مدل ReGCM4

نسیم دریا یکی از مهمترین گردش های جوی مناطق ساحلی است. جریان مذکور با توجه به شرایط جغرافیای همانند توپوگرافی، ویژگی های سطح زمین و مشخصه های آب و خشکی با شدت های مختلف جریان دارد. ارتفاعات جنوبی دریای خزر به دلیل محصور کردن کرانه های خزری بین دریا و توده کوهستانی می تواند تاثیرات مهمی بر شرایط اقلیمی و گردش جو ناحیه، از جمله نسیم دریا داشته باشد. هدف مطالعه پیش رو، شبیه سازی نقش توپوگرافی در ویژگی های گردش نیسم دریا بویژه، ضخامت و عمق نفوذ آن در کرانه های جنوبی دریای خزر است. جهت این امر از مدل اقلیمی مقیاس منطقه ایی RegCM4 جفت شده با یک مدل دریاچه و داده های بازکاوی شده NCEP/NCAR جهت تعیین شرایط اولیه مدل استفاده گردید. مدل در دو حالت مرجع (وجود کوه) و شرایط حذف توپوگرافی برای زمان حداکثر فعالیت نسیم دریا در سواحل جنوبی دریای خزر ( ماه جولای سال 2002) اجراشد. خروجی مدل نشان داد در زمان حذف توپوگرافی عمق نفوذ نسیم دریا به طور چشمگیری تا موقعیت فعلی دامنه های جنوبی رشته کوه البرز (عرض ᵒ35 شمالی) افزایش پیدا کرده اما در مقابل جریان نسیم خشکی در منطقه تقریبا از بین رفته است، بیشینه افزایش سرعت و تغییر جهت باد به ترتیب در سواحل جنوب شرقی و البرز مرکزی مشاهده گردید. علاوه بر آن با توجه به برطرف شدن مانع ارتفاعات، ضخامت نسیم دریا در مناطق مختلف به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرده که بیشترین میزان تغییرات در در سواحل شرقی ( طول ᵒ53 شرقی) بوده است.

هدف از این پژوهش ارائة روشی نو برای واکاوی مکانی - زمانی تغییرات نیاز سرمایش کشور در دهه های آینده است. برای اجرای این پژوهش از داده های گردش کلی جو EH5OM استفاده شد. این داده ها تحت سناریوی A1B کمیتة بین المللی تغییر اقلیم است و با تفکیک 75/1 درجة طولی و عرضی اجرا شده است. با مدل ریزمقیاس نمایی، داده های میانگین دمای روزانه طی دورة آماری (2015 2050) به تفکیک عبارت است از: 27/0×27/0 درجة طول و عرض جغرافیایی، که حدوداً نقاطی با ابعاد 30×30 می باشند. سرانجام، آستانة دمایی پهنه ها مشخص و به یاخته ها تعمیم داده شد و درجة روز سرمایش ماهانة کشور در ماتریسی به ابعاد 2138×12 در نرم افزار MATLAB استخراج شد. روند و شیب روند درجة روز سرمایش ماهانه نیز طی دورة مورد مطالعه از طریق آزمون من - کندال و روش حداقل مربعات محاسبه شد. نتایج نشان داد بیشترین گسترة مکانی مناطق دارای روند مثبت نیاز سرمایش در ماه های فصل بهار، به ویژه در ماه می، است. این سناریو نوید می دهد که در آینده در ایران فصل بهار گرم تر خواهد شد. بیشترین میزان گرمایش در این فصل مختص جلگه ها و سواحل جنوبی با شیب روند 2 4 درجة روز در دهه است.

