بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، جهت بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر سري زمانی پارامترهاي اقلیمی و تبخیر- تعرق گیاه مرجع در یک اقلیم نیمه خشک از داده هاي روزانه دماي بیشینه، دماي کمینه، رطوبت نسبی، سرعت باد، بارش و ساعات آفتابی ایستگاه سینوپتیک مشهد در دوره 1961 - 2008 استفاده شد. ابتدا میانگین ماهانه و سالانه پارامترهاي اقلیمی و سپس تبخیر- تعرق گیاه مرجع ماهانه و سالانه به روش فائو- پنمن- مانیث به صورت کلی - ET - و به تفکیک دو جزء تابشی - ETrad - و آئرودینامیکی - ETaero - آن، محاسبه شده و نمودارهاي سري زمانی مربوطه رسم گردید. در نهایت براي مشخص کردن حساسیت پارامترهاي اقلیمی بر تبخیر- تعرق، آنالیز رگرسیون خطی و نیز رگرسیون چندگانه بر روي داده ها صورت گرفت. نتایج نشان داد که رطوبت نسبی و سرعت باد داراي روند کاهشی به ترتیب به میزان %1 و 0/6 متر بر ثانیه در یک دهه و ساعت آفتابی داراي روند افزایشی به میزان 0/05 ساعت در روز در یک دهه بوده است. در حالیکه روند افزایشی دماي بیشینه، کمینه و متوسط هوا، معنی دار نشد. با توجه به اثر چهار پارامتر هواشناسی مؤثر بر تبخیر- تعرق، مشاهده شد که طی 48 سال مورد مطالعه، ETrad روند افزایشی و ETaero و ET0 روند افزایشی بسیار معنی داري داشته اند. بر اساس آنالیز رگرسیون خطی و رگرسیون چندگانه، مهمترین پارامترهاي هواشناسی مؤثر بر تبخیر- تعرق گیاه مرجع به ترتیب عبارتند از: متوسط سالانه سرعت باد، ساعت آفتابی، دماي متوسط هوا و رطوبت نسبی. متوسط خطاي نسبی مدل رگرسیونی %2/21 بوده و نشان از دقت قابل قبول آن دارد.
کلید واژهها : تبخیر- تعرق، تغییر اقلیم، پارامترهاي اقلیمی، روند، مشهد -
-1 مقدمه
طبق تعریف هیأت بین الدول تغییر اقلیم 1 - IPCC - ، به هر تغییر مشخص در الگوهاي مورد انتظار براي وضعیت میانگین پارامترهاي آب و هوایی در یک دوره زمانی بلند مدت که در یک منطقه خاص یا براي کل اقلیم جهان رخ دهد، در حالی که در وضعیت عمومی اقلیم، تغییري مشاهده نمیشود، تغییر اقلیم گفته می شود .[14]تقریباً تمامی فرایندها در زیست کره تحت تأثیر تغییر اقلیم قرار می گیرد اما عمده ترین نگرانی محققین در این خصوص در رابطه با تأثیر آن بر محیط زیست و منابع آب است .[5] به طور کلی، محدودیت منابع آب و رقابت بخشهاي مختلف در استفاده از این منابع از یک سو و افزایش سطح اراضی فاریاب از سوي دیگر، اهمیت بهرهبرداري بهینه از این منابع را صد چندان می سازد .[2] فاکتورهاي اصلی که بر تبخیر- تعرق گیاه مؤثرند وابسته به چندین پارامتر اقلیمی نظیر دماي هوا، رطوبت نسبی، سرعت باد و ساعات آفتابی می باشند. هرگونه تغییر در این پارامترهاي اقلیمی در اثر تغییر اقلیم بر تبخیر- تعرق گیاه نیز تأثیرگذار خواهد بود .