HadCM3

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.

در این پژوهش به بررسی اثرات تغییر اقلیم بر وضعیت هیدرولوژیکی حوضه آبخیز ارازکوسه پرداخته شده، برای این منظور پس از واسنجی و اعتبارسنجی مدلLARS-WG ، خروجی HadCM3 تحت سناریوی A2 در ایستگاه های ارازکوسه، رامیان و مینودشت برای عناصر اقلیمی بارش، دمای حداقل و دمای حداکثر ریزمقیاس گردید. پارامترهای اقلیمی پیش بینی شده دوره های 2030-2011، 2065-2046 و 2099-2080 به مدل SWATکه در دوره گذشته واسنجی و اعتبارسنجی شده، وارد و رژیم جریان سطحی دهه های مذکور پیش بینی شد. نتایج نشان دهنده افزایش 8/0، 1/2 و 9/4 درجه سانتی گرادی در متوسط دمای سالانه در دوره های نامبرده بود. همچنین بارش در سال های ابتدایی و میانی قرن با افزایش 8/8 و 2/11 درصدی و در سال های انتهایی قرن با کاهش 7/8 درصدی رو به رو خواهد بود. اوج بارش از ماه مارس به دسامبر و به سمت فصول سرد جابه جا خواهد شد. به دنبال تغییرات اقلیمی، دبی رودخانه جاری در منطقه مطالعاتی در آینده نزدیک و متوسط، 13 و 5 درصد افزایش و در آینده دور، 18 درصد کاهش خواهد یافت. میزان آبدهی دهه های آتی رودخانه درفصل تابستان افزایش و در بهار با کاهش رو به رو خواهد بود. همچنین نتایج پیش بینی شده در این خصوص بیانگر جابه جایی دبی اوج سالانه از ماه مارس به آوریل در منطقه مورد پژوهش بود.

امروزه معتبرترین ابزار جهت تولید سناریوهای اقلیمی، مدلهای AOGCM می باشد. از جمله مدلهایی که برای ریز مقیاس نمایی مبتنی بر روشهای آماری استفاده می کنند مدل LARS-WG می باشد، در این مطالعه بر اساس مدل HadCM3 و دو سناریوی A1B، A2 برای دوره پایه ( 1961- 1990) و دوره پیش بینی (2040- 2011) در مقیاس روزانه فرایند ریز مقیاس نمایی انجام شد. و داده های مقادیر مجموع بارش روزانه برای ایستگاههای منتخب تولید شد. بعد از کالیبراسیون مدل و اطمینان از توانمندی مدل در ساخت سری های زمانی بارش که با مقایسه داده های شبیه سازی شده با مقادیر بارش در دوره پایه در سطح اطمینان 95 درصد صورت پذیرفت، جهت بررسی وضعیت خشکسالی، شاخص استاندارد شده بارش (SPI) بکار رفت. نتایج نشان داد که میزان بارش نسبت به دوره پایه طی دوره های آینده نزدیک تحت خروجی های مدل گردش عمومی جو HadCM3 و دو سناریوی A1B، A2 تغییر معنی داری در بیشتر مناطق کشور خواهد داشت. بیشترین درصد تغییر مربوط به جنوب شرقی کشور می باشد که برای هر سه تداوم زمانی 3، 12 و 24 ماهه افزایش خشکسالی را نشان میدهد بطوریکه برای برای تداوم زمانی 12 ماهه و 50 ساله شدت خشکسالی دوره پایه 82/13 بوده ولی در دوره آتی سناریوی A2، 05/15 و در دوره آتی سناریوی A1B ، 39/18 را نشان میدهد. در غرب و شمال کشور نیز بطور مشابه در کلیه تداوم های زمانی شدت خشکسالی در دوره های آتی بیشتر از دوره پایه است، بطوریکه در دوره 24 ماهه و دوره بازگشت 50 ساله شدت خشکسالی پایه 31/16 ولی در دوره آتی A2 ، 65/18 و در دوره آتی A1B، 55/19 را نشان میدهد. در مناطق جنوب، مرکز و شرق کشور مقادیر شدت خشکسالی پایه و آتی با تداوم زمانی 24 ماهه و در دوره برگشت 50 ساله همگی حدود 8/18 بوده و شدت خشکسالی تغییرات زیادی را نشان نمی دهد. شدت خشکسالی در شمال غرب کشور و جنوب غرب کشور در هر سه تداوم زمانی 3، 12 و 24 ماهه در دوره های آتی کمتر از دوره پایه خواهد بود بطوریکه در تداوم زمانی 24 ماهه شدت خشکسالی با دوره برگشت 50 ساله پایه 23 ولی در دوره های آتی 44/18 را نشان میدهد. در نهایت، اگرچه در پیش بینی های بدست آمده از ریزمقیاس گردانی خروجی های مدل های اقلیمی عدم قطعیت هایی وجود دارد که این امر به علت ساختار مدل های گردش عمومی جو، داده های مشاهداتی و ... می باشد اما از آنجایی که مدل های اقلیمی به عنوان معتبرترین ابزار تولید سناریوهای اقلیمی مطرح می باشند، ضروری است مدیران و تصمیم گیران بخش های مختلف منابع آب و کشاورزی نتایج حاصل از چنین پژوهش هایی را نیز مد نظر قرار داده تا امکان برنامه ریزهای بلند مدت میسر شود

