مدل های گردش عمومی جو

این تحقیق، به منظور آزمون و یافتن بهترین مدل گردش عمومی جو، جهت انطباق با تغییرات دما و بارش ایران در شرایط افزایش گازهای گلخانه ای انجام گرفته است. بدین منظور، از 20 مدل GCM با استفاده از سناریوی واحدی به نام P50 استفاده شده است. از این رو، با استفاده از نرم افزار MAGICC SCENGEN ، داده های دما و بارش ایران از سال های 1990- 1961 به عنوان داده های پایه انتخاب، و تغییرات دما و بارش برای سال های 2000 تا 2005 ، توسط 20 مدل مورد نظر شبیه سازی گردید. از جمله نتایج مهم این پژوهش، این است که هیچ کدام از مدل های گردش عمومی جو، بخوبی نمی توانند شرایط واقعی تغییرات دما و بارش کشور را شبیه سازی نمایند. برای شبیه سازی بهتر مؤلفه بارش کشور، پیشنهاد می گردد تا از نتایج ترکیبی مدل ها استفاده گردد تا صرفاً، از نتایج مربوط به یک مدل خاص. در این تحقیق، با توجه قرار دادن ضرایب همبستگی بین سری واقعی داده های دما و بارش با داده های شبیه سازی شده، نتایج ترکیبی مربوط به مد ل های GISS—EH و CNRM-CM3 به عنوان مدل های مناسب جهت آشکارسازی تغییرات بارش معرفی گردیده و مدل INMCM-30 نیز به عنوان مدل مناسب جهت شبیه سازی تغییرات دما پیشنهاد می گردد. نتایج شبیه سازی دما و بارش برای سال های 2025 و2050 توسط مدل های پیشنهادی، به ترتیب نشان دهنده ی افزایش بارش به میزان 5/2 و70/3 درصد و دمای کشور به میزان3/1 و5/2 درجه سلسیوس برای سال های 2025 و2050 بوده، و طولانی تر شدن فصل رشد و نمو گیاهان، افزایش تبخیر و تعرق، کاهش بارش جامد، افزایش بارش های همرفتی و در نهایت افزایش پتانسیل سیلاب، از دیگر آثار این تغییرات اقلیمی می باشد.

هدف از انجام این پژوهش، مدل سازی تغییرات تراز دریاچه ی ارومیه در بستر گرمایش جهانی است. برای دست یافتن به این هدف و شبیه سازی مقادیر دما و بارش کشور تا سال 2100، از نتایج دو مدل گردش عمومی جوMIROC_3-2_MEDRES و MPI_ECHAM5 و سه طرح فرضی a1b ، a2 و b1 استفاده شده است. در ادامه برای مدل سازی آماری تغییرات تراز دریاچه ی ارومیه با استفاده از روش رگرسیون چند متغیره، از تأثیر تغییرات چهار مؤلفه ی مستقل دما، بارش، نوع اقلیم (روش دمارتن) و خشکسالی (روش SPI) با تأخیر یک ساله نسبت به متغیر وابسته (تراز دریاچه) استفاده شد. آنچه از میانگین تمام طرح های فرضی برای دوره ی مطالعاتی 2010 تا 2100 به دست آمده است، نشان می دهد که به طور میانگین دما به میزان 73/0+ درجه سانتی گراد و بارش به مقدار 44/9- میلی متر نسبت به دوره ی مشاهداتی 1968 تا 2009 تغییر خواهند کرد. همچنین میانگین کلی تمام طرح های فرضی تا سال 2100 از کاهش شاخص اقلیمی دمارتن به مقدار 10/0- درصد در هر دهه خبر می دهد. اما آنچه از مدل سازی آماری به دست آمد، نشان دهنده ی بیشترین کاهش تراز آب دریاچه به میزان 73/2- متر در هر دهه تا سال 2100 برای خروجی های مدل MPI_ECHAM5 و طرح فرضی a1b و کمترین تغییرات کاهشی تراز دریاچه به میزان 28/2- متر برای مدل و طرح فرضی MPI_ECHAM5/b1 تا سال مورد نظر است. به هرحال آنچه از مجموع تمام طرح های فرضی نتیجه شد، وجود روند کاهشی و معنادار تراز آب دریاچه ی ارومیه (میانگین 50/2- متر) برای هر دهه از سال 2010 تا 2100 است که می تواند تأثیر بسیار سوء و نامناسبی بر محیط زیست دریاچه و اطراف آن داشته باشد.

