بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مطالعه تحلیل حساسیت تبخیر و تعرق گیاه مرجع ETo، به تغییر در پارامترهای هواشناسی، در دو ایستگاه آبادان و بندرانزلی در دو مقیاس ماهانه و سالانه میباشد . برای این منظور از دادههای ماهانهی پارامترهای هواشناسی در دورهی 1962-2005 استفاده شد و میزان ETo با استفاده از مدل فائو پنمن مانتیث 56 برآورد شد. سپس حساسیت ETo به برخی از پارامترهای هواشناسی شامل میانگین درجه حرارت هوا - Tmean - ، فشار بخار واقعی هوا - ea - ، سرعت باد - WS - و تابش خالص - Rn - در دامنهی 20% میزان نرمال دراز مدت با گامهای 5 درصد، در طول دورهی آماری بررسی شد. نتایج نشان داد که در مقیاس سالانه، 20 درصد افزایش در میانگین درجه حرارت هوای آبادان و بندرانزلی - با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها - به ترتیب موجب افزایش ETo به میزان 16/1 و 11/77 درصد میشود. بیشترین و کمترین میزان حساسیت ETo در مقیاس سالانه در ایستگاه آبادان به ترتیب متعلق به میانگین درجه حرارت هوا و فشار بخار واقعی هوا بود. در صورتی که در ایستگاه بندر انزلی، ETo بیشترین و کمترین حساسیت را به ترتیب به فشار بخار واقعی هوا و سرعت باد نشان داد. در سناریویی دیگر افزایش 20 درصدی درجه حرارت هوا از یک طرف، توام با افزایش 20 درصدی سرعت باد از طرف دیگر - با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها - حداکثر منجر به افزایش 28/78 درصدی - در ماه سپتامبر - و 17/37 درصدی - در ماه اوت - به ترتیب در ETo ایستگاههای آبادان و بندرانزلی گردید.
مقدمه
گرمایش جهانی یکی از مهمترین چالشهای امروزی جوامع بشری است و مطالعهی دقیق روی تغییر اقلیم و اثر آن روی بخشهای سیاسی، اجتماعی و اقتصادی نواحی مختلف جهان، در اولویت کار مطالعات دانشمندان قرار دارد. گرمایش جهانی به علت افزایش غلظت CO و دیگر گازهای حاصل از سوختهای فسیلی، تغییرات زیادی بر روی توزیع زمانی و مکانی بارش در کرهی زمین و دیگر پارامترهای مختلف هواشناسی نظیر درجه حرارت هوا، سمت و سرعت باد، رطوبت نسبی هوا و میزان تابش خورشیدی داشته است. یکی از مهمترین شاخصهای تغییر اقلیم که محققین از آن هم در مقیاس جهانی و هم در مقیاس منطقهای استفاده میکنند، پارامتر میانگین دراز مدت درجه حرارت هوا - Tmean - میباشد. هر تغییر در میزان درجه حرارت هوا باعث ایجاد تغییر در دیگر پارامترهای هواشناسی منطقه و نهایتا تغییر در میزان ETo منطقه میگردد. تبخیر و تعرق، پس از بارش مهمترین پارامتر سیکل هیدرولوژی میباشد. بنابراین، میتوان حساسیت ETo به تغییر یک یا چند پارامتر - به حالت ترکیبی - را در ایستگاههای مختلف هواشناسی بررسی نمود و با توجه به نتایج بدست آمده تصمیمات صحیحی برای مدیریت منابع آب آن منطقه اتخاذ کرد. ETo در واقع مقدار تبخیر و تعرق از گیاه چمن سبز به ارتفاع 8 تا 12 سانتیمتر میباشد که فاقد هر گونه بیماری بوده و در حالت رشد فعال است. مقدار ETo به متغیرهای هواشناسی منطقه بستگی دارد.
تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع اساس محاسبهی تبخیر و تعرق واقعی گیاه - ETc - بوده و با توجه به نوع گیاه و ضریب گیاهی در مراحل مختلف رشد مقدار ETc بدست میآید - شاتلورث، 1993؛ رانا و کاترجی، 2000؛ کایت و دروجرز، . - 2000 تاکنون مدلهای زیادی برای محاسبهی ETo در کتب و مقالات علمی - مانند بلانی کریدل 1950؛ بروتزارت 1982؛ هارگریوز و سامانی 1985؛ شاتلورث 1993؛ فائو پنمن- مانتیث - 1998 ارائه شده است. در بین این مدلها، مدل فائو پنمن مانتیث - - PMF- که هم بیلان انرژی و هم تئوری آئرودینامیکی را در مدل در نظر گرفته به عنوان مناسبترین مدل برای تخمین ETo شناخته شده و توسط سازمان خوار و بار جهانی - FAO - برای محاسبهی ETo در تمام اقلیم مختلف جهان توصیه شده است - آلن و همکاران 1998؛ زو و همکاران . - 2006 برای درک اهمیت نسبی متغیرهای اقلیمی در ETo مدل PMF- لازم است آنالیز حساسیت مدل انجام شود. شاید بتوان ادعا کرد که آنالیز مذکور یکی از ضروریات استفادهی علمی از منابع آب هر منطقه به حساب میآید. تاکنون مطالعات اندکی روی آنالیز حساسیت ETo به متغیرهای هواشناسی انجام شده و اغلب آنها تنها در یک ایستگاه میباشد - ساکستون، 1975؛ رانا و کاترجی، 1998 و 2000؛ گویال، 2004؛ آیرماک و همکاران . - 2006 به عنوان مثال گونگ و همکاران - 2006 - آنالیز حساسیت مدل PMF- را به متغیرهای هواشناسی Tmean - ، سرعت باد - WS - ، رطوبت نسبی - RH - و تابشهای با طول موج کوتاه - در حوضه چانگ چیانگ چین انجام داد. هووارد و لوید - 1979 - حساسیت پارامترهای موثر در مدل تبخیر پنمن را در ناحیه لینکلن شایر چاک بررسی کردند. سینگ و زو - 1997 - حساسیت 20 مدل مختلف تبخیر را به خطای پارامترهای ورودی مدل در ناحیه ایالت واد کشور سوئیس بررسی کردند. آنها نتیجه گرفتند که مقدار تبخیر به گرادیان فشار بخار حساسیت زیادی دارد و برعکس، به درجه حرارت هوا حساسیت زیادی نشان نمیدهد.
گویال - 2004 - حساسیت پارامترهای هواشناسی را روی ETo منطقهی جادپور در ایالت راجستان هند که یک ناحیه خشک و نیمه خشک محسوب میشود، در دورهی آماری - 1960-2002 - بررسی نمود. نامبرده تغییرات چهار پارامتر هواشناسی شامل Tmean، تعداد ساعات آفتابی - n - ، WS و فشار بخار هوا - ea - را در دامنهی 20% تغییر داده و حساسیت ETo را نسبت به تغییرات مذکور بررسی کرد. وی ETo را با روش PMF- محاسبه و تحلیل حساسیت پارامترهای مذکور را در دو مقیاس سالانه و فصلی بررسی نمود. گویال حساسیت ETo به تغییر توام پارامترهای هواشناسی - به صورت ترکیبی - را نیز بررسی نمود. وی نشان داد که Tmean مهمترین پارامتر موثر بر ETo منطقهی مذکور بوده و سرعت باد کمترین حساسیت را در مورد تغییرات ETo منطقهی مذکور دارد. در شرایط اقلیم راجستان معلوم شد که بیشترین افزایش ETo با افزایش دادن سه پارامتر Tmean، n و WS از یک طرف و کاهش دادن ea بدست میآید. به طوری که اگر هر کدام از پارامترهای مذکور به اندازهی 10% در جهت افزایش ETo تغییر کند، مقدار ETo حداکثر به میزان 18/84% افزایش مییابد. ژانگ و همکاران - 2010 - مقادیر ETo را در 32 ایستگاه شمال غرب چین با مدل PMF- محاسبه نموده و حساسیت ETo ماهانه را به متغیرهای هواشناسی در چهار ایستگاه مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. نتایج آنها نشان داد که در مقیاس سالانه درجه حرارت هوا کمترین حساسیت را به ETo منطقه دارد. در ماههای سرد سال - ژانویه، فوریه، نوامبر