بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این تحقیق بررسی اثرات پدیده تغییر اقلیم بر نوسانات آب دریای خزر با توجه به نتایج خروجی مدل تغییر اقلیم UKMO تحت سناریوی A2 بوده است. برای انجام این پژوهش ابتدا دادههای دما و بارش با استفاده از خروجی مدلGCM ، برای بازههای زمانی -2025 - - 2000 و - 2026-2025 - میلادی پیشبینی گردید - با توجه به اینکه این تحقیق دارای جنبههای فراملی میباشد، از ماههای میلادی استفاده گردیده است - . سپس با استفاده از مدلهای رگرسیونی چند متغیره، به پیشبینی تراز آب دریای خزر پرداخته شد.
نتایج خروجی مدل GCM در ایستگاههای مورد مطالعه در حوزه آبریز دریای خزر نشان داد که تا پایان سال 2050 متوسط دما حدودا 2 درجه افزایش، و بارش نیز در سطح حوزه با توجه به ایستگاههای مورد مطالعه 7 -12 میلی متر کاهش خواهد داشت. در ماه جولای در همه ایستگاهها کاهش بارندگی با شدت بیشتری پیشبینی گردید.
با توجه به افزایش دما و کاهش بارندگی، مدل رگرسیونی، تراز سطح آب را با روند کاهشی در حدود 1 متر تا پایان سال 2050 پیشبینی کرد. ضمنا در بررسی پارامترهای موثر بر نوسانات آب دریا مشاهده شد که تغییرات دمای زمین همبستگی بالایی با نوسانات آب دریای خزر دارد. با توجه به نتایج این تحقیق میتوان انتظار داشت حوزه آبریز دریای خزر با افزایش گازهای گلخانهای، تغییراتی در اقلیم حوزه بدهد. این تغییرات وسیع بر محیط زیست، اقتصاد و منابع موجود در این منطقه و کل جهان که متاثر از این منابع می باشند، تاثیر خواهد گذاشت. از این رو، لازمست از هم اکنون برای مواجه شدن با شرایط آینده آماده گردید
-1 مقدمه
در سالهای پایانی قرن بیستم دانشمندان علوم زمین اعلام کردند که کره زمین در حال گرم شدن می باشد و از آن زمان تاکنون این مسئله توجه دانشمندان جهان را به خود مشغول کرده و هر روز هم بر اهمیت این موضوع تاکید بیشتری می شود. به علت گرم شدن کره زمین، یخ های قطبی در حال ذوب شدن هستند و سطح آبهای اقیانوسهای جهان در حال بالا آمدن است. که مهمترین دلیل این رخداد فعالیتهای انسان و ورود بیش از حد گازهای گلخانهای به اتمسفر کره بوده است.ظاهراً دریای خزر نسبت به نواحی دیگر در مقابل تغییرات اقلیمی بیشتر از خود واکنش نشان داده است. بنابراین تحلیل و پیشبینی تغییرات اقلیم به منظور بررسی فعل و انفعالات دریای خزر بسیار مهم میباشد
تغییرات تراز آب دریای خزر حدود 100 برابر آبهای آزاد میباشد. در دوره افزایشی، تراز آب خزر - در طول قرن بیستم - 13 سانتیمتر در سال - - 1977-1995 بود؛ در حالی که بین سالهای - 1929-1941 - تراز آب تقریبا با همین میزان در سال کاهش یافته است. با این تفاسیر میتوان از دریای خزر به عنوان آزمایشگاهی طبیعی در این زمینه یاد کرد
چون دریا یک بدنه آبی بسته است، حوزه آبریز و کشیدگی شمالی - جنوبی آن به طول 10 درجه عرض جغرافیایی، آنهم در منطقه معتدله، نسبت به تغییرات اقلیمی بسیار حساس کرده است.
دامنه نوسانات سطح دریای خزر در طول دوره آماری فوق از بالاترین سطح یعنی تقریبا - - -25 متر در سال 1882 به پایین ترین سطح در سال - -29 - 1977 متر رسیده که معادل4متر میباشد - لیمشکو و همکاران. - 2005 1 در طول قرن بیستم تغییرات سریع در سطح آب دریای مشاهده نمودیم، که پیامد آن تخریب مناطق ساحلی و اکوسیستم های حاشیه بوده است. این تغییرات در تراز سطح آب از پاسخ هیدرولوژیکی حوزه دریای خزر به تغییراتی از قبیل نوسان آتلانتیک شمالی 2 - NAO - و نوسانات جنوبی النینو 3 - ENSO - میباشد
این پدیدهها بر دما، رطوبت و طوفان زمستانی سراسر اروپا از جمله حوزه آبریز ولگا و نیز بارشهای سطح خزر تاثیر میگذارند .
لیمشکو و همکاران - 2005 - در تحقیقی با عنوان عوامل آب و هوایی دوره هولوسن در تغییرات سطح دریای خزر، نشان دادند که اقلیم مطلوب دوره هولوسن شاید در آیندهای نزدیک به عنوان سناریوی اقلیمی و همچنین برای تخمین تغییرات سطح دریای خزر مورد استفاده قرار گیرد.
