیز قره سو استان گلستان در ایستگاه گرگان مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته و با استفاده از آن تغییرات پارامترهای اقلیمی در آینده بررسی شده است. در اولین گام مدل برای دوره 1999- 1970 اجرا گردیده و میانگین های ماهانه مشاهداتی و تولید شده پارامترهای اقلیمی مذکور مقایسه شد. همبستگی مقادیر با استفاده از آزمون T استیودنت نشان داد که در سطح اطمینان 99 درصد تفاوت معنی داری بین داده های واقعی و داده های حاصل از مدل وجود ندارد. مقادیر میانگین های ماهانه مشاهداتی و تولید شده متغیرهای هواشناسی با استفاده از پارامترهای آماری NA، RMSE وMAE نیز مورد مقایسه قرار گرفتند و اثبات شد که مدل کارآیی لازم جهت تولید داده های روزانه در حوضه آبخیز قره سو استان گلستان را داراست. هم چنین نمودارهای پراکنش مشاهداتی و شبیه سازی شده نشان داد که مقادیر دمای حداقل و حداکثر بیشترین همبستگی را داشته و مقادیر مربوط به ساعت آفتابی کمترین میزان همبستگی را داراست. در مرحله بعد پس از اطمینان از کارآیی این مدل در شبیه سازی پارامترهای هواشناسی مذکور در حوضه آبخیز قره سو استان گلستان، داده های سه سناریوی A2 (سناریوی حداکثر)،A1B (سناریوی حد وسط) و B1 (سناریوی حداقل) مدل HadCM3 در دو دوره 2030-2011 و 2099-2080 با مدل آماری LARS-WG کوچک مقیاس 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 04/4 درجه سلسیوس افزایش و مقدار بارش نیز در مقایسه با دوره پایه به میزان 28/10 تا 71/23 درصد افزایش می یابد.

امروزه مدل سازی و برآورد فراسنج های آب وهوا شناختی به سبب گستردگی تغییرات اقلیمی، افکار اغلب اندیشمندان را به خود مشغول کرده است. ازاین رو در این پژوهش برای دستیابی به بازتولید داده های اقلیمی و مقایسه سناریوهای مدل گردش عمومی جو از سه متغیر مهم اقلیمی شامل بارش، دمای کمینه و دمای بیشینه در استان سمنان استفاده شده است. بازه زمانی داده های این فراسنج ها به صورت روزانه است که از بدو تأسیس چهار ایستگاه همدید بیارجمند، شاهرود، گرمسار و سمنان تا سال 2010 را شامل می شود و این دوره زمانی به عنوان دوره پایه، مورد بررسی قرارگرفته است. همچنین برای مقایسه نتایج به دست آمده از مدل با داده های مشاهداتی از سناریوهای B1، A2 وA1B در مدل HadCM3 تحت برنامه ARS-WG در دوره زمانی 2011 تا 2030 به عنوان دوره آتی شبیه سازی بهره گرفته شد. درنهایت نقشه های پهنه بندی مقادیر مشاهداتی و مقادیر شبیه سازی شده این متغیرها ترسیم شد. نتایج حاکی از این است که به طورکلی سناریوهای مورد استفاده در مدل HadCM3، قابلیت بالایی در شبیه سازی سری های زمانی متغیرهای هواشناسی در این استان را دارا می باشد و انطباق و همپوشانی نسبتاً بالایی بین داده های مشاهداتی در دوره پایه با داده های شبیه سازی شده در آینده وجود دارد؛ اما سناریوی A1B در اغلب ایستگاه های مورد بررسی، توانمندی چشمگیرتری در شبیه سازی داده ها به ویژه در سه ماهه زمستان و بهار دارد. همچنین نتایج نشان داد که بیشترین میزان بارش مشاهداتی و شبیه سازی شده توسط سناریوها مربوط به ماه مارس و بیشترین دمای کمینه و دمای بیشینه از آن ژولای است. همچنین نقشه های پهنه بندی داده های مشاهداتی و مدل سازی شده متغیرهای مورد بررسی حاکی از این است که کاهش میزان بارش در سمت شرق، مرکز و شمال استان کاملاً مشهود است و دمای کمینه و بیشینه نیز در سمت شرق و شمال این استان، افزایش قابل توجهی خواهد داشت.