انرژی مصرفی نه تنها خود تولیدکنندة گازهای گلخانه ای است؛ بلکه میزان مصرف آن جهت گرمایش و سرمایش محیط نیز تحت تأثیر تغییرات اقلیم و گرمایش جهانی ناشی از گازهای گلخانه ای است. هدف از این پژوهش پیش بینی نیاز سرمایش استان فارس در دهه های آینده است. این پژوهش با استفاده از داده های گردش کلی جوّ EH5OM واکاوی شد. داده ها تحت سناریو A1Bکمیتة بین المللی تغییر اقلیم و با تفکیک 75/1 درجة طولی و عرضی اجرا شده اند. با مدل ریزمقیاس نمایی RegCM4، داده های میانگین دمای روزانه به تفکیک 27/0 × 27/0 درجة طول و عرض جغرافیایی که حدوداً نقاطی با ابعاد 30 × 30 کیلومتر مساحت استان را پوشش می دهند تبدیل شدند. جهت محاسبة فراسنج سرمایش نیز از آستانة دمایی 9/23 درجة سانتی گراد استفاده شد. سرانجام میانگین ماهانة درجة ساعت سرمایش در ماتریسی به ابعاد 13140 ×12 محاسبه و نقشه های آن ترسیم گردید؛در مرحلة بعد رابطة عرض، ارتفاع و طول جغرافیایی با درجة روز سرمایش نیز محاسبه و نگاره های آن ترسیم شد. بیشترین نیاز سرمایش در بخش های جنوبی استان در ماه های ژوئن و ژولای به ترتیب با نیاز سرمایش 4200 و 3800 درجه ساعت بیشینه را در استان دارا می باشند. کم ترین میزان نیاز این فراسنج نیز در نوار شمالی به ویژه شهرستان آباده نمایان است. وجود روند مثبت و افزایشی دما در فصل بهار، به ویژه در ماه های می و ژوئن در بیشتر نقاط استان، گرم شدن هوا را در این فصل نسبت به تابستان گویاست که نوید دهندة استفادة بیش از حد از وسایل سرمازا در آینده در فصل بهار است. بیشترین ضریب همبستگی نیاز سرمایش با عرض جغرافیایی را ماه می به میزان 878/0 درصد داراست. نقش عرض جغرافیایی بیش از طول در تغییرات میزان نیاز سرمایش استان می باشد.

هدف از این پژوهش واکاوی اثر گرمایش جهانی بر تغییرات زمانی مکانی روند وشیب روند ماهانه دما در قلمرو ایران طی دهه های آینده(2050-2015) می باشد. داده های دمای روزانه شبیه سازی شده از پایگاه داده EH5OM و تحت سناریوA1B ، طی بازه زمانی(2050-2015) از موسسه ماکس پلانک آلمان استخراج شد. سپس داده های دمای روزانه با تفکیک مکانی27/0*27/0 درجه طول و عرض جغرافیایی که حدوداً نقاطی با ابعاد 30*30 کیلومتر مساحت ایران را پوشش می دهند توسط مدل اقلیم منطقه ای ریزمقیاس گردید. درنهایت آرایه ای به ابعاد 2140*13140 به دست آمد که سطرها بیانگر دمای روز و ستون ها ایستگاه ها می باشند. در نهایت روند وشیب روند میانگین دمای ماهانه طی دوره مورد مطالعه از طریق آزمون من کندال وشیب سن در نرم افزار متلب محاسبه و ماتریسی به ابعاد 13140*12 به دست آمد. نتایج بیانگر روند افزایشی دما در ماه های مارس، آوریل، می و ژوئن در بیش از 90 درصد از وسعت مناطق کشور است که گویای گرمتر شدن ایران درفصل بهار طی دهه های آتی است. افزایش دما در ماه های فصل زمستان و بهار دربخش های کوهستانی نیمه غربی کشور گرمتر شدن مناطق سرد ایران را در ماه های سرد سال گویا است . روند منفی دما در ماه های اکتبر و نوامبر نیز در بخش های شمالی کشور بیانگرسردتر شدن این مناطق از ایران درفصل پاییزاست . بیشترین شیب مثبت افزایش دما دربخش های شمال غرب به میزان 6-4 درجه درسال است .