افزایش گازهای گلخانه ای در چند دهه اخیر باعث بر هم خوردن تعادل اقلیمی کره زمین شده که به آن پدیده تغییر اقلیم اطلاق می شود. مهم ترین تبعات تغییر اقلیم افزایش دمای متوسط کره زمین، افزایش پدیده های حدی اقلیمی نظیر سیل، طوفان، تگرگ، امواج گرمایی، افزایش سطح آب دریاها، ذوب شدن یخ های قطبی و سرماهای نابهنگام خواهد بود. استفاده از مدل های ریز مقیاس نمایی آماری در برآورد نوسانات اقلیمی، این امکان را فراهم ساخته که بتوان داده های آب و هوایی را در مقیاس مکانی و زمانی مناسب تولید کرد. چنین قابلیتی کمک شایانی به مطالعه نوسانات اقلیمی در مقیاس محلی و منطقه ای کرده است. در این تحقیق کارایی مدل LARS-WG  برای تولید و شبیه سازی داده های روزانه دما، بارش و ساعت آفتابی در استان لرستان با استفاده از پارامترهای آماری  MAE, T-STUDENT,MAE,R2 مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت و تغییرات ناشی از آن ها نیز در آینده آشکارشد. نتایج حاصل از آن نشان داد که در سطح اطمینان 99 درصد تفاوت معنی داری بین داده های واقعی و داده های حاصل از مدل وجود ندارد و مدل کارایی لازم را در جهت تولید داد ه های روزانه داراست. پس از اطمینان از کارایی مدل، از خروجی های مدل HADCM3 استفاده شد و داده های روزانه دما، تابش و بارش برای دوره پایه (2005-1961) ، تحت سه سناریوی A1B (سناریوی حد وسط)، A2 (سناریوی حداکثر) و B1 (سناریوی حداقل) شبیه سازی گردید. بر اساس برآورد مدل HADCM3 برای سناریوهای مورد بررسی در دوره های آتی، میانگین دمای بیشینه و بارش استان به ترتیب حدود(9/0 تا 03/1 درجه) و(04/12 درصد)افزایش و میانگین ساعات آفتابی حدود6/0 کاهش خواهد یافت.همچنین با وجود تغییرات کمتر دمای بیشینه نسبت به دمای کمینه، افزایش متوسط دمای هوا در این دوره قابل انتظار می باشد. طبق این نتایج شرایط اقلیمی استان لرستان در 50 سال آینده تفاوت محسوسی با شرایط فعلی خواهد داشت و برنامه ریزی های بلند مدت و استراتژیک برای مدیریت این شرایط ضروری بنظر می رسد.

