بخشی از مقاله
چکیده
تعیین میزان آسیب پذیری اقلیم منطقه در مقیاس ناحیه ای و حوضه یکی از موضوعات مورد توجه دانشمندان و پژوهشگران در سالهای اخیر بوده است. وقایع حدی نظیر بارشهای سنگین به دلیل وسعت تاثیری که بر منابع طبیعی ، اقتصادی و جوامع انسانی می گذارند از اهمیت به سزایی برخوردار بوده و ضرورت مطالعه آنها به خصوص در ارتباط با تغییر اقلیم بر کسی پوشیده نیست. در این مقاله به منظور تعیین سهم اثرات تغییر اقلیم بر بارشهای حدی محدوده جنوب غرب ایران در دوره آماری گذشته از رویکرد آشکارسازی و نسبتدهی تغییر اقلیم به روش انگشتنگاشت بهینه استفاده گردید و الگوریتم ریاضی حداقل مربعات معمولی - OLS - برای مقایسه تغییرات مشاهده شده در شاخص های حداکثر بