بخشی از مقاله
چکیده
براساس گزارشهای IPCC و تحقیقات انجام گرفته افزایش انتشار گازهای گلخانه ای، در اکثر مناطق جهان پارامترهای هواشناسی از جمله دما و بارش را تحت تاثیر قرار داده است.کشور ایران و منطقه غرب نیز از این قاعده مستثنی نیستند. در مطالعه حاضر به بررسی تاثیر پدیده تغییراقلیم بر پارامترهای بارش و دما در بالادست سد جامیشان در استان کرمانشاه با استفاده از خروجی های هفت مدل AOGCM تحت سه سناریو A1B و A2 و B1 در دوره -2020 2049 پرداخته شده است
دقت مدلها برای شبیه سازی پارامترهای مشاهداتی توسط معیارهای R و RMSE و MAE مورد سنجش قرار گرفته و نشان داده شد که هرچند دقت مدلهای مختلف تحت هرسناریو باهم متفاوت است اما همه مدلها از دقت قابل قبولی برخوردارهستند.نتایج پیش بینی مدلها نیز تحت هرسناریو با هم متفاوت بود اما وجه مشترک همه مدلها تحت هرسناریو کاهش بارندگی و افزایش دما میباشد که شدت این کاهش و افزایش در هر مدل و سناریو باهم متفاوت میباشد.
بیشترین افزایش دما مربوط به مدل HadCM3 تحت سناریو A1B در ماه ژوئیه و به میزان 3/1 درجه سانتیگراد و بیشترین کاهش بارندگی مربوط به مدلهای ECHO-G و HadCM3 تحت سناریو A2 در ماه ژانویه به میزان 9,1 میلیمتر است.
به طور کلی سناریو 7/4 A1B درصد کاهش میانگین بارش سالانه و %9/5 افزایش میانگین سالانه دما، سناریو %5/2 A2 کاهش میانگین بارش سالانه و %8/4 افزایش میانگین سالانه دما و سناریو %7/3 B1 افزایش میانگین بارش سالانه و %6/3 افزایش میانگین سالانه دما را پیش بینی میکنند.
مقدمه
گزارشهای IPCC حاکی از آن است که به دلیل افزایش انتشار گازهای گلخانهای در دهه های گذشته در جو زمین،خروج امواج حرارتی از زمین با موانع بیشتری روبهرو شده که افزایش دمای هوا را درپی داشته است. این افزایش به میزان 0/3 تا 0/6 درجه سانتیگراد در طول قرن گذشته بوده است که در دهههای اخیر شتلب بیشتری یافته است.[10] افزایش دمای سطح زمین و تغییرات در الگوهای بارندگی پدیدههای قالب در تغییر اقلیم می باشد که این دو تقریبا تمام بخشهای دیگر چرخه آب را تحت تاثیر قرار می دهد. تمام مدلهای AOGCM1 افزایش دما در سطح زمین و افزایش شدت بارش و مقدار آن بر اثر افزایش غلظت گازهای گلخانهای را در قرن حاضر پیشبینی میکنند.
بررسی متغیرهای اقلیمی حاصل از مد لهای AOGCM در سطوح منطقه ای نشان می دهد که این مدل ها به دلیل استفاده از روش های متفاوت در پارامتر کردن - parameterization - فرایندهای کوچک مقیاس - بارندگی و مانند آن - ، نتایج یکسانی را از شبیه سازی متغیرهای اقلیمی مشابه در منطقهموردِنظر به دست نمی دهند.[11] لذا به منظور درنظر گرفتن تاثیر خروجی مدلهای گوناگون AOGCM در تحقیقات تغییراقلیم لازم است تا از خروجی تعداد زیادتری از این مدلها استفاده شود.
نتایج مطالعات گوناگون نشان داده است که میزان گازهای گلخانهای در دوره آینده حتی با درنظر گرفتن مطلوب ترین سناریو اجتماعی-اقتصادی و زیست محیطی برای کره زمین - سناریو - B2، افزایش خواهد یافت و این امر باعث افزایش دملی کره رمین در آینده خواهد شد. از سوی دیگر شبیهسازی های انجام شده توسط مدلهای مختلف AOGCM تحت سناریو B2 در مناطق مختلف کره زمین نشان دادهاند سیستم اقلیم کره زمین در این مناطق از حالت تعادل خارج شده و پیامدهای منفی متعددی درپی داشته است. بنابراین میتوان ادعا کرد بیشتر مناطق کره زمین در خوشبینانه ترین وضعیت تحت تاثیر پیامدهای منفی پدیده تغییر اقلیم قرار دارند.