علاوه بر تغییر اقلیم، تغییر کاربری اراضی به عنوان یک عامل جانبی اثرات مهمی بر سیلاب دارد. لذا پیش-بینی اثر این دو پارامتر بر وضعیت سیلاب دهه های آتی، راهگشای مقابله با این پدیده خواهد بود. هدف از مطالعه حاضر پیش بینی وضعیت هیدرولوژیکی حوزه آبخیز اسکندری در دهه آتی تحت اثر تغییر اقلیم و تغییر کاربری اراضی می باشد. جهت بررسی تغییرات اقلیمی دهه ۲۰۲۰، برونداد مدل HadCM۳ تحت سناریوهای A۲ و B۱ توسط مدل LARS-WG ریزمقیاس گردید. پس از بررسی تغییرات کاربری-اراضی گذشته، دو سناریو جهت پیش بینی تغییرات آن در آینده طراحی شد. در انتها با تغییر هایتوگراف بارش و کاربری اراضی در مدلHEC-HMS که برای دوره گذشته کالیبره و اعتبارسنجی شده، اثر تغییر اقلیم و کاربری اراضی بر سیلاب منطقه مطالعاتی مورد بررسی قرار گرفته شد. نتایج نشان دهنده افزایش ۲/۷ تا ۹/۱۰ درصدی بارش متوسط سالانه دهه ۲۰۲۰ می باشد. افزایش توأمان دمای حداقل و حداکثر منطقه مطالعاتی در تمامی ماه ها موجب افزایش ۸۲/۰ تا ۰۲/۱ درجه سانتی گرادی دمای متوسط سالانه خواهد شد. افزایش دبی اوج و حجم سیلاب در ماه های مارس، اکتبر و فوریه و کاهش آن در ماه آوریل پیش بینی شده است. به طوری که در صورت تغییر کاربری اراضی همراه با تغییر اقلیم این افزایش شدیدتر خواهد بود.

تغییر اقلیم بر روی کمبود دبی جریان رودخانه، سیلاب ها و زوال سیستم آبی تأثیر دارد که با پیش بینی آن می توان مدیریت بهتری بر روی منابع آبی داشت. در این تحقیق با استفاده از مدل های AOGCM و عدم قطعیت مربوط به آن ها روند تغییر اقلیم حوضه آبخیز هراز برای دوره 2030-2011 با سناریو انتشار A2 بررسی شد که در این راستا از شش مدل اقلیمی در ایستگاه های بلده و رینه استفاده شد. حوضه آبخیز هراز با مساحت 4012 کیلومتر مربع در استان مازندران واقع شده است. برای بررسی تأثیر تغییرات اقلیمی بر جریان خروجی حوضه از مدل توزیعی SWAT استفاده شد، این مدل به تغییرات زمین و آب و هوا حساس می باشد. به منظور واسنجی و صحت سنجی مدل از دبی جریان در دوره زمانی 2014-2000 استفاده شد. بعد از اطمینان از کارایی مدل، میزان تغییرات اقلیمی ریزمقیاس شده توسط مدل های مطالعاتی برای هر یک از فاکتورهای اقلیمی ورودی به مدل SWAT اعمال و تغییرات رواناب در دوره های آتی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج مدل های اقلیمی نشان داد که متوسط حداقل و حداکثر دمای سالانه برای دوره آتی به ترتیب 63/0 و 85/0 درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت و متوسط بارندگی سالانه برای منطقه مورد مطالعه به میزان 18 درصد کاهش خواهد یافت. همچنین نتایج مقایسه دبی جریان های شبیه سازی شده نشان داد که میزان دبی اوج برای دوره آتی افزایش خواهد یافت، درحالی که متوسط دبی جریان رودخانه به مقدار 14 درصد کاهش خواهد یافت. بنابراین لازم است جهت جلوگیری از مخاطرات محیطی و برنامه ریزی طولانی مدت به تغییرات اقلیمی نیز توجه شود.