برای ارزیابی تغییرات اقلیمی در استان گیلان، خروجی مدل های گردش عمومی جو MPEH5 و HADCM3 با سناریوهای A2 و B1 در دوره 2030-2011 با استفاده از مدل LARS-WG ریزمقیاس شدند. در ابتدا ارزیابی مدلLARS-WG از طریق آزمون آماری t-Student و همبستگی پیرسن انجام شد. پس از تأیید توانمندی مدل LARS-WG در شبیه سازی پارامترهای اقلیمی برای 8 ایستگاه موردمطالعه، به منظور پیش بینی پارامترهای موردنظر در دوره 20ساله آینده (2030-2011)، مدل بر اساس 2 سناریوی A2 و B1 برای 2 مدل گردش عمومی جو EMPEH5 و HADCM3 اجرا گردید و خروجی های به دست آمده از 4 حالت فوق با هم مقایسه گردید و مدلی که حداقل اختلاف را نسبت به میانگین نتایج کلی تمام حالت ها دارا بود به عنوان مدل مناسب انتخاب و تحلیل های لازم بر روی نتایج آن صورت پذیرفت. پس از انتخاب مدل گردش عمومی جو و سناریوی منطبق تر با شرایط اقلیمی منطقه، خروجی های مدل منتخب با دوره پایه مورد مقایسه قرار گرفتند تا روند تغییرات آن ها مشخص گردد. نتایج حاکی از افزایش دماهای کمینه و بیشینه (4/0 درجه سانتی گراد)، تعداد روزهای خشک (12 روز) و تعداد روزهای داغ (3 روز) است. همچنین نتایج کاهش میانگین بارندگی (2/15 میلی متر)، تعداد روزهای تر (11روز) و تعداد روزهای یخبندان (5 روز) را در دوره اقلیمی آینده نشان می دهد.

مدیریت و برنامه ریزی در مناطق حفاظت شده ایران، مستلزم داشتن اطلاعات کافی از تغییرات آب و هوا، منابع آب و خاک و شرایط رشد و توسعه اکوسیستم ها و زیستگاه های حیات وحش در آینده است. اقلیم یکی از ستون های شکل گیری و اساس تغییرات این زیست بوم ها محسوب می شود. در پژوهش حاضر، داده های HadCM3 با استفاده از مدل LARS-WG و تحت سه سناریوی B1، A2 و A1B در منطقه حفاظت شده لشکردر ملایر در استان همدان ریز مقیاس نمایی شد. سپس تغییرات پارامترهای بارش، کمینه دما، بیشینه دما و تابش در سال های 2011 تا 2039 برای فصول مختلف پیش بینی گردید. نتایج نشان داد که بیشترین تغییرات بارش در فصول بهار و زمستان و بیشترین تغییرات مربوط به دما در فصول تابستان و بهار رخ می دهد. بیشترین تغییرات ساعات آفتابی در فصل تابستان و کمترین تغییرات در فصل پاییز و زمستان رخ خواهد داد. بارش در اکثر ماه ها روند افزایشی داشته که بیشترین آن در ماه های مارس، آوریل و دسامبر و کمترین آن مربوط به ماه های می و ژانویه است. پارامترهای هواشناسی دمای کمینه و دمای بیشینه در تمام ماه ها روند افزایشی خواهند داشت. تغییرات ساعت آفتابی در ماه های آوریل، اوت، سپتامبر و دسامبرکاهشی و در بقیه ماه ها افزایشی است. به طور کلی نتایج نشان می دهد با تغییر سناریوهای اقلیمی که ریشه در مدیریت انسانی دارد پارامترهای هواشناسی در فصل زمستان روند کاهشی بیشتری نسبت به سایر فصول خواهند داشت. این درحالی است که فصل تابستان همواره دارای روند افزایشی در این پارامترهاست. بنابراین شرایط رشد و نمو و فنولوژی گیاهان، حاصلخیری ماهیانه و سالیانه، متابولیسم میکروبی خاک و شرایط رطوبتی زیست بوم تغییر یافته، بنابراین لزوم تغییر برنامه های مدیریتی در 30 سال آینده این منطقه حفاظت شده ضرورت می یابد.

هدف از این تحقیق بررسی و مقایسه شدت خشکسالی در شرایط تغییراقلیم در دو ایستگاه بندرعباس (خشک) و شهرکرد (نیمه خشک) است. به این منظور داده های روزانه بارش، ساعت آفتابی، دمای کمینه و بیشینه مورد استفاده قرار گرفته است. این داده ها به روش آماری و با مدل LARS-WG تحت سه سناریوی A1B, A2 وB1 ریزگردانی شده اند. سپس پارامترهای اقلیمی مذکور برای دوره 2040-2011 شبیه سازی شده و اقدام به استخراج شاخص RDI از داده های پایه و داده های به دست آمده از مدل اقلیمی HADCM3 شده است. بر اساس تمام سناریوهای مورد مطالعه شدت خشکسالی در هر دو ایستگاه افزایش می یابد، بجز سناریوی B1 که کاهش خشکسالی را برای ایستگاه شهرکرد پیش بینی نموده است. در مجموع در ایستگاه بندرعباس طبق سناریوهای A1B، A2 و B1 درصد سال های خشک به ترتیب به میزان 7/6 ، 10 و 10 درصد افزایش می یابد و در ایستگاه شهرکرد به ترتیب به میزان 7/6 و3/3 افزایش می یابد درحالی که طبق سناریوی B1 در حدود 10 درصد از شدت خشکسالی های ایستگاه شهرکرد کاسته می شود.