پیش بینی و ارزیابی میزان تغییرات پارامتر های هواشناسی در اثر تغییر اقلیم به ویژه از منظر مدیریت منابع آب از اهمیت بالایی برخوردار است. مدل LARS یک مدل تولیدکننده داده های هواشناسی است که با ریزمقیاس نمایی مدل های گردش عمومی جو (GCM) اقدام به پیش بینی پارامتر های هواشناسی می نماید. در این مطالعه، ابتدا برای ارزیابی عملکرد 15 مدل مختلف گردش عمومی جو در شبیه سازی داده های بارش، تابش، دمای کمینه و دمای بیشینه ایستگاه سینوپتیک رشت در دوره (2012-2011)، ریزمقیاس آماری هر کدام از مدل های GCM توسط مدل LARS انجام پذیرفت. سپس پیش بینی پارامترهای مذکور بر پایه مدل های GCM منتخب برای دو دوره 30 ساله 2042-2013 و 2072- 2043 انجام شد. نتایج پیش بینی نشان داد در مورد پارامترهای دمای کمینه و بیشینه بیش ترین تغییرات میانگین بلندمدت سالانه نسبت به دوره پایه، در دوره 30 ساله دوم و به ترتیب تحت سناریوی های A2و A1B و به میزان 3/1 و 0/2 درجه سانتی گراد رخ خواهد داد. روند تغییرات تابش در دوره های آینده و برای تمام فصول سال کاهشی خواهد بود. بیش ترین کاهش تحت سناریوی A2 و در دوره دوم 30 ساله به میزان 4/143 مگاژول بر مترمربع و در فصل زمستان رخ خواهد داد. میزان بارش، در اکثر فصول سال در دوره های آتی افزایش خواهدداشت. بر این اساس، بیش ترین افزایش در دوره 30 ساله دوم تحت سناریوی B1 به مقدار 5/55 میلی متر و در فصل پاییز خواهد بود.

هدف از این تحقیق، بررسی اثر تغییر اقلیم بر تبخیر و تعرق گیاه مرجع در مقیاس های زمانی فصلی و سالانه در چند ایستگاه منتخب در غرب ایران است. برای این منظور چهار ایستگاه سینوپتیک سنندج، سقز، خرم آباد و کرمانشاه که واجد آمار کافی در یک دوره طولانی مدت بودند انتخاب شدند و اثر تغییر اقلیم بر تبخیر و تعرق مرجع این ایستگاه ها تحت دو سناریوی انتشار RCP2.6 و RCP8.5 و در سه دوره زمانی آتی 2040-2011، 2070-2041 و 2100-2071 در مقایسه با دوره پایه 1999-1970 مورد بررسی قرار گرفت. جهت برآورد تبخیر و تعرق مرجع از روش فائو- پنمن- مانتیث و برای شبیه سازی شرایط اقلیمی آینده تحت سناریوهای اقلیمی از مدل گردش عمومی جو CanESM2 و برای ریزمقیاس نمایی داده های این مدل از روش SDSM استفاده شد. نتایج نشان داد که در تمامی دوره های آتی و تحت تمامی سناریوها و برای کل ایستگاه ها، میانگین تبخیر و تعرق مرجع در مقیاس های سالانه و برای فصول پاییز و زمستان در مقایسه با دوره پایه افزایش معنی داری در سطح 01/0 خواهد داشت. برای فصل بهار، تنها تغییر معنی دار در میانگین تبخیر و تعرق مرجع دوره های آتی در مقایسه با دوره پایه در کل منطقه مورد مطالعه، وجود یک افزایش معنی دار در سطح 01/0 در دوره 2100-2071 تحت سناریوی RCP8.5 و برای فصل تابستان نیز این افزایش معنی دار برای کل منطقه در دو دوره 2070-2041 و 2100-2071 تحت سناریوی RCP8.5 خواهد بود. نتایج کلی این تحقیق نشان داد که بیشترین نرخ افزایشی تبخیر و تعرق مرجع دوره های آتی در مقایسه با دوره پایه در تمامی مقیاس های فصلی و سالانه و در کل منطقه تحت سناریوی RCP8.5 و در دوره 2100-2071 رخ خواهد داد. مقایسه نرخ تغییرات تبخیر و تعرق مرجع بین مقیاس های مختلف فصلی و سالانه نیز نشان داد که نرخ افزایش تبخیر و تعرق مرجع در غرب ایران در فصول پاییز و زمستان بسیار چشمگیرتر از سایر مقیاس های زمانی خواهد بود.