پارامتر درجه- روز رشد یکی از مهمترین شاخص های آب وهواشناسی کشاورزی است که بررسی آن می تواند نقش مهمی در مدیریت منابع آب داشته باشد. هدف از این پژوهش پیش بینی تغییرات اقلیمی و بررسی اثر تغییر احتمالی آن بر مقادیر درجه- روز رشد در منطقه شمال غرب کشور است. بدین منظور داده های اقلیمی هفت ایستگاه سینوپتیک ارومیه، تبریز، زنجان، سنندج، قزوین، کرمانشاه و همدان طی یک دوره 25 ساله (2009 - 1985) به عنوان دوره پایه گردآوری شد و برهمین اساس تغییرات دمای دوره های (2030-2011 و 2065-2046) از طریق مدل HadCM3 شبیه سازی شد. به دلیل قدرت تفکیک زمانی و مکانی پایین مدل، خروجی های آن، با استفاده از نرم افزار LARS-WG در مقیاس روزانه و ایستگاهی، ریزگردانی و تحت سناریوهای انتشار A1B (سناریو حد وسط)، A2 (سناریو حداکثر یا بدبینانه) وB1 (سناریو حداقل یا خوش بینانه) ارائه گردید. واسنجی، صحت سنجی و کارایی مدل از نظر میزان انطباق داده های دیده بانی شده با مقادیر شبیه سازی شده از طریق آماره های ، RMSE و MAE مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت با استفاده از دمای شبیه سازی شده، درجه- روز رشد تحت آستانه های حرارتی صفر، 5، 10 و 15 درجه سانتی گراد در دو بازه زمانی پایه (2009-1985) و آینده (2030-2011 و 2065-2046) محاسبه و مقایسه گردید. نتایج شبیه سازی نشان می دهد علی رغم تفاوت اندک، تغییرات دمای منطقه شمال غرب ایران، تحت هر کدام از سناریوها A1B، A2 و B1 در آینده افزایشی خواهد بود. در مجموع بیشترین افزایش دما معادل 7/0 درجه سانتی گراد مربوط به سناریوی A2 برای دوره 2030-2011 و به میزان 3/2 درجه سانتی گراد تحت سناریوی A1B برای دوره 2065-2046 آشکار گردید. کلاً با افزایش دما، مقادیر درجه- روز رشد در دوره های مورد بررسی و تحت هر آستانه حرارتی افزایش می یابد. تحت سناریوهای مطالعاتی، آستانه های دمایی صفر درجه سانتی گراد بیشترین و 15 درجه سانتی گراد کمترین تأثیر پذیری از تغییر اقلیم را نشان می دهند، به طوریکه بیشترین افزایش مقادیر درجه- روز محاسباتی تحت آستانه های صفر و 15 درجه سانتی گراد، در دوره اول نسبت به سناریوی مبنا (2009-1985)، به ترتیب به میزان 4/207 و 6/120 درجه- روز، تحت سناریو A2 و برای دوره دوم به میزان 5/752 و 5/463 درجه- روز، تحت سناریو A1B شبیه سازی گردید.

امروزه پیش بینی بلندمدت متغیرهای اقلیمی برای اطلاع از میزان تغییرات و درنتیجه درنظر گرفتن تمهیدات لازم برای تعدیل اثرات سوء ناشی از تغییر اقلیم مورد توجه اقلیم شناسان و پژوهشگران قرار گرفته است، در این تحقیق اثرات احتمالی تغییر اقلیم بر پارامترهای بارش روزانه، حداقل و حداکثر دما و ساعات آفتابی در حوضه آبریز دریاچه ارومیه (ایستگاه های سینوپتیک ارومیه، تبریز و سقز) که دارای آمار بلند مدت بودند در دوره 2009- 1980 مورد بررسی قرار گرفت. پیش بینی ها تحت سناریوی منطقه ای A2 با استفاده از مدل گردش عمومی جو  HadCM3 برای دوره زمانی 2040-2011 انجام شد، برای ریز مقیاس نمایی از مدلLars-WG  استفاده گردید. نتایج حاکی از کاهش بارش می باشد. بیشترین کاهش مربوط به ماه آوریل به میزان 5/7 درصد و بیشترین افزایش آن مربوط به ماه فوریه به میزان 28/5 درصد خواهد بود. درمجموع کاهش 03/4 درصدی بارش سالانه درکل حوضه آبریز دریاچه ارومیه پیش بینی می شود. میانگین دمای حداقل، افزایش 64/0  تا 35/1 درجه سانتیگرادی درکل حوضه خواهد داشت و بیشترین افزایش دمای حداکثر درماه نوامبر به میزان 27/1 و کمترین افزایش آن در ماه ژانویه به میزان 33/0 درجه خواهد بود. میانگین ساعات آفتابی حوضه دردوره محاسباتی تغییرات اندک و نامحسوسی خواهد داشت.