در تحقیقی دما و بارش بدست آمده از 16مدل گردش عمومی جو با دو سناریو A2 و B2 با استفاده از روشهای آماری برای حوضه ریو لامپا در آمریکای مرکزی کوچک مقیاس شد که نتایج حاکی از افزایش دما و کاهش بارندگی حوضه تا پایان قرن حاضر است.
بررسی تاثیرتغییر اقلیم بر هیدرولوژی منابع آب و مواد مغذی حوضه رودخانه دنیش3 افزایش میانگین بارش و دمای سالانه را نشان داد .[6] طی مطالعه ای در حوضه سد گلستان نشان داده شد که مدل اقلیمی CGCM3 تحت دو سناریو A2 و B1 پیش بینی میکند که در دوره آتی 2050-2021 و 2100-2071 میزام بارش در ماههای پاییز و زمستان افزایش و در ماههای بهار و تابستان کاهش خواهد یافت.
در سال 2006 به منظور بررسی تغییرات بارش و دما در قرن 21 در حوضه زاینده رود دادههای خروجی مدل CGCM2 با استفاده از روش آماری کوچک مقیاس گردید .نتایج شبیه سازی بارش در منطقه مورد مطالعه بیانگر افزایش بارش در ماههای دسامبر و ژانویه بود.
در تحقیقی به منظور آزمون و یافتن بهترین مدل گردش عمومی جو جهت انطباق با تغییرات دما و بارش ایران در شرایط افزایش گازهای گلخانهای از بیست مدل GCM و سناریو P50 استفاده شد و نتایج نشان دادند هیچکدام از مدلهای گردش عمومی جو به خوبی نمیتواند شرایط واقعی تغییرات دما و بارش کشور را شبیه سازی کند.
در مطالعه ای با استفاده از مدل HadCM3 تحت سناریو A2 تغییرات پنج پارامترهواشناسی برای سه دوره آینده در زیر حوضه تهران-کرج مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شد که پارامترهای مربوط به دما نسبت به دوره پایه افزایش و پارامتر رطوبت نسبی افزایش خواهد یافت اما بارش تغییرات چشمگیری نخواهد داشت.
در تحقیقی با استفاده از خروجی مدل CGCM1 تحت سناریوهای B1 و A1F1 نشان داده شد که در حوضه آبخیز گرگانرود در شرایط اقلیمی اینده برای دوره زمانی 2099-2070 مقدار بارندگی سالانه، رواناب سطحی و اب خاک کاهش، آبدهی و تبخیر-تعرق حوضه افزایش خواهد یافت.
در مطالعه ای با بکارگیری خروجی مدل HadCM3 تحت سناریو A2 که توسط مدل لارس4 ریزمقیاس شده، برای ایستگاههای استان خراسان رضوی برای دوره 2030-2011 نشان داده شد در همه ایستگاهها افزایش بارش رخ خواهد داد.
در اکثر مطالعات انجام شده بررسی اثرات تغییراقلیم با استفاده از خروجی های یک مدل و سناریو اقلیمی انجام شده و همچنین دقت مدل برای منطقه موردمطالعه درنظر گرفته نشده است. لذا در این مقاله جهت رفع کاستی های فوق از هفت مدل و سه سناریو اقلیمی برای پیش بینی پارامترهای دما و بارش در دوره آتی استفاده شده و قبل از پیش بینی، دقت مدلها در شبیه سازی پارامترها در منطقه مورد مطالعه مورد آزمون قرار گرفته است.
مواد و روش منطقه مورد مطالعه
محدوده سد مخزنی جامیشان از نظر تقسیمات کشوری جزء استان کرمانشاه و از نظر حوضه آبریز بخشی ار سرشاخههای حوضه رودخانه کرخه محسوب میشود. منطقه طرح در دهستان دینور استان کرمانشاه واقع شده که مختصات تقریبی آن 34 و 40 عرض شمالی و 47 و 30 طول شرقی میباشد. منطقه مورد مطالعه از مناطق مستعد استان کرمانشاه قلمداد میود و محصولات کشاورزی این منطقه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. لذا بررسی تغییرات پارامترهای هواشناسی بارش و دما که به طور مستقیم بر میزان ذخیره مخزن سد و آب در دسترس برای کشاورزی منطقه تاثیر دارد امری ضروری به نظر میرسد. موقعیت منطقه در شکل - 1 - اورده شده است.
شکل .1موقعیت منطقه.