پیش بینی مقدار مصرف برق، با توجه به شرایط آب وهوایی، می تواند در تنظیم استراتژی های تولید و توزیع آن نقش مهمی ایفا کند. هدف از این پژوهش، بررسی رابطه بین متغیرهای آب وهوایی با مصرف برق و پیش بینی مصرف برق تحت تأثیر پدیده تغییر اقلیم در منطقه غرب کشور است. به این منظور، رابطه بین متغیرهای آب و هوایی و مصرف برق در سیزده ایستگاه منطقه در دوره 28ساله (۱۹۸۷-2014) با استفاده از معادلات رگرسیونی چندگانه مدل سازی شد. در صورت معناداربودن مدل ها، براساس داده های آب و هوایی مدل CCSM4، مصرف برق در ایستگاه ها طی دوره زمانی ۲۰۲۱-2080 تحت دو سناریوی RCP4.5 و RCP8.5 برآورد شد. نتایج نشان داد درجه- روزهای سرمایشی و گرمایشی و رطوبت نسبی بیشترین تأثیر معنی دار را در افزایش مصرف برق دارند. میانگین دماهای حداقل و حداکثر در منطقه در دوره آتی (۲۰۱۲-2080) به طور متوسط تحت سناریوی RCP4.5 به ترتیب 95/1 و 01/2 و تحت سناریویRCP8.5به ترتیب46/3 و 81/3درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت. ازاین رو،میزان مصرف برق در دوره گرم سال براساس سناریوی RCP4.5 در حدود 80درصد و براساس سناریوی RCP8.5 در حدود 150درصد افزایش خواهد یافت. بیشترین میزان افزایش مربوط به ایستگاه های گرمسیری غرب منطقه و کمترین آن مربوط به ایستگاه های سردسیر کوهستانی است.

هدف از این پژوهش، شبیه سازی تقاضای انرژی برای دهه های آینده در بخش گرمایشی (HDD[1]) و سرمایشی(CDD[2] ) منازل و با استفاده از شاخص درجه- روز (Degree Day) است. برای این منظور نواحی شمال غرب کشور که شامل 8 ایستگاه تبریز، اردبیل، ارومیه، کرمانشاه، همدان، سنندج، قزوین و زنجان است و جزء نواحی سردسیر ایران محسوب می شود، انتخاب و مورد ارزیابی قرار گرفته شد تا بتوان با شناخت بیشتر از این مناطق در تقاضای انرژی در بخش گرمایش و حتی تغییرات ممکنه در تقاضای انرژی سرمایشی در دهه های آینده، بتوان کمکی موثر برای برنامه ریزان انرژی و جایگزینی مدیریت ریسک بر بحران اعمال نمود. بدین منظور، جهت شناسایی تغییرات اقلیم آینده و شبیه سازی مقادیر درجه- روز از مدل گردش عمومی جو HADCM3 و سناریویA1 استفاده شده است. از آنجا که در این پژوهش دسترسی به داده های روزانه و نقطه ای هر ایستگاه مورد نیاز بوده، لذا از مدلLARS-WG برای ریز مقیاس نمایی زمانی و مکانی داده های دمای کمینه و بیشینه و در 2 مقیاس زمانی گذشته (1961 تا 1990) و مقیاس زمانی آینده (2011 تا2100) تمرکز شده است. نتایج شبیه سازی شده دما، افزایش دمای شمالغرب کشور، به میزان 42/1 درجه سلسیوس برای میانگین دراز مدت 2011 تا 2100 در مقایسه با دوره مشاهداتی1961 تا 1990 نشان می دهد. بگونه ای که بیشترین افزایش دما به مقدار gC°58/2 برای اردبیل و کمترین آن با gC°44/0 برای زنجان پیش بینی می شود. نتیجه نهایی شبیه سازی ها نشان دهنده کاهش کلی نیاز به انرژی گرمایشی به مقدار 2502 درجه- روز کالری و افزایش نیاز به انرژی خنک کنندگی به مقدار 825 درجه- روز کالری برای میانگین نود سال آینده (2011-2100) در نواحی شمال غرب است. بنابراین، با گسترش فصول گرم و محدود شدن فصول سرد در طول سال، استمرار در مصرف انرژی جهت تهویه و خنک کنندگی هوا نیاز بیشتری خواهد یافت که بیشتر این مصرف انرژی در بخش خنک کنندگی مربوط به مناطقی نظیر ارومیه و تبریز خواهد بود.<br clear="all" />[1] Heating Degree Day[2] Cooling Degree Day