با توجه به تغییرات اقلیمی، پیش بینی بارش و برآورد نزولات جوی، یکی از مهم ترین پارامترهای اقلیمی در حوزه مدیریت منابع آبی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بنابراین در این پژوهش، کاربرد مدل SDSM در برآورد بارش مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش ایستگاه های سینوپتیک اهواز، آبادان و دزفول که دارای آمار اقلیمی 41 ساله (2001-1961) و 45 ساله (2005-1961) میلادی بودند، انتخاب گردید. بازه زمانی پیش بینی برای دوره آینده (سناریوهای اقلیمی) نیز 30 ساله و بین سال های 2060-2031 می باشد. خروجی های مدل HadCM3، تحت سناریوهای A2 و B2 و مدل CanECM2، تحت سناریوهای RCP26، RCP45 و RCP85، با به کارگیری مدل ریزمقیاس نمایی آماری SDSM در پیش بینی پارامتر بارش، ریزمقیاس گردید، همچنین با استفاده از روش های آماری و ترسیمی، داده های ریزمقیاس شده و داده های پایه را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و سپس واسنجی گردیدند. مدل سازی دوره پایه در داده های CanESM2 نسبت به داده های HadCM3 با دقت بالاتری انجام شد. نتایج بیانگر آن بود که در سالیان آتی بارش مجموع در هر سه ایستگاه افزایش و میزان بیشینه بارش در هر سه ایستگاه کاهش خواهد یافت. باتوجه به نتایج مدل سازی ها به نظر می رسد اقلیم زمستانه مرطوب تر و تابستان های خشک تر در آینده نزدیک پیکره اقلیم خوزستان را تشکیل خواهد داد.

تغییر اقلیم و گرمایش جهانی یکی از مهم ترین عوامل موثر بر تخریب منابع آب و خاک در مناطق خشک و نیمه خشک است؛ که باعث افزایش وقوع پدیده ی گرد و غبار می گردد. هدف از این مطالعه ارزیابی عملکرد دو مدل ریزمقیاس سازی آماریSDSM  و LARSWG به منظور غربالگری کمی در پیش بینی سناریوهای اقلیمی و همچنین پیش بینی تغییرات اقلیمی در کانون گرد و غبار جنوب و جنوب شرق اهواز می باشد. از مدل های سه بعدی جفت شده ی اقیانوسی- اتمسفری AOGCM با نام HadCM3، برای شبیه سازی متغیرهای اقلیمی دما، باد و بارش ؛ تحت سناریوهای انتشار B2 و A2 در دو دوره ی آینده نزدیک و دور استفاده شد. نتایج نشان دادند، داده های شبیه سازی شده هر دو مدل، نسبت به داده های مشاهده شده، در مقایسه با میانگین طولانی مدت دوره ی پایه، معنی دار و از همبستگی بالایی با ضریب تبیین بالا برای کلیه ی پارمترها از 87/0 تا 98/0، برخوردار هستند. در نهایت با تأیید وجود پدیده ی تغییر اقلیم در استان خوزستان و به خصوص در کانون بحرانی ریزگرد جنوب و جنوب شرق اهواز، مدل SDSM به دلیل استفاده مستقیم از مدل های HadCM3 و داده های بزرگ مقیاس NCEP و نوع فرآیند شبیه سازی و همچنین ساختار ترکیبی در ریزمقیاس گردانی داده ها با RMSE، MAE و ME به ترتیب 97/0، 18/0 و 021/0؛ از دقت و صحت بالاتری نسبت به مدل LARSWG در شبیه سازی داده های اقلیمی در کانون گرد و غبار جنوب اهواز برخوردار است. همچنین مدل SDSM در شبیه سازی داده های دمایی روزانه و سرعت باد موفق تر عمل نموده و مدل LARSWG ، پیش بینی بهتری از پارامتر بارش روزانه داشته و دقت و صحت بالاتری نشان داد.