هدف از این پژوهش، پیش بینی یخبندان های متوسط و شدید سه ایستگاه کرمانشاه، سرپل ذهاب و ک نگاور با استفاده از خروجی مدل ریزگردان لارس در دو دهه آینده می باشد. داده های ورودی مدل های مورد استفاده در این پژوهش شامل متغیرهای بارش، دمای کمینه، دمای بیشینه و تابش در مقیاس روزانه طی دوره زمانی 2012- 1992 می باشند. در پژوهش حاضر با استفاده از خروجی دو مدل اقلیمی HADCM3 و BCM2 تحت سناریوی A1B، وقوع آغاز و پایان یخبندان های زودرس و دیررس متوسط و شدید در سه بازه زمانی 2030- 2011، 2065- 2046 و 2099- 2080 مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از پردازش مدل LARS-WG به وسیله دو طرح واره Bcm2 و Hadcm3 نشانگر گرم تر شدن این ایستگاه ها در سال های آینده می باشد. شروع یخبندان های متوسط ایستگاه های مذکور با گذشت زمان به سمت فروردین ماه میل می کند. در بین ایستگاه های مورد بررسی، رفتار ایستگاه های کنگاور و کرمانشاه شباهت زیادی به هم داشته اما ایستگاه سرپل ذهاب به دلیل ماهیت گرمسیری خود، رفتاری متفاوت از دو ایستگاه در سال های آینده از خود نشان داد. شروع یخبندان های شدید این ایستگاه ها با گذر زمان به تأخیر افتاده و به سمت بهار پیشروی می کند و از آن طرف، زمان خاتمه آخرین یخبندان های شدید نیز با گذشت زمان و نزدیک شدن به پایان دوره پیش بینی شده، به سمت ابتدای زمستان و حتی تا بهمن ماه در ایستگاه سرپل ذهاب نیز می رسد. با توجه به نتایج حاصل از پردازش مدل های مذکور، در سال های آتی از ت عداد روزهای یخبندان متوسط و ش دید این ایستگاه ها کاسته ش ده و رون د دمایی این ایستگاه ها رو به افزایش خواهد گذاشت.

بوشکان یکی از مهم ترین دشت های استان بوشهر می باشد که به عنوان قطب کشاورزی این استان به شمار می رود. هدف از انجام این مطالعه ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر الگوی کشت در مناطق مختلف دشت بوشکان می باشد. براین اساس در این تحقیق از مدل WEAP و ماژول اقتصادی-زراعی آن MABIA برای بررسی وضعیت هیدرولوژیکی این دشت و همچنین عملکرد و نیاز آبی محصولات کشاورزی استفاده شده است. در نهایت با استفاده از مدل برنامه ریزی ریاضی مثبت (PMP)، اثرات تغییر اقلیم بر الگوی کشت محصولات در مناطق مختلف دشت بوشکان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با اعمال سناریوهای RCP 2.6 و RCP 8.5، میزان آب در دسترس مناطق مختلف دشت بوشکان طی دوره 2018-2050 به صورت میانگین به میزان 6 و 12 درصد کاهش می یابد. با اعمال این تغییرات در مدل برنامه ریزی ریاضی مثبت مشخص شد که مجموع سطح زیر کشت مناطق شش گانه به میزان زیادی کاهش می یابد. براین اساس آیش گذاری زمین های کشاورزی به عنوان راه حلی مناسب جهت جلوگیری از خسارات بلندمدت به تولیدات کشاورزی منطقه پیشنهاد می شود.

تغییرات دما و بارش و به تناسب آن تغییرات اقلیمی همراه با وقوع مخاطراتی همچون خشکسالی و سیل تاثیرات بسیار زیادی بر وضعیت هیدرولوژی حوضه های آبریز دارند. بنابراین بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب ضرورری به نظر می رسد. در این پژوهش به بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر وضعیت هیدرولوژی حوضه آبریز حبله رود پرداخته شد. تغییرات دما و بارش با استفاده از داده های دمای حداقل، دمای حداکثر و بارش از سال 1996-2017 مورد بررسی قرار گرفت و با به کارگیری مدل LARS-WG تغییر اقلیم حوضه آبریز حبله رود با استفاده از مدل HadGEM2-ES و سناریوهای 2.6RCP، RCP4.5 و RCP8.5 در سال های 2021 تا 2050 شبیه سازی گردید. سپس با مدل هیدرولوژیکی SWAT وضعیت هیدرولوژیکی رواناب حوضه شبیه سازی شد. نتایج مدل LARS در دوره پایه نشاندهنده تطابق کامل این دوره با اختلاف ناچیز با داده های مدل سازی بود. همچنین مشخص گردید که در سال های 2021 تا 2050 دما و بارش تقریبا در تمامی ماه ها روند افزایشی داشته است. نتایج به دست آمده مدل SWAT نیز نشان داد همبستگی مناسب و قابل قبولی بین داده های شبیه سازی شده با مقادیر مشاهداتی حوضه حبله رود وجود دارد. علاوه بر این مبین گردید افزایش بارش در حوضه آبریز منجر به افزایش میزان رواناب سطحی در سطح حوضه مورد مطالعه در دوره پیش بینی 2021-2050 شده است. در نهایت یافته های این تحقیق نشان داد مدل LARS در  بررسی تغییرات اقلیمی حوضه و مدل SWAT در شبیه سازی رواناب حوضه توانمندی بالایی دارند.

پیش بینی تغییرات اقلیمی به دلیل آثار مخرب بر منابع آبی، زیست محیطی، اقتصادی، و اجتماعی از اهمیتی ویژه برخوردار است. بنابراین، هدف از این تحقیق پیش بینی تغییرات اقلیمی شهرستان کرمانشاه با استفاده از مدل های ریزمقیاس گردش عمومی جوّ قابل دسترس در مدل LARS-WG6 (GFDL-CM3, MPI-ESM-MR, MIROC5) تحت سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 برای دوره 2020 تا 2100 با دوره پایه 1980 تا 2010 بود. برای ارزیابی داده های پیش بینی شده در مدل LARS-WG به بررسی میزان خطای داده های مشاهداتی و پیش بینی شده با استفاده از معیارهای R2, RMSE, MSE, MAD پرداخته شد. نتایج نشان داد مدل LARS-WG قابلیت لازم را برای پیش بینی داده های اقلیمی در آینده دارد و بین زیرمدل ها مدل MPI-ESM-MR تحت سناریوی RCP4.5 از ضریب اطمینان بالاتری نسبت به سایر زیرمدل های ارزیابی شده برخوردار است. همچنین، همه مدل ها بیانگر افزایش متوسط دمای حداقل و حداکثر و تغییر الگوی بارش در دوره های زمانی آینده در منطقه مورد مطالعه بودند. در ادامه شاخص های SPI و دو مارتن برای همه مدل ها محاسبه شدند. بر اساس شاخص SPI همه مدل های اقلیمی مورد ارزیابی نشان دادند تا سال 2100 سال های با شاخص نرمال کاهش یافته در مقابل شرایط خشک افزایش خواهند یافت و همچنین بر اساس شاخص دو مارتن مدل GFDL تحت سناریوی RCP8.5 میزان تغییرات اقلیم بیشتر از سایر مدل ها برآورد شد و سال های خشک و نیمه خشک بیشتر از سال های مرطوب خواهد بود. اما در مقابل مدل MIRO تحت سناریوی RCP45 خوشبینانه تر عمل کرد و میزان تغییر اقلیم کمتری صورت خواهد گرفت.