این تحقیق به منظور پیش بینی مقادیر بارش و دما و تعیین اقلیم آینده با کاربرد مدل های گردش عمومی جو و شبیه سازی اقلیمی در دوره های 2099-2070 و 2049-2020 در ایستگاه های سینوپتیکی بابلسر، گرگان، رامسر، رشت، قزوین، تهران و زنجان انجام گردید. به منظور تهیه سناریو های اقلیمی در آینده از خروجی های مدل گردش عمومی HadCM3 تحت سناریوی انتشار A2 و B2 و روش ریزمقیاس نمایی آماری و به کارگیری مدل SDSM استفاده گردید و در ادامه با استفاده از روش دومارتن اقلیم آینده تعیین گردید. نتایج حاصل از پیش بینی پارامترهای اقلیمی نشان داد شبیه سازی پارامترهای اقلیمی توسط مدل با دقت بالایی انجام گرفته است. در همه ایستگاه های مورد مطالعه بارش در دوره 2049-2020 در مقایسه با دوره مشاهداتی 2008-1979 دارای یک روند افزایشی می باشد و در دوره 2099-2070 نسبت به دوره مشاهداتی(2008-1979) بارش افزایش یافته است ولی نسبت به دوره 2049-2020 دارای یک روند کاهشی می باشد. درجه حرارت حداکثر، حداقل و میانگین در دوره های 2099-2070 و 2049-2020 نسبت به دوره مشاهداتی 2008-1979 افزایش خواهد یافت. نتایج حاصل از تعیین اقلیم به روش دومارتن نشان داد که اقلیم در ایستگاه-های بابلسر، قزوین، رامسر و رشت نسبت به اقلیم مشاهداتی 2008-1979 در دوره های آتی تغییری نخواهد کرد. ولی در ایستگاه گرگان در دوره 2099-2070 تحت سناریو A2 اقلیم از مدیترانه ای به نیمه خشک تغییر خواهد کرد. در ایستگاه تهران در دوره 2049-2020 تحت سناریوA2 اقلیم از نیمه خشک به خشک تغییر خواهد کرد. در ایستگاه زنجان در دوره 2049-2020 تحت سناریو A2 اقلیم از نیمه خشک به مدیترانه ای و در دوره 2099-2070 از اقلیم مدیترانه ای دوباره به اقلیم نیمه خشک تغییر خواهد کرد.

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.

با توجه به افزایش جمعیت کشور، نیاز روز افزاون به منابع آب سالم جهت شرب و کشاورزی نیز افزایش می یابد. ارزیابی تأثیر تغییر اقلیم بر نوسانات بارش و ارتباط سنجی این تغییرات با کیفیت آب های سطحی در حوضه گرگانرود از اهداف این پژوهش می باشد. بدین منظور داده های روزانه و ماهانه دو مؤلفه دما و بارش در دوره 2008-1951برای ایستگاه سینوپتیک گرگان و مؤلفه های کیفیت آب رودخانه ی گرگانرود در دوره 2005-1970 به کار گرفته شد. تغییرات کیفیت آب در بستر زمان و در ارتباط با تغییرات مؤلفه ی بارش برای دوره ی مشترک 2005-1970 مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس از مدل LARS-WG و داده های مدل گردش عمومی جو HADCM3 در ارتباط با سه سناریوی A1B، A2 و B1 استفاده شد مقادیر دما و بارش برای سه دوره ی 2030-2011، 2065-2046 و 2099-2080 شبیه سازی گردید و تغییرات هر دوره با مقادیر پایه (1990-1961) توسط آزمون همبستگی پیرسون مورد سنجش و ارزیابی قرار گرفت و همچنین از مقدار P برای بیان سطح معناداری این تغییرات استفاده شد. بر اساس نتایج، تفاوت معناداری بین مقادیر شبیه سازی شده و واقعی در سطح 05/0 وجود نداشت. نتایج شبیه سازی داده های دما برای سه دوره ی نام برده و در هر سه سناریو افزایش دما را پیش بینی کرد. در ارتباط با بارش سناریوهای A1B و B1 نسبت به سناریوی A2 خوش بینانه تر عمل کرده و دوره های ترسالی بیشتر و در نتیجه بهبود کیفیت آب را پیش بینی می نمایند ولی در دوره ی سوم این شرایط برعکس می باشد. همچنین نتایج نشان داد که کربنات ها با میزان بارش رابطه ای مستقیم دارند، درحالیکه Na و SAR با میزان بارش رابطه ی معکوس داشته و بین درصد سدیم و مقدار بارش ارتباط معنی داری مشاهده نشد.