سناریوهای اقلیمی و سناریوهای انتشار
مدلهای اقلیمی بحث جدیدی است که بیشتر از 30 سال از عمر آن نمیگذرد .هر مدل اقلیمی تلاش میکند تا فرآیندهایی که روی اقلیم تأثیر می گذارند را شبیهسازی کرده و بر اساس آن اقلیم را برای سالهای آینده پیشبینی کند .چون پیش بینی وضعیت اقلیم آینده تحت تأثیر پدیده تغییر اقلیم به طور قطعی ممکن نمیباشد، راه حل جایگزین مشخص کردن امکانهای رخداد گوناگون برای آن است که سناریوی اقلیمی نامیده می شود.در حال حاضر معتبر ترین ابزار جهت تولید سناریوهای اقلیمی مدلهای سه بعدی گردش عمومی اتمسفر-اقیانوس میباشد. [13] این مدلها برپایه قوانین فیزیکی استوار میباشند و بوسیله روابط ریاضی در یک شبکه سه بعدی در سطح کره زمین حل میشوند
از ورودی های مورد نیاز مدلهای AOGCM مقادیر انتشار گازهای گلخانهای در دورههای آتی میباشد. سناریو انتشار دربرگیرنده اطلاعاتی از وضعیت اجتماعی-اقتصادی و میزان انتشار گازهای گلخانهای در اتمسفر زمین است.از دلایل افزایش غلظت گازهای گلخانهای در جو زمین میتوان به افزایش فعالیتهای اقتصادی جوامع و متعاقب آن رشد صنایع و کارخانهها و تغییرات کاربری اراضی اشاره کرد. IPCC در سال 1996 به منظور بهروزرسانی سناریوهای قبلی، سری جدید سناریوها را با نام SRES را ارائه کرد.شرح این سناریو ها در جدول - - آورده شده است. در این مطالعه سه سناریو A1B و A2 و B1 مورد بررسی قرار گرفته است.
تولید سناریوهای تغییر اقلیم
به منظور حذف اغتشاش در شبیه سازی نوسانات اقلیمی ناشی از بزرگ مقیاس بودن سلولهای محاسباتی مدلهای AOGCM، معمولا بهجای استفاده مستقیم از دادههای مدل در محاسبات تغییراقلیم از میانگین دورهای درازمدت این دادهها استفاده میشود
در رابطه - 1 - سناریو تغییراقلیم مربوط به دما برای متوسط دراز مدت 20 ساله برای هرماه، متوسط دمای 20 ساله شبیهسازی شده توسط هر مدل AOGCM در دوره آتی - 2039-2020 - برای هرماه، متوسط دمای شبیهسازی شده توسط هر مدل AOGCM در دوره مشاهداتی برای هرماه. در رابطه - 2 - ، برای بارندگی نیز موارد فوق یرقرار است.
جدول .1خلاصهای از مشخصات سناریوهای اقلیمی SRES در سال 2100
یکی از مشکلات عمده در استفاده از خروجی مدلهای AOGCM بزرگ مقیاس بودن سلول محاسباتی آن، به لحاظ زمانی و مکانی نسبت به منطقه مورد مطالعه میباشد.روشهای مخلفی جهت تولید سناریوهای اقلیمی منطقهای از سناریوهای اقلیمی مدلهای اقلیمی AOGCM وجود دارد که به روشهای کوچک مقیاس کردن مشهور میباشند. در این تحقیق به منظور کوچک مقیاس کردن داده هابه لحاظ مکانی از روش تناسبی استفاده میشود، در این روش متغییراقلیمی شبیهسازی شده توسط هر مدل AOGCM از اطلاعات مربوط به سلولی استخراج میشود که منطقه مورد مطالعه در آن قرار میگیرد. به منظور کوچک مقیاس کردن زمانی دادهها از روش عامل تغییر استفاده میشود. در این روش برای بدستآوردن سری زمانی سناریویاقلیمی در آینده، سناریوهای تغییراقلیم به مقادیر مشاهداتی اضافه میشوند.
در رابطه - - 3 ، T سری زمانی حاصل از سناریو اقلیمی دما برای دوره آتی، سری زمانی دمای مشاهداتی در دوره پایه -1994 - - 2012، و سناریو تغییر اقلیم کوچک مقیاس شده میباشد. در رابطه - 4 - برای بارندگی نیز موارد ذکرشده برقرار است.
آمار موجود
در این مطالعه برای سد جامیشان آمار ایستگاههای سنقر - دما - و پیرسلمان - بارش - از سازمان هواشناسی استان کرمانشاه اخذ گردیده و نواقص آماری رفع شده و دوره مشترک 1993 تا 2012 به عنوان دوره پایه جهت انجام مطالعه در نظر گرفته شد.
مشخصات ایستگاهها در جدول - 2 - آمده است.
جدول2 .مشخصات ایستگاههای مورد استفاده در بالادست سد جامیشان.
روش انجام کار
در این مطالعه از خروجی 7 مدل AOGCM شامل , CGCM3 CNRMCM 3 , CSIROMK3,5 , ECHOM , ECHO-G ,HadCM3 ,HadGEM استفاده شده است.