رشد سریع صنایع و کارخانه ها از یک طرف و جنگل زدایی و تخریب محیط زیست از طرف دیگر باعث افزایش روزافزون گازهای گلخانه ای در سطح زمین در دهه های اخیر شده است. افزایش گازهای گلخانه ای منجر به افزایش دمای اتمسفر در سطح جهانی می گردد که به گرمایش جهانی مرسوم می باشد. این اثرات منحصر به افزایش دمای اتمسفر نبوده و سایر متغیر های اقلیمی را نیز تحت تأثیر قرار می دهد که به آن پدیده تغییر اقلیم گفته می شود. این مطالعه به منظور بررسی اثرات تغییر اقلیم بر حوضه «قره سو» در دوره های 30 ساله (2044-2015) و (2075-2045) انجام پذیرفته است. 10 مدل GCM از مجموعه مدل های AR4 جهت بررسی تغییرات اقلیم در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفت.6 ایستگاه هواشناسی برای بررسی تغییرات دما و 9 ایستگاه نیز برای بررسی تغییرات بارندگی انتخاب شدند. بر اساس دقت مدل هایGCM  در پیش بینی پارامترهای دما و بارش، این مدلها وزن دهی شده و بر اساس وزن آنها، الگوی متوسط برای تمام این مدل ها تعریف شد و تحت سناریوهای انتشار A2 وB1، داده های روزانه دما و بارندگی با استفاده از مدل LARS-WG تولید شدند. سپس با استفاده از روش IDW داده های هواشناسی به صورت منطقه ای تبدیل شدند. نتایج  وزن دهی مدل های GCM نشان داد که در بین ده مدل به طور میانگین، مدل IPCLCM4.0 بیشترین دقت را در برآورد دما و مدل GISS-ER بیشترین دقت را در برآورد بارش در کل حوضه قره سو از خود نشان دادند. همچنین نتایج مربوط به بخش تغییرات پارامترهای اقلیمی دما و بارش نشان داد که فصل تابستان و بهار به ترتیب بیشترین مقدار افزایش دما را در دو دوره ی آینده نزدیک (2044-2015) و آینده دور (2074-2045) برای هر دو سناریو A2 و B2 خواهند داشت و فصل زمستان بیشترین مقدار کاهش بارندگی را دارد.

یکی از مهم ترین مشکلاتی که بشر در سال های اخیر با آن مواجه شده است، بحران آب و وقوع خشک سالی است؛ به همین دلیل، بررسی وضعیت خشک سالی در مدیریت بهینه ی منابع آب حائز اهمیت خواهد بود. در مطالعه حاضر سعی شده است با استفاده از خروجی پنج مدل گردش عمومی جو (Csiromk3.6، Gfdlcm2، GISS-E2-R، Ipsl و MIROC-ESM) و چهار سناریوی (RCP 2.6، RCP 4.5، RCP 6.0 و RCP 8.5) داده های بارش برای دو دوره ی آتی (2045-2025) و (2085-2065) تولید گردد و سپس با استفاده از مدل LARS-WG ریزمقیاس نمایی شود. با استفاده از داده های بارش، شدت خشک سالی به کمک شاخص خشک سالی بارش استاندارد (SPI) با مقیاس های زمانی مختلف (3، 12 و 48 ماهه) برای دو منطقه ی زابل و شیراز تعیین گردید. نتایج نشان داد که مقادیر شاخص SPI در مقیاس زمانی 12 و 48 ماهه نسبت به 3 ماهه شدت خشک سالی را بیش تر نشان می دهند. همچنین نتایج نشان داد که مدل MIROC-ESM نسبت به مدل های دیگر و سناریو RCP 8.5 نسبت به سناریوهای دیگر برای دو شهرستان زابل و شیراز خشک سالی را با شدت بیش تری نشان داده است. مقایسه ی سناریوها نیز نشان می دهد که در هر دو منطقه ی موردمطالعه، سناریوی RCP 8.5 در هر دو دوره ی آتی، خشک سالی را در محدوده ی متوسط نسبت به دوره ی پایه نشان می دهند.

آگاهی از نحوه تغییرات دبی رودخانه و به دنبال آن تغییرات ویژگی های کمی آب، می تواند کمک شایانی به مدیریت و برنامه ریزی منابع آب نماید. میزان اثرات زیست محیطی و اقتصادی- اجتماعی تغییرات دبی رودخانه، در مدیریت آب زیست محیطی بسیار حائز اهمیت است. لذا در این تحقیق، به منظور بررسی تغییرات کمی آب رودخانه ی هروچای اردبیل، دبی رودخانه با استفاده از مدل SWAT شبیه سازی گردید. در ادامه با استفاده از مدل اقلیمی LARS-WG داده های دما و بارش به صورت روزانه تحت سه سناریو A2، B1 و A1B برای دوره ی 2040-2014 استخراج و داده های شبیه سازی شده به مدل SWAT وارد و مدل برای دوره ی آماری مذکور اجرا گردید. بر اساس نتایج حاصل از پیش بینی بارش، تحت ش رایط دو سناریو A2 وB1 بارش در دوره ی پیش بینی اف زایش خواهد یافت ولی کاهش بارش تحت شرایط سناریوA1B  اتفاق خواهد افتاد. نتایج شبیه سازی دبی نشان داد که مدل SWAT طی دوره ی واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب با ضریب کارایی 81/0 و 84/0 دارای عملکرد قابل قبولی بوده است. سایر نتایج، افزایش دبی را بر اساس نتایج دو سناریو A2 و B1 و کاهش دبی را بر اساس نتایج سناریو A1B نشان می دهد.