و دسامبر - مقدار ETo در ایستگاهها کم بوده و تغییرات مکانی آن نیز کم میباشد . در حالیکه در ماههای گرم سال - می، ژوئن، ژوئیه و اوت - علاوه بر زیاد بودن مقدار ETo در ایستگاهها، تغییرات مکانی آن نیز قابل ملاحظه است. همچنین آنها نشان دادند که در ماههای سرد سال و در بخش-های کوهستانی منطقه، حساسترین پارامتر به تغییر ETo ، کمبود فشار بخار اشباع - es - ea - میباشد. در صورتی که در ناحیهی خشک و نیمه خشک در تابستان حساسترین پارامتر به تغییرات ETo، مقدار انرژی قابل دسترس - G - - Rn گزارش شده است. در ایران نیز در زمینهی آنالیز حساسیت تبخیر و تعرق به پارامترهای هواشناسی کم و بیش مطالعاتی انجام شده است. مثلا طالبی و همکاران - 1389 - ، حساسیت معادلهی فائو پنمن- مانتیث را در ایستگاههای کویری شامل یزد، طبس و مروست با مدل کراپ وات بررسی نمودند. سبزیپرور و همکاران - 1387 - با استفاده از آمار 35 سالهی هواشناسی - 1350-1384 - حساسیت نسبی 7 مدل مختلف را نسبت به پارامترهای هواشناسی در ایستگاه همدان بررسی کردند. سهراب و دهقانی سانیج - 1386 - حساسیت معادلات مختلف ارائه شده برای پارامترهای مدل PMF- را در اهواز و تبریز مطالعه کردند. آنها 9 الگوریتم را برای این منظور در نظر گرفتند و نتایج را با معیارهای AMEAN و MAXE ارزیابی کردند. نتایج نشان داد که برخی از معادلات جایگزین برای پارامترهای مدل مذکور، تفاوت معنی داری با معادلات استاندارد نشان میدهد.
با توجه به اطلاعات بدست آمده از بررسی منابع به نظر میرسد هیچگونه مطالعهی جامعی در زمینهی تحلیل حساسیت ETo در دو ایستگاه آبادان و بندرانزلی انجام نشده است. بنابراین، هدف از این مطالعه تجزیه و تحلیل حساسیت مقدار ETo بدست آمده از PMF- نسبت به چهار پارامتر هواشناسی شامل Tmean، ea، WS و Rn - تابش خالص رسیده به سطح زمین - در دو ایستگاه آبادان و بندرانزلی میباشد.
مواد و روشها
در این مطالعه برای تحلیل حساسیت ETo دو ایستگاه آبادان و بندرانزلی در نظر گرفته شدند. مشخصات این دو ایستگاه در جدول 1 درج شده است. از نظر جغرافیایی ایستگاه آبادان در جنوب غربی در نزدیکی خلیج فارس و بندر انزلی در شمال ایران در کنار سواحل دریای خزر قرار دارد. از نظر اقلیمی ایستگاه آبادان دارای آب و هوای گرم و مرطوب و بندرانزلی دارای آب و هوای معتدل و مرطوب میباشد. دادههای هواشناسی - شامل Tmax، Tmin، RH، WSو - n ایستگاههای مورد مطالعه از سایت رسمی سازمان هواشناسی ایران - www.irimet.net - در مقیاس ماهانه بدست آمد. برای بررسی کیفیت دادهها، سری زمانی هر متغیر به صورت نمودار رسم و در صورتی که دادهای بطور قابل ملاحظهای از دادههای مشاهداتی مجاور انحراف نشان میداد، دادهی مذکور حذف و میانگین نظیر همان ماه به جای آن استفاده میشد. برای بررسی همگنی دادهها، روش ران تست نیز روی هر سری از دادهها اعمال گردید. نتایج نشان داد که همهی سریهای مورد مطالعه همگن میباشند. دادههای اندازهگیری شده پس از برخی تبدیلات - مانند تبدیل سرعت باد از ارتفاع 10 متر به ارتفاع 2 متر، تبدیل واحد نات به متر بر ثانیه و تبدیل مجموع ساعات آفتابی ماهانه به روزانه - به عنوان ورودی مدل ETo - که در محیط Matlab نوشته شد - استفاده شد. در این تحقیق از روش PMF- که به عنوان یک روش استاندارد برای محاسبهی ETo شناخته شده است، برای محاسبهی ETo در ایستگاههای مذکور در مقیاس ماهانه استفاده شد. پر کاربردترین مدل PMF- به شرح زیر است - آلن و همکاران، : - 1998