[1] به طور کلی مطالعات اخیرتغییر اقلیم، غالباً بر تغییرپذیري دما و بارش متمرکز بوده و تبخیر-تعرق گیاه مرجع به عنوان مهمترین پارامتر اقلیمی مؤثر در کنترل موازنه جرم و انرژي بین اکوسیستم هاي زمینی و جو، از اهمیت کمتري برخوردار بوده است [9] و در این زمینه تنها می توان به معدود مطالعات زیر اشاره کرد. در تحقیق بندیوهایی و همکاران [6] در بررسی روند تبخیر- تعرق گیاه مرجع در هند که با استفاده از آمار 133 ایستگاه سینوپتیک در دوره آماري 1971 - 2002 انجام شد، روند کاهشی تبخیر- تعرق به دلیل افزایش معنی دار رطوبت نسبی و کاهش سرعت باد، مشاهده شد. در مطالعه دیگري که در کشور کانادا انجام شد، روند کاهشی تبخیر- تعرق گیاه مرجع در فصل گرم سال - ماه هاي اکتبر، اوت، ژوئن و ژوئیه - به دلیل کاهش سرعت باد ملاحظه شد .[7] تحقیق انجام شده در منطقه کم ارتفاع شمال اروپا نشان از روند افزایشی تبخیر- تعرق مرجع به میزان 98 میلیمتر به دلیل کاهش 5/9 درصدي رطوبت نسبی در دوره 1900 - 1995 داشته است .[23] در مطالعه دنشنگ و همکاران [10] در شمال شرق چین، روند افزایشی در میانگین سالانه دما، رطوبت نسبی و تبخیر- تعرق پتانسیل در دوره 1961 - 2004 مشاهده شد. در تحقیق سو و همکاران [22] که در منطقه دیگري در چین انجام شد، روند کاهشی تبخیر- تعرق مرجع سالانه به علت کاهش تابش خورشیدي و سرعت باد دیده شد. در تحقیق طبري و همکاران [20] روند تبخیر و تعرق گیاه مرجع براي 20 ایستگاه سینوپتیک واقع در غرب کشور بررسی شد. نتایج این مطالعه نشان داد که تبخیر- تعرق مرجع از روند هاي افزایشی و کاهشی برخوردار بوده که در 70 درصد ایستگاه ها روند در مقیاس سالانه افزایشی بوده و همچنین روند هاي افزایشی تبخیر- تعرق بیشتر در فصول زمستان و تابستان اتفاق افتاده است. در مطالعه گل کار حمزیی یزد [3] که جهت بررسی روند تبخیر- تعرق مرجع توسط براي 33 ایستگاه سینوپتیک کشور در دو دوره آماري بلندمدت 40 ساله و کوتاه مدت20 ساله، صورت گرفت، مشاهده شد که در دوره آماري 40 ساله، به طور میانگین 38 درصد از ایستگاه ها داراي روند مثبت و 62 درصد داراي روند منفی و در دوره آماري 20 ساله، 62/5 درصد داراي روند مثبت و 37/5 درصد داراي روند منفی بوده اند که با کاهش طول دوره آماري از سطوح داراي روند منفی کاسته شده و به سطوح داراي روند مثبت افزوده شده است.
به طور کلی، با وجود این که تغییر اقلیم در برخی مناطق جهان به ویژه نواحی واقع در عرضهاي شمالی بالاتر از 55 درجه، اثرات مثبتی بر تولیدات کشاورزي خواهد داشت 13]و [19 ولی طبق مطالعات متعدد، اثرات منفی این پدیده در مناطق گرم و خشک بسیار شدید خواهد بود 11]، 12، 15 و .[17همچنین علی رغم این که تغییر پارامترهاي اقلیمی الزاماً به معنی رخداد تغییر اقلیم نیست اما فرض وقوع آن را تقویت می کند .[18] بنابراین جهت آمادگی در برابر اثرات نامطلوب پدیده تغییر اقلیم و یا کاهش خسارت هاي ناشی از آن، بررسی تغییرات معمول رخ داده در متغیرهاي اقلیمی هر منطقه اقدامی ضروري جهت اتخاذ سیاست ها و برنامه هاي مناسب براي توسعه و مدیریت منابع آب می باشد 8] و .[16 لذا هدف از تحقیق حاضر، شناخت رفتار بلندمدت سري زمانی پارامترهاي اقلیمی به منظور ارائه تصویري روشن از وضعیت حال منطقه مورد مطالعه جهت ارائه به مدیران و برنامه ریزان ذیربط می باشد.