یکی از معیارهای تخمین میزان انرژی مصرفی برای سرمایش و گرمایش درجه ساعت می باشد. هدف از این پژوهش انتخاب مناسب ترین روش برای محاسبه ی درجه ساعت سرمایش و شبیه سازی این فرا سنج در دهه های آینده است. نخست با استفاده از داده های مدل ,EH5OM  برگرفته از مؤسسه ی ماکس پلانک آلمان، داده های ساعتی دمای هوا به فاصله ی زمانی 3 ساعته (8 داده در روز) در قلمرو ایران طیّ دوره ی آماری (2060-2025)    تحت سناریو A1B   کمیته ی بین المللی تغییر اقلیم و با تفکیک 75/1*75/1 درجه طولی و عرضی شبیه سازی شد.  سپس داده های دمای ساعتی به تفکیک 27/0*27/0 درجه طول و عرض جغرافیایی که حدوداً نقاطی با ابعاد 30 *30 کیلومتر مساحت ایران را پوشش می دهند توسط نسخه چهارم مدل اقلیم منطقه ای ریزمقیاس گردید. با استفاده از آستانه دمایی 9/23 درجه سانتی گراد درجه ساعت های نیاز سرمایش هر ساعت در هرروز محاسبه و جمع ماهانه آن ها در ماتریسی به ابعاد 2138 *3456 استخراج شد. در این ماتریس سطرها بیانگر جمع ماهانه درجه ساعت و ستون ها بیانگر یاخته ها (مکان) می باشند. سپس ساعت های 09،12 و 15 زولو از میان ساعت های موجود انتخاب و جمع میانگین ماهانه درجه ساعت 6 ماه گرم سال (آوریل تا سپتامبر) بر روی ماتریسی به ابعاد 2140*12 محاسبه و نقشه های آن در نرم افزار سور فر ترسیم گردید. میزان روند درجه ساعت های مذکور نیز در نرم افزار متلب و از طریق آزمون من کندال بر روی ماتریس 2140*12 محاسبه و نقشه های روند ماهانه آن ها ترسیم گردید. نتایج نشان داد که بیشترین نیاز سرمایش ساعتی را فصل بهار به ویژه ماه های آوریل و می و کمترین آن را فصل تابستان، به ویژه ماه های آگوست و سپتامبر خواهند داشت. بیشینه نیاز سرمایش در ساعت های 09 و 12 زولو در ماه های آوریل و می، در جلگه خوزستان و پس کرانه های سواحل جنوب به میزان 1000- 900 درجه ساعت و کمترین آن در ساعت 15 زولو، دربلندی های آذربایجان، زاگرس، البرز و خراسان در ماه های ژوئن، ژولای، اگوست و سپتامبر به میزان به میزان صفر درجه ساعت خواهند بود. روند مثبت نیاز سرمایش در نوار غربی و جنوبی کشور در هر سه ساعت مورد مطالعه در ماه های آوریل، می و ژولای بیانگر گرم تر شدن دمای هوا در نیمه اول سال خواهد بود. نوار مرکزی و سراسر نیمه شرقی و شمالی کشور بجز ماه ژوئن در بقیه ماه های سال فاقد روند خواهند بود.

