مدل گردش عمومی جو

علیرغم افزایش قابل ملاحظه دقت مدل های عددی گردش عمومی جو و مدل های منطقه ای، تاکنون هیچ کدام از آنها قادر به پیش بینی در مقیاس کوچک نیستند. به این منظور، مدل های مختلف آماری و دینامیکی برای شبیه سازی و ریز مقیاس نمایی خروجی مدل های GCM و RCM ابداع شده اند. در مطالعه حاضر، با استفاده از مدل MAGICC-SCENGEN خروجی های دو مدل گردش عمومی جو HadCM2 و ECHAM4 با لحاظ هجده سناریوی انتشارIPCC، برای دهه های آینده ریز مقیاس گردیده، نتایج آن بر روی ایران تجزیه و تحلیل شد. هر دهه شامل یک پریود 30 ساله است که دهه2000 نماینده (2015 تا 1986)، 2025 (2040تا 2011)،2050 (2065تا 2036) و 2075(2090 تا 2061) و دهه 2100 (2115تا 2086) است. نتایج اجرای مدل با داده های HadCM2 بیانگر کاهش 5/2 درصدی بارش کشور تا دهه 2100 است. در حالی که برای دوره مشابه در مدل ECHAM4 بارش های کشورمان به میزان 8/19 درصدافزایش مییابد. تحلیل مکانی نتایج مدل HadCM2 نشان می دهد که در دهه های آینده استان های مازندران، گلستان، خراسان شمالی، شمال خراسان رضوی و سمنان، تهران و بخش هایی از گیلان و قزوین با افزایش بارش مواجه خواهند شد، در حالی که مدل ECHAM4 برای مناطق مذکور کاهش بارش را پیش بینی کرده است. همچنین، مدل HadCM2 برای نواحی جنوب شرق کشورمان، شامل استان های هرمزگان، کرمان، بوشهر،جنوب فارس و بخش هایی از سیستان و بلوچستان کاهش بارش را پیش بینی نموده است، اما در مدلECHAM4 مناطق مذکور در دوره مشابه افزایش بارش را تجربه خواهند کرد. در هر دو مدل تمامی استان های کشور با افزایش دما در آینده مواجهند.این دو مدل، افزایش دمایی بین 3 تا 6/3 را تا دهه 2100 پیش بینی می کنند که بیشترین افزایش دما به دهه 2100 و مدل ECHAM4 مربوط است که افزایش دمایی حدود 1 درجه سانتیگراد بیشتر از مدل HadCM2 پیش بینی می کند. در هر دو مدل توزیع مکانی افزایش دما با هم مطابقت دارند.

بررسی ویژگی های آب و هوا و شناخت عناصر و پارامتر های اقلیمی یک منطقه، می تواند در امر برنامه ریزی و آمایش آن سرزمین نقش عمده ای ایفا نماید. بارش موثر به عنوان یکی از مهمترین عناصر اقلیمی در نواحی شمالغرب ایران با نوسانات زمانی- مکانی قابل ملاحظه، نقش عمده ای در چگونگی بهره برداری از توان های محیطی، اقتصادی، کشاورزی و غیره.. آن عهده دار می باشد. در این پژوهش جهت مقایسه دوره پایه(گذشته) با داده های شبیه سازی شده، ابتدا آمار بارش موثر روزانه ی 6 ایستگاه اردبیل، قزوین، همدان، کرمانشاه، سنندج و تبریز طی یک دوره ی 30 ساله (1990-1961) تهیه و از طرف دیگر با داده های شبیه سازی شده 2021 تا 2050 که بوسیله مدل گردش عمومی جو HADCM3 و سناریوی A1 تولید گردیده و با استفاده از مدل LARS-WG ریز مقیاس شدند مورد مقایسه قرار گرفتند. روش مقایسه بارش موثر در چارچوب خوشه های مختلف، بر اساس روش تحلیل خوشه ای در قالب 5 خوشه توافقی برای تمام ایستگاهها و دوره های مورد مطالعه انجام پذیرفت. از جمله یافته های این پژوهش وجود تمرکز بیشتر بارش برای دوره های سرد سال(زمستان و پاییز) و افزایش 20.62 میلیمتری بارش سالانه برای میانگین دوره 2021 تا 2050 نسبت به دوره پایه می باشد. همچنین نتایج نشان دهنده افزایش شدت آستانه های بارش موثر برای ایستگاههای اردبیل، کرمانشاه و تبریز در دهه های آینده نسبت به دوره پایه 1961 تا 1990 و کاهش تعداد روزهای همراه با رخداد بارش برای کرمانشاه، سنندج و تبریز در دهه های آینده است. در ادامه خروجی ها نشان می دهند که بارشهای خوشه سوم بدلیل توزیع یکنواخت، نیازمند مدیریت بهره برداری بهینه و بارشهای خوشه 1 بدلیل شدت بالا و رگباری بودن، نیازمند مدیریت ریسک و در بعضی مواقع مدیریت بحران در عرصه های کشاورزی، آبخیزداری و غیره... می باشند.