الگیندی وگیورگی - 2006 - 5 در تحقیقی با عنوان بررسی تغییرات سطح دریای خزر بر اساس آخرین شبیهسازیهای مدل AOGCM برای قرن 21 پی بردند، اگرچه بیشتر مدلها افزایش بارندگی در حوزه آبریز رودخانه ولگا را نشان دادند - که با افزایش رواناب به دریا همراه است - ولی نتیجه، کاهش ارتفاع سطح دریای خزر ارزیابی شد که این به علت افزایش زیاد تبخیر از حوضه آبریز دریای خزر میباشد.
الگیندی و گیورگی - - 2007 به شبیهسازی تغییرات آینده سطح دریای خزر در یک بازهی زمانی، با استفاده از خروجی مدل اقلیمی ناحیهای - RCM - تودرتو در مدل گردش عمومی - GCM - پرداختند.که نتیجهی آن کاهش در ارتفاع سطح دریا به علت افزایش تبخیر و همچنین افزایش بارندگی در فصل سرما در حوزهی آبریز دریای خزر بود
اغلب پیشگوئیهای اقلیمی بر اساس تغییرات عمومی جو بر اساس شبیهسازی مدلهای چرخه عمومی جو - - GCM بیان میشوند. این مدلها در مراکز مختلفی اجرا شدهاند، بهعنوان نمونه، مدلهای ECHAM4 و ECHAM3 در مرکز تحقیقاتی در آلمان، مدل HADCM2 و HADCM3 در مرکز تحقیقاتی HCCPR در انگلستان، مدلهای CGCM1 و CGCM2 در مرکز CCCMA در کانادا و مدل UKMO در مرکز تحقیقات اتمسفری و آزمایشگاه دینامیک سیالات ژئوفیزیکی انگلستان.
در این تحقیق از خروجیهای مدل UKMO تحت سناریوی A2 از مجموعه سناریوهای SRES استفاده شده است. در این سناریو تاکید بر مسائل اقتصادی است و فرض بر این است که برنامه کنترلی بر صنایع تولید کننده گازهای گلخانهای وجود نداشته باشد. با استفاده از این مدل، تغییرات دما و بارش متوسط حوضه در دورههای - 2000-2025 - و - 2026 - 2050 - پیشبینی گردید.
با توجه به مطالعات انجام شده و اهمیت زیاد پدیده گرم شدن زمین و تاثیرات آن بر منابع آب بخصوص حوزه آبریز دریای خزر. اهداف این پژوهش عبارتند از: - 1 - بررسی تراز آب دریای خزر و تعیین شدت و نوع روند تغییرات - 2 - بررسی هم بستگی نوسانات سطح آب با عوامل اقلیمی- هیدرولوژیکی در دوره مورد مطالعه - 3 - پیشبینی دما و بارش با استفاده از مدل گردش عمومی UKMO و - 4 - پیشبینی تراز آب دریای خزر با استفاده از مدل رگرسیونی و خروجی مدل UKMO
-2 مواد و روشها
-1-2 منطقه مطالعاتی
دریای خزر به عنوان بزرگترین حوضه آبی داخل خشکی در مرز قاره آسیا و اروپا واقع است که اکنون پنج کشور ساحلی جمهوری اسلامی ایران، جمهوری آذربایجان، فدراسیون روسیه، قزاقستان و ترکمنستان پیرامون آن قرار گرفته اند
این دریا بزرگترین قسمت باقیمانده از تجزیه دریای قدیمی تتیس است که در دوران اول تا سوم زمینشناسی از قطب شمال تا اقیانوس هند امتداد داشته و در دوران سوم بر اثر ظهور چینخوردگیها و پیدایش رشته کوههای مانند قفقاز و آسیای صغیر تجزیه و تقسیم شده و با بالا آمدن قاره اروپا و پیدایش فلات ایران بهوجود آمده است
حوضه زهکشی دریای خزر از 30 N تا حدود 62 N گسترش یافته است و مساحت آن حدود 106 Km2 3/5 میباشد که حدود 130 رودخانه به داخل آن جریان دارد. از جمله بزرگترین آنها رودخانه ولگا و اورال است که به قسمت شمالی دریای خزر می-ریزند و در حدود % 80 از کل رواناب حوزه را تشکیل میدهند. سطحی پایینتر از سطح آبهای آزاد و بیشترین تبخیر از حوضه را در میان تمام دریاچههای بسته روی زمین دارد .