تأثیر تغییرات آب وهوایی بر تقاضای انرژی برای نیاز گرمایش ساختمان ها امری غیرقابل اجتناب خواهد بود؛ لذا بایسته است به پیش بینی آب وهوای آینده پرداخته شود تا زمینه توسعه، انطباق و استراتژی های مناسب انرژی فراهم گردد. در این پژوهش به منظور ارزیابی نقش توپوگرافی بر دورنمای نیاز گرمایشی ایران از داده های دمای روزانه مدل EH5OM موسسه ماکس پلانک طی دوره آماری (2050-2015 میلادی)، تحت سناریو A1B با تفکیک 75/1 درجه قوسی، برای گستره ایران بارگیری گردید. در گام بعدی داده های نامبرده با تفکیک مکانی 27/0× 27/0 قوسی توسط مدل (RegCM4) ریزمقیاس شدند. سپس با استفاده از روش زمین آمار کریجینگ داده های روزانه دمایی در پهنه ای به ابعاد 15×15 کیلومتر بر ایران گسترانیده شد که نتیجه آن ماتریسی به ابعاد 7200×13140 به دست آمده و نیاز گرمایشی کشور برای دوره آتی بر روی این ماتریس با استفاده از مدل UKMO محاسبه گردید. نتایج نشان داده است که نیاز گرمایشی در ایران دارای الگوی خوشه ای بالا می باشد. واسنجی مدل های رگرسیونی کلاسیک (OLS) و وزن دار جغرافیایی (GWR) نشان داد که در مناطق وسیعی که دارای افت وخیز ارتفاعی زیادی می باشند مدل های رگرسیونی کلاسیک نمی تواند روابط نیاز گرمایشی را با ارتفاع مدل سازی نماید. به طورکلی کشور از لحاظ دورنمای نیاز گرمایشی به سه بخش جلگه ها و سواحل جنوبی و پسکرانه ای، نوار کوهستانی و کوهپایه ای و بالاخره دشت ها و چاله های داخلی و بیرونی قابل پهنه بندی است و وردایی فضایی نیاز گرمایشی برآورد شده مبتنی بر ارتفاع نشان داده است که افزایش مقدار نیاز گرمایشی رابطه مستقیمی توپوگرافی پیچیده محلی دارد.

افزایش روزافزون تقاضای انرژی در برابر کاهش منابع فراگیر انرژی به همراه پیامد های گرمایش جهانی، اهمیت بررسی کمی تغییرات نیاز سرمایش، گرمایش کشور را در دهه های گذشته و آینده ضروری می سازد. در پژوهش حاضر، نخست داده های گردش کلی جو از پایگاه داده EH5OM استخراج شد. این داده ها تحت سناریو A1B هیئت بین المللی تغییر اقلیم بوده و سپس با مدل اقلیم منطقه ای، داده های میانگین دمای روزانه به تفکیک 27/0 × 27/0 درجه که حدوداً نقاطی با ابعاد 30 × 30 کیلومتر ایران را پوشش می دهند در بازه زمانی (2050-2015) ریزمقیاس شدند. داده های میانگین دمای روزانه دوره گذشته نیز از پایگاه داه های اسفزاری در دوره آماری (2004-1970)بر روی یاخته هایی به ابعاد 15×15کیلومتر بر سراسر کشور استخراج شد. از آستانه دمایی 11 درجه برای محاسبه درجه روز گرمایش و آستانه3/18 برای محاسبه درجه روز سرمایش استفاده شد. میانگین ماهانه این فراسنج ها بر روی ماتریسی به ابعاد 2140×12 (آینده) و 7187×12 (گذشته) به دست آمد که سطرها بیانگر زمان (ماه، سال) و ستون ها مکان یاخته می باشند. سپس نقشه میانگین ماهانه هر دو دوره ترسیم و تفسیر گردید. نتایج گویای سردترشدن هوا در دهه های آتی نسبت به دوره گذشته در ماه های ژانویه و دسامبر در اکثر مناطق کشور به جز ناحیه ساحلی و پسکرانه ها و گرم تر شدن هوا در اکثر مناطق کشور در ماه های گرم سال (ژوئن، جولای، اوت)؛ بر میزان مصرف انرژی جهت گرمایش و سرمایش اثرات قابل توجهی خواهد داشت.