در چند دهه اخیر افزایش دمای زمین باعث بر هم خوردن تعادل اقلیمی کره زمین شده و تغییرات اقلیمی گسترده ای را در اغلب نواحی کره زمین موجب گردیده است که از آن به عنوان تغییر اقلیم یاد می شود. هدف این مطالعه، پیش بینی تغییرات اقلیمی استان سیستان و بلوچستان با استفاده از ریز مقیاس نمایی آماری است که در آن داده های سناریوی A2 مدل گردش عمومی جو ECHO-G اجرا می شود. برای ارزیابی، تغییرات اقلیمی و خشکسالی استان سیستان و بلوچستان در دوره آماری 1391تا 1410 توسط مدل LARS-WG ریز مقیاس شدند. در این مطالعه از داده های دمای کمینه، دمای بیشینه، تابش و بارش مدل ECHO-G و داده های واقعی 7 ایستگاه استان شامل چابهار، ایرانشهر، خاش، سراوان، زابل، زهک و زاهدان استفاده شده است.نتایج کلی بررسی ها برای دوره مذکور گویای افزایش 8 درصدی بارش در استان و کاهش تعداد روزهای یخبندان و افزایش میانگین سالانه دما در حدود 3/0 درجه سلسیوس می باشد. بیشترین افزایش ماهانه دما مربوط به فصل زمستان به میزان 9/0 درجه سلسیوس خواهد بود. همچنین تعداد روزهای خشک در شهرستان سراوان افزایش و در بقیه شهرستان ها کاهش می یابد و بطور کلی خشکسالی های این استان در دوره 1410-1391 کاهش می یابد.

اقلیم و تغییرات آن، نقش مهمی در همه ابعاد زندگی انسان ایفا می کند و به همین دلیل پیش بینی اقلیم آینده که متکی بر مدل های گردش عمومی جو انجام می گیرد، از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پژوهش، داده های سناریوی A1B مدل های گردش عمومی جو BCM2 و IPCM4، برای ارزیابی تأثیر تغییرات اقلیمی بر دمای کمینه و بیشینه، تابش و بارش در هفت ایستگاه همدید استان خراسان جنوبی به کمک مدل آماری LARS-WG ریزمقیاس شدند. برای این کار سه مرحله واسنجی، صحت سنجی و مدل سازی مدل ها در ایستگاه های منتخب انجام گرفت و کارایی مدل ها از نظر شباهت مقادیر مشاهده شده و مقادیر شبیه سازی شده با استفاده از شاخص های خطا، مانند ریشه میانگین مربعات و ضریب تعیین ارزیابی شد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل داده ها در لارس، مکنز، سنس استیمیتور و من کندال، نشان داد که دمای کمینه، دمای بیشینه و تبخیر و تعرق در تمام شهرهای استان خراسان جنوبی (بجز قائن با افزایش بسیار جزئی بارش) طی2060-2011 روند افزایشی خواهند داشت، بقیه ایستگاه ها روند کاهشی بارش را شاهد خواهند بود. همچنین به جزبه جز قائن و فردوس، در بقیه ایستگاه ها روند افزایشی تابش مشاهده خواهد شد. طبق برآوردها، روند افزایشی دما در بیرجند و قائن کمتر بوده و در طبس بیشتر خواهد بود. چنین به نظر می رسد که تغییرات نه چندان شدید فراسنج ها در برخی ایستگاه ها، به دلیل موقعیت ویژه جغرافیایی و توپوگرافی منطقه است.

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.