-2 مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه، شهر مشهد می باشد که از نظر اقلیمی - با توجه به مدل تعیین اقلیم دومارتن - جزو مناطق نیمه خشک ایران محسوب می شود. براي انجام این تحقیق از داده هاي روزانه دماي بیشینه، دماي کمینه، رطوبت نسبی، سرعت
باد، بارش و ساعات آفتابی ثبت شده در ایستگاه سینوپتیک مشهد که داراي عرض جغرافیایی 36 16 شمالی، طول جغرافیایی 59 38 شرقی و ارتفاع 999/2 متر از سطح دریا میباشد، طی دوره آماري 1961 - 2008 استفاده شد. پس از پردازش اولیه داده ها و پر کردن خلاء هاي آماري با استفاده از ایستگاه هاي مجاور و ایجاد همبستگی مناسب، میانگین ماهانه و سالانه پارامترهاي اقلیمی، محاسبه و نمودارهاي سري زمانی مربوطه ترسیم شد. سپس تبخیر- تعرق گیاه مرجع ماهانه و سالانه به روش پنمن- مانیث توصیه شده توسط فائو که توسط آلن و همکاران ارائه شده است [4] به صورت کلی - ET - و نیز به تفکیک دو جزء تابشی - ETrad - وآئرودینامیکی - ETaero - آن جهت وضوح بیشتر پارامترهاي مؤثر بر تبخیر- تعرق محاسبه شده - روابط 1 تا - 3 و نمودارهاي سري زمانی تبخیر- تعرق رسم گردید.
در روابط بالا : Rn تابش خالص در سطح محصول بر حسب MJ.m2.day1 ، :G شار حرارتی خاك بر حسبMJ.m2.day1 ، : شیب منحنی فشاربخار در برابر دما بر حسب : . kpa. C 1 ثابت سایکرومتري بر حسبkpa. C1 ، : u2 سرعت باد در ارتفاع 2 متري بر حسبm.s1 ، :T میانگین دماي هوا بر حسب C، : es فشار بخار اشباع هوا بر حسب kpa و : ea فشار بخار واقعی هوا بر حسب kpa می باشند. در نهایت، جهت مشخص کردن حساسیت پارامترهاي اقلیمی بر تبخیر- تعرق، از آنالیز رگرسیون به روش کمترین مربعات خطا2 استفاده شد. همچنین با توجه به وجود اثرات متقابل بین پارامترهاي اقلیمی و تأثیرگذاري آن ها بر یکدیگر، استفاده تنها از ضریب رگرسیون خطی صحیح نبوده و در حقیقت شناخت تأثیرگذارتین فاکتور اقلیمی بر تبخیر- تعرق با خطا مواجه خواهد شد، بنابراین براي رفع این مسأله معادله رگرسیون چندگانه نیز بر داده ها برازش داده شد. لازم به ذکر است که آزمون معنی داري ضرایب با استفاده از آزمون t صورت گرفته است .[21]
-3 نتایج روند تغییرات فاکتورهاي هواشناسی
شکل 1 فرآیند تغییرات متوسط سالانه دماي بیشینه، متوسط سالانه دماي کمینه، متوسط سالانه دماي میانگین، - از 1961 تا - 2008 را نشان می دهد. همان طور که از شکل می توان دید، متوسط سالانه دماي بیشینه در شهر مشهد بین 18/54 تا 23/43 درجه سانتیگراد تغییر می کند، و به طور کلی یک روند افزایشی را نشان می دهد، و نسبت این افزایش 0/289 می باشد، به این معنی که، متوسط دما 0/289 درجه سانتیگراد در هر دهه افزایش می یابد، البته تحلیل آماري معادله برازش یافته بر روند تغییرات دماي بیشینه نشان داد که شیب این خط که همان نسبت افزایش دما می باشد از نظر آماري معنی دار نیست. به عبارت دیگر می توان گفت تغییرات دماي بیشینه در طی این سال ها ثابت بوده است؛ متوسط سالانه دماي کمینه نیز بین 3/38 تا 10/27 درجه سانتیگراد تغییر می کند، و به طور کلی یک روند افزایشی را نشان می دهد، و نسبت این افزایش 0/583 می باشد، به این معنی که، متوسط دماي کمینه 0/583 درجه سانتیگراد در هر دهه افزایش می یابد، البته بر