با توجه به اهمیت ارتفاعات زاگرس در توزیع و میزان بارش ایران، در مطالعه حاضر با به کارگیری مدل اقلیمی میان مقیاس RegCM4 و انجام شبیه سازی، تأثیر ارتفاعات زاگرس بر بارش همرفتی تجمعی و سرعت قائم باد ترازهای مختلف جو بررسی گردید. داده های موردنیاز این پژوهش از داده های دوباره تحلیل شده مرکز پیش بینی های محیطی/ مرکز ملی پژوهش های جوی (NCEP/NCAR) و باقدرت تفکیک افقی 5/2 درجه برای دوره زمانی 2000 تا 2005، از عرض جغرافیایی 22 تا 38 درجه شمالی و طول جغرافیایی 38 تا 58 درجه شرقی اخذ گردید. شبیه سازی ها بر شبکه ای با تفکیک افقی 10 km و گام زمانی 30 ثانیه صورت گرفته است. در مرحله ی اول مدل با داده های واقعی اجرا، سپس رشته کوه زاگرس و کوه های مرکزی ایران حذف و مدل دوباره اجرا گردید. نتایج نشان داد هسته های بارش تجمعی ماه های دسامبر- ژانویه در شرق ارتفاعات زاگرس تضعیف شده است و ارتفاعات زاگرس باعث افزایش بارش در غرب ایران و کاهش آن در شرق شده است. در مقابل در ماه آوریل، بیشینه بارش در هر دو اجرا، در غرب ایران و منطقه زاگرس تمرکز داشته است و کمینه آن در شرق زاگرس و دشت های مرکزی ایران بوده است. همچنین با حذف ارتفاعات زاگرس، بر بارش همرفتی تجمعی این ماه در سواحل دریای خزر افزوده شده است. ارتفاعات زاگرس در ماه آوریل باعث جابجایی رودباد ترازهای بالای جو از تراز 200 به 400 هکتوپاسکال و سبب افزایش سرعت و وسعت آن ها شده است؛ بنابراین الگوی جریانات سامانه های همرفتی میان مقیاس و بارش همرفتی حاصل از آن ها متأثر از الگوی ارتفاعات بوده است و با تغییر شرایط دمایی از شرایط سرد به شرایط گرم، میزان و نحوه تبعیت از توپوگرافی و شرایط محلی تغییر کرده است؛ به گونه ای که در ماه دسامبر، ارتفاعات باعث کاهش سرعت باد ترازهای پایین جو و در ماه ژانویه و آوریل سبب افزایش آن شده است.

   پیامدها و تهدیدهای ناشی از مخاطرات اقلیمی از یک طرف و فرصت هایی مانند استفاده در منابع آب، کشاورزی و سایر بخش های اقتصادی از طرف دیگر باعث شده است تا در سال های اخیر سامانه های همرفتی بارش زا بیشتر موردتوجه قرار گیرند. بدین منظور در این پژوهش، شرایط دینامیکی سامانه های همرفتی میان مقیاس در ماه های گرم و سرد سال و بارش همرفتی تجمعی آن ها بررسی شده است. پس از اخذ تصاویر ماهواره های زمین آهنگ متئوست، فراگیرترین سامانه های همرفتی میان مقیاس بدون اشتقاق و ادغام با استفاده از آستانه دمای درخشندگی 224 کلوین و آستانه مساحت مشخص شدند و از طریق مدل RegCM4، رفتار دینامیکی و بارش همرفتی تجمعی آن ها بررسی گردید. نتایج نشان داد مکان شکل گیری سامانه ها در جنوب عراق و شمال عربستان بوده است. الگوی جریانات سامانه های ماه های سرد سال تحت تأثیر توپوگرافی بوده است؛ به گونه ای که با برخورد آن ها به ارتفاعات، تاوایی مثبت در منطقه ایجاد شده است و با افزایش ارتفاع تاوایی قوی تر شده است. همچنین هسته کمیت های دینامیکی ماه های دسامبر- ژانویه پس از عبور سامانه از ارتفاعات زاگرس تضعیف شده است. در مقابل، ارتفاعات زاگرس تأثیر زیادی در قدرت فعالیت سامانه های آوریل نداشته است. تاوایی و همگرایی سامانه های همرفتی در ماه آوریل قوی تر و شدیدتر از ماه های دسامبر- ژانویه بوده است.