دریای خزر - صرفنظر از خلیج قره بغاز - از شمال و جنوب به ترتیب محدود به مدارهای 47 درجه و 57 دقیقه و 36 درجه و 33 دقیقه و از غرب و شرق نیز به ترتیب محدود به نصف النهارهای 46 درجه و43 دقیقه و54 درجه و 53 دقیقه است. این دریا فاقد ارتباط هیدرولوژیک به دریاهای آزاد است. کشتیرانی از این دریا از طریق رودخانه ولگا و سپس کانال ولگا - دن به دریای آزوف - و سپس دریای سیاه - و دریای بالتیک صورت میگیرد
دادهها و روشهای محاسباتی دادههای دراز مدت اقلیمی که در این پژوهش از آنها استفاده گردید توسط مرکز مطالعات دریای خزر، سازمان هواشناسی ایران و مرکز تحقیقات آب و هوایی دانشگاه آنجلا انگلستان جمع آوری شده و در اختیار قرار گرفت. دادههای مورد استفاده عبارتند از:
-1 ارتفاع سطح آب - Level - که بیانگر فاصلهی سطح آب دریای خزر از سطح آزاد آب اقیانوسها بوده و به صورت یک عدد منفی بر حسب متر بیان می گردد.
-2 خروجی مدل گردش عمومی - GCM -
-3 مولفههای بیلان آبی - خلیج قره بغاز: نقش این خلیج در بیلان آبی این دریاچه به عنوان خروجی میباشد و آب دریا به سمت این خلیج سرازیر میگردد و بر حسب کیلومتر مکعب در سال است. تبخیر از سطح دریاچه : - Evaporation - بر حسب میلی متر در سال که در این مقاله به صورت Eva نشان داده شده است. و... -
-4 دمای زمین - Land Air Temperature - که دادههای مورد نظر از واحد تحقیقاتی آب و هوایی1 دانشگاه آنجلا2 انگلستان استخراج شده که در این مقاله به صورت TLand نشان داده شد.
-5 دمای هوای ایستگاههای هم جوار دریای خزر - Temperature - که بر حسب درجهی سانتی گراد، که در این مقاله به صورت نشان داده شده است.
آمار دما و بارش ایستگاههایی که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفتهاند با توجه به دقت و صحت بالای آماری آنها انتخاب شدهاند و عبارتند از: انزلی، رامسر، بابلسر، ترکمن باشی، ماحاچ کالا، فورت شفچنکو، باکو و کراسنودسک. اما برای فاز پیشبینی ایستگاههای انزلی، بابلسر و رامسر مورد استفاده قرار گرفتند.
در این پژوهش ابتدا وابستگی هر یک از پارامترهای هیدرولوژیکی- اقلیمی بر نوسانات آب دریا بررسی شد. سپس با استفاده از خروجیهای مدل UKMO تحت سناریوی A2، به پیش بینی دما و بارش پرداختیم. و نهایتا با استفاده از مدل رگرسیونی چند متغیره و خروجی مدل UKMO مدلی ارائه شد که نوسانات آب دریای خزر را در دو دورهی - 2000-2025 - و - 2026- 2050 - پیش بینی نمود. از طرفی، چون در خروجی مدل UKMOپیشبینی فقط برای دما و بارش می باشد، استفاده از پارامترهای دیگر در مدل رگرسیونی ایجاد خطا نموده و استفاده از پارامترهای بارش و دما به عنوان متغیرهای مستقل نیز با توجه به وسیع بودن حوضه از همبستگی پایینی برخوردار بود که در این حالت استفاده از مدل کارایی چندانی نداشت.
در نهایت با تلاش فراوان و استفاده از روشهای آماری، مدل رگرسیونی چند متغیرهای ارائه شد که در آن از تراز آب به عنوان متغیر وابسته و از لگاریتم دما، بارش، و همچنین تراز آب ماه قبل به عنوان متغیر مستقل استفاده شد، که این مدل واریانس سطح آب دریا را با همبستگی بالای 95 درصد توجیه مینمود که جنبه نوآوری این پژوهش با توجه به مدل ارائه شده و استفاده از خروجی مدل UKMO چه در داخل و چه در خارج از کشور توجیه میشود.
کلیه ی محاسبات آماری در این تحقیق با نرم افزارهای SPSS و EXCEL صورت گرفته است.
-3 نتایج و بحث
مطالعات نشان داد که در طول 48 سال دوره مورد مطالعه، تراز آب خزر به ترتیب برای مدت 35 سال بالاتر و 13 سال پایینتر از حد میانگین بوده است. - نمودار - 1 در طول دوره مورد مطالعه بالاترین و پایین ترین ارتفاع سطح آب به ترتیب برابر -26/06 و -28/46 مربوط به سالهای 1995 و 1977 بوده اند. همانطور که در نمودار - 1 - نشان داده شده است، روند تغییرات در فاصله زمانی 1977 تا 1995 پیوسته مثبت و در فاصله زمانی 1951 تا 1977، صرفنظر از نوسانات جزیی ارتفاع در سال های 1959 و 1966 و 1970، روند کاهندهای داشته است.
در مقابل، از اواخر دهه 70 تا اواسط دهه 90 سطح آب دریای خزر متناوبا روند افزایشی داشته است. و بعد از آن تا سال 1998 روند کاهندهای بر سطح آب این دریا حاکم بوده است. اطلاعات موجود در مرکز تحقیقات دریای خزر، حاکی از آن است که روند کاهشی سطح آب تا سال 2003 ادامه داشته و از 2003 تا 2007 در حال افزایش است.