امروزه با بر هم خوردن تعادل سیستماتیک سامانه ی اقلیم، بروز آشفتگی ها و ناهنجاری های رفتاری در اقلیم تشدید یافته است؛ از جمله بروز و تشدید این رخدادهای حدی، افزایش خشک سالی هاست. از آن جا که کشور ایران به دلیل موقعیت خاص جغرافیایی خود، در مواجه با این ناهنجاری های اقلیمی به شدت آسیب پذیر است. در این تحقیق به ارزیابی و شبیه سازی اثر گرمایش جهانی بر خشک سالی های آینده ی کشور پرداخته شده است. بدین منظور جهت شبیه سازی مؤلفه ی اقلیمی بارش، از ترکیب دو مدل گردش عمومی جو GISS-EH و CNRM-CM3 استفاده گردید. امّا جهت معرفی سناریوی مناسب، 18 سناریو انتخاب و از میان آن ها، سناریوی p50 که با شرایط انتشار گازهای گلخانه ای در ایران انطباق مناسب تری دارد پیشنهاد گردید. به علاوه بر این جهت ارزیابی خشک سالی های ایران با استفاده از شاخص بارش استاندارد (SPI) در دو مقیاس زمانی گذشته تا حال (1976 تا 2005) و برای دهه های آینده، سال های 2025، 2050، 2075 و 2100 مورد توجه واقع گردید. آنچه داده های تجربی و فصلی برای سال های 1976 تا 2005 نشان می دهند، وجود فراوانی رخداد خشک سالی ها در بین 43 ناحیه ی مطالعاتی کشور، ابتدا برای فصل زمستان، سپس بهار و در نهایت پاییز است، که این برای داده های شبیه سازی شده تقریباً عکس می باشد؛ زیرا با رخداد گرمایش جهانی بیش ترین ریسک رخداد خشک سالی به ترتیب برای فصول بهار، پاییز و زمستان شبیه سازی شد. امّا خروجی های شبیه سازی شده بارش نشان می دهند که با توجه به میانگین سالانه و درازمدت(1961- 1990)، تمام دوره های شبیه سازی شده از افزایش بارش نسبت به این میانگین درازمدت برخوردار خواهند گردید. به گونه ای که انتظار می رود مقادیر شبیه سازی شده بارش برای سال2100 به میزان88 میلی متر نسبت به میانگین درازمدت افزایش خواهد یافت. خروجی های شبیه سازی برای خشک سالی ها، در دهه های آینده نشان می دهند که این نواحی غرب خزر و گیلان، به همراه نواحی غرب کرمانشاه و ایلام است که بالاترین ترسالی ها را تجربه خواهند کرد، از طرف دیگر نواحی شمال خراسان و شمال خراسان رضوی، از بالاترین ریسک رخداد خشک سالی برای سال ها و فصول شبیه سازی شده برخوردار می باشند.

پیامدهای ناشی از تغییر اقلیم، به ویژه در اثر افزایش گازهای گلخانه ای طی سال های اخیر مشکلات زیادی را همراه داشته که به صورت مستقیم یا غیرمستقیم بخش های مختلف جامعه را تحت تأثیر قرار داده است. یکی از مهم ترین این پیامدها افزایش وقوع بلایای جوّی- اقلیمی نظیر سیل، خشک سالی، چرخندهای حارّه ای، بالا آمدن سطح آب دریا، توفان گردوغبار و ... است که شایع ترین آن ها در ایران وقوع سیل و خشک سالی است. در این مطالعه، سعی شده با استفاده از خروجی های مدل های GCM (دو مدل hadCM3 و ECHAM4) و ریزگردانی آن ها به کمک مدل آماریLARS–WG، داده های بارش برای دوره ی آتی و به مدت 20 سال طی دوره ی2030 -2011  تولید گردد. سپس با استفاده از این داده ها، وضعیت خشک سالی حوضه ی آبخیز گرگان رود- قره سو به کمک شاخص های خشک سالی (SPI،PN، ZSI) طی این دوره موردبررسی و ارزیابی قرار گیرد. هم چنین خشک سالی های دوره ی پایه به مدت 20 سال (1989- 2008) با استفاده از شاخص های مذکور ارزیابی و فراوانی خشک سالی ها و شدت آن ها با دوره ی آتی مقایسه شود. نتایج حاصل از این پژوهش، ضمن تأیید هم خوانی این شاخص ها جهت بررسی وضعیت خشک سالی، نشان دهنده ی آن است که طی سال های آینده شرایط خشک سالی دارای افزایش نسبی، نسبت به دوره ی پایه است که این مسئله، وقوع تغییر اقلیم در منطقه را تأیید می کند؛ از طرفی الگوی زمانی بارندگی تغییر یافته و با کاهش بارندگی ها در فصل زمستان می تواند مشکلاتی را در دوره های آتی کم آبی و کاهش ذخیره ی آب و تشدید خشک سالی را به وجود آورد.