تولید و مصرف انرژی برق در کشور، یکی از موضوعات مهم در سیاست گذاری و برنامه ریزی های کلان توسعه ای کشور است. مطالعات نشان می دهد بر اثر پدیده گرمایش جهانی میانگین دمای کره زمین در دهه های آینده افزایش خواهد داشت که این وضعیت موجب افزایش تقاضای برق و مصرف انرژی می شود. بررسی روند برق مصرفی کشور در سال های گذشته، گویای وجود ارتباط معنادار بین میزان برق تولیدی و میانگین دمای کشور در مقیاس های زمانی 5 تا 10 سال است. در این پژوهش با استفاده از آمار دما و برق مصرفی سالانه کشور و به کارگیری ریزمقیاس نمایی آماری برونداد، سه مدل گردش عمومی جوّ HadCM3، NCCCSNو MPEH5 میزان انرژی برق مورد نیاز کشور برای دهه های آتی شبیه سازی شد. در شبیه سازی میزان برق مورد نیاز آینده، رفتار بین برق مصرفی - میانگین دمای کشور مد نظر قرار گرفت. نتایج نشان دادند دمای میانگین کشور در سه دوره 2040-2011، 2070-2041 و 2100-2071 به ترتیب 2/1، 4/2 و 6/3 در مقایسه با دوره پایه 90-1961 افزایش خواهد یافت. این افزایش دما موجب خواهد شد تا میزان تقاضای انرژی برق کشور به ترتیب 51، 4/81 و 2/117 مگاوات نسبت به دوره 90-1386 افزایش یابد. یافته های این پژوهش می تواند در برنامه ریزی های کلان توسعه بخش انرژی کشور، ساخت نیروگاه های جدید و سازگاری با تغییر اقلیم استفاده شود.

شرایط شکننده، متغیر و گاه مخاطره آمیز اقلیم کنونی ایران پیش بینی آینده آن را بسیار ضروری اما سخت نموده است. پیش بینی شرایط اقلیم آینده بوسیله مدل های گردش کلی جو مورد استفاده تحقیقات متعددی به هدف تدقیق محلی نتایج قرار گرفته است. یکی از پرکاربردترین این روش ها، ریزمقیاس نمایی آماری است. این روش در مطالعات اقلیمی به طور گسترده استفاده شده اما تاکنون نتواسته بیان روشنی از شرایط اقلیم آینده ایران به نمایش بگذارد. پژوهش حاضر با هدف تعیین دورنمای شرایط اقلیمی آینده در ایران، تحقیقات انجام گرفته در زمینه ی ریزمقیاس نمایی آماری خروجی مدل های گردش عمومی جو-اقیانوس برای بررسی فراسنج های بارش و دما تحت سناریوهای انتشار مختلف، گردآوری گردید. با روش تحلیل توصیفی-محتوا و مقایسه نتایج، دید جامعی از اقلیم آینده، مخاطرات آن و بویژه تغییر اقلیم در ایران ارایه گردد. در نهایت با توجه به تفاوت های اقلیمی-جغرافیایی سرزمین ایران، نتایج حاصل به طور جداگانه در 6 منطقه بررسی گردید. در منطقه شمال غرب تغییرات بارش کاهشی، کاهشی-نوسانی و کاهشی-انتقالی و دما افزایشی و در منطقه غرب و جنوب غرب تغییرات بارش کاهشی، کاهشی-نوسانی و افزایشی و تغییرات دما افزایشی پیش بینی شده است . منطقه جنوب و جنوب شرق دارای تغییرات کاهشی، کاهشی-نوسانی، نوسانی و افزایشی-نوسانی بارش و تغییرات افزایشی دما خواهد بود . در منطقه شرق و شمال شرق تغییرات بارش نوسانی و کاهشی-نوسانی و تغییرات دما افزایشی-نوسانی است. در منطقه سواحل شمالی، تغییرات بارش کاهشی و افزایشی-نوسانی و دما افزایشی و افزایشی-نوسانی و منطقه جنوب البرز و مرکز ایران نیز دارای تغییرات کاهشی، نوسانی، افزایشی-نوسانی بارش و تغییرات افزایشی دما خواهند بود. با توجه به روند کاهشی بارش و روند افزایشی دما در درصد بسیار بالایی از پهنه سرزمین ایران، رخداد مخاطرات اقلیمی و محیطی ناشی از آن همانند امواج گرمایی، خشکسالی و سیل نیز می تواند در آینده افزایش یابد.

  پیش بینی اقلیم آینده در هر نقطه ای از زمین، به مدل های عددی رایانه ای که به مدل های گردش عمومی جو معروفند و اقلیم زمین را مدل سازی می کنند، متکی است. در این پژوهش، داده های سناریوی B1 و A1B مدل های BCM2 و HADCM3 برای ارزیابی تأثیر تغییرات اقلیمی بر دمای کمینه و بیشنه، تابش و بارش 12 ایستگاه همدید استان اصفهان توسط مدل آماری LARS-WG ریزمقیاس شدند . برای این منظور، سه مرحله واسنجی، صحت سنجی و مدل سازی مدل ها در ایستگاه های منتخب انجام و کارایی مدل ها از نظر شباهت مقادیر مشاهده شده و مقادیر شبیه سازی شده با استفاده از شاخص های خطا نظیر ریشه میانگین مربعات ( RMSE ) و ضریب تعیین ( CD ) ارزیابی گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که مدل A1B - BCM2 در تولید داده های تابش، مدل A1B - HADCM3 در تولید داده های دمای بیشینه و م دل B1 - BCM2 در تولید داده های دمای کمینه و بارش نتایج مناسب تری به دست می دهد. همچنین نتایج حاصل از تحلیل داده ها در مکنز، سنس استیمیتور و من کندال نشان داد که دمای کمینه، دمای بیشینه، تابش و تبخیر و تعرق در کلیه ایستگاه های استان اصفهان طی 2060-2011 روند افزایشی و به جز نائین که افزایش بسیار جزئی بارش را خواهد داشت بقیه ایستگاه ها روند کاهشی بارش را شاهد خواهند بود.