دگرگونی های آب وهوایی که ناشی از دگرگونی توزیع مقادیر فرین است به یکی از بحران های پیش روی بشر در سده اخیر تبدیل شده است. با آشکار شدن دگردیسی آب وهوا در مقیاس منطقه ای و بسامد رخدادهای فرین این پژوهش پایش دورنمای اثر گرمایش جهانی بر روند فرین های سرد ایران را هدف اصلی خود قرار داده است. به این منظور داده های مدل دینامیکی ترکیبی هواسپهر-اقیانوس EH5OM تحت سناریو انتشار A1B برای دوره زمانی 1/01/2015 تا 31/12/2050 میلادی با تفکیک مکانی 75/1×75/1 درجه قوسی از مرکز فیزیک ماکس پلانک بارگیری گردید. در گام بعدی جهت ریزمقیاس نمایی مدل EH5OM از مدل مرکز فیزیک نظری عبدالسلام موسوم به REGCM4 استفاده شد و داده های مدل با تفکیک مکانی 27/0×27/0 درجه قوسی خروجی گرفته و ماتریسی به ابعاد 2140×13410 ایجاد گردید. برای شناسایی روزهای فرین سرد از نمایه بهنجار شده ی دمای فوجیبه فومیاکی موسوم به انحراف بهنجار شده دما (NTD) استفاده شد و روند روزهای فرین با استفاده از روش نا پارامتریک Mann-Kendall و شیب روند با استفاده از روش Sen's محاسبه و در گام پایانی با استفاده از شبکه عصبی خودسازمانده (SOM) نقشه های ماهیانه ترسیم گردید. نتایج نشان داد بر اساس سناریو A1B بیشینه روند کاهشی فرین های سرد مربوط به فصل بهار، ماه دسامبر، مارس و ژانویه است و در مقابل بیشینه گستره روند مثبت فرین های سرد ایران در ماه های اکتبر و نوامبر نمایان گشت که این نکته گویای دگرگونی بی هنجاری منفی دمای کشور در دهه های آینده در فصل پاییز می باشد.

 هدف از این پژهش، مدل سازی دورنمای نیاز انرژی سپیده دم (ساعت 30/6 به وقت تهران) هفت استان قزوین، قم، مرکزی، اصفهان، یزد، فارس و کرمان (مناطق خشک و بیابانی داخلی ایران) است. به این منظور داده های مدل دینامیکی EH5OM تحت سناریو انتشار A1B برای دوره زمانی 1/01/2015 تا 31/12/2050 برای ساعت 03Z از مرکز فیزیک ماکس پلانک بارگیری گردید. در گام بعدی برای ریزمقیاس نمایی داده های خروجی مدل نامبرده از مدل REGCM4 استفاده شد و داده های مدل با تفکیک مکانی 27/0×27/0 درجه قوسی و آرایه ایی به ابعاد 705×13410 خروجی گرفته شد. پس از محاسبه درجه ساعت گرمایش(HDH) از نظریه فرکتال به منظور ارزیابی دورنمای رفتار خودتشابهی این فراسنج آب و هوایی استفاده شده است. نتایج نشان داده است که بیشینه نیاز درجه ساعت گرمایش سیپده دم در مناطق خشک و بیابانی داخلی کشور با 595 درجه ساعت در دی ماه و کمینه آن نیز با 21 درجه ساعت در تیر ماه اتفاق خواهد افتاد. نتایج حاصل از هندسه فرکتالی نیز نشان داده است درجه ساعت گرمایش سپیده دم در مناطق خشک و بیابانی داخلی ایران رفتاری همچون یک سامانه غیر خطی حساس دارد که در ماه های ابتدایی و انتهایی سال بیشتر دارای تغییرات بلند مدت و فصل تابستان دارای رفتار کوتاه مدت است. ارزیابی روند و شیب روند نیز نشان داده است که در اکثر ماه های سال از مقدار درجه ساعت گرمایش سپیده دم کاسته خواهد شد.