اقلیم یکی از مهمترین عوامل تعیین کننده در مکانیابی مراکز جمعیتی و شهرنشینی بوده و هر چه شرایط اقلیمی با آستانه های دمایی بدن انسان سازگاری بیشتری داشته باشد، آسایش اقلیمی و کیفیت زندگی انسان بهتر خواهد بود. برای کمی سازی آسایش اقلیمی نمایه های متعددی از جمله نمایه زیست اقلیمی بیکر طراحی شده اند. در این تحقیق ابتدا با به کارگیری داده های دیدبانی شده دما و تندی باد در ده ایستگاه استان خراسان رضوی شامل مشهد، سبزوار، تربت حیدریه، سرخس، قوچان، نیشابور، کاشمر، تربت جام، گناباد و گلمکان ( چناران ) نمایه مذکور برای دوره 2009-1970 محاسبه و تغییرات آن در دوره دیدبانی بررسی شد. سپس برای آگاهی از وضعیت زیست اقلیمی آینده استان در شرایط تغییر اقلیم، با به کارگیری برونداد سه مدل گردش عمومی جو CGCM3 ، GFDL2.1 و ECHO-G تحت سه سناریوی انتشار A2، A1B و B1 ، نمایه زیست اقلیمی بیکر برای دوره 2100-2011 شبیه سازی شد. فراسنج های دما و تندی باد که به عنوان ورودی های نمایه بیکر می باشند، به روش وایازی چند متغیره ریزمقیاس شدند. نتایج این تحقیق نشان می دهد علیرغم اینکه نمایه زیست اقلیمی بیکر در آینده به سمت مقادیر نا مساعد گرم تغییر خواهند کرد، اما این تغییرات به گونه ای نیستند که منجر به جابجایی طبقه بندی زیست اقلیمی ایستگاههای هواشناسی استان از شرایط مطلوب فعلی به وضعیت نامطلوب گرم شوند.

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.

این مقاله با هدف پیش نگری روند تغییر اقلیم در شهر تهران نوشته شد. در این مقاله وضعیت بارش و دمای ( حداقل و حداکثر)تهران در ایستگاه های سینوپتیک ژئوفیزیک، شمیرانات و مهرآباد طی دوره (1992 تا 2018) بررسی و برای شناسایی وجود جهش و آشکارسازی سالهای رخداد جهش از آزمون ناپارامتریک من کندال استفاده شد. همچنین برای پیش یابی تغییرات عناصر اقلیمی در تهران از داده های cmip5 و مدل Lars برای سه سناریوی RCP2.6,RCP4.5,RCp8.5، بهره گرفته شد. نتایج حاصل از بررسی روند سری زمانی دما و بارش سه ایستگاه مورد بررسی شهر تهران، با استفاده از آزمون تحلیل روند من کندال، نشان داد که در مورد هیچ کدام از فاکتورهای اقلیمی در سه ایستگاه مورد بررسی، تغییر معنی داری در سطح اطمینان P_value = 0.05رخ نداده است. اما جهش ها و نوسانات سالانه زیادی در سری زمانی دما و بارش ایستگاه ها مشاهده شد. همچنین نتایج حاصل از پیش یابی پارامترهای اقلیمی دمای حداقل، حداکثر و بارش در منطقه مورد بررسی نشان داد که، دمای حداقل و حداکثر تا سال 2050 نسبت به دوره پایه (1992 تا 2018) در هر سه خط سیر انتشار دی اکسید کربن RCP2.6,RCP4.5,RCp8.5، بصورت معنی داری در هر سه مورد مطالعه افزایش خواهد یافت. اما بارش در سال 2050 نسبت به دوره پایه سالهای 1992 تا 2018 در هرسه خط سیر انتشار دی اکسید کربن میزان بارش بصورت معنی داری در هر سه ایستگاه به میزان 7/1 میلیمتر در ماه کاهش خواهد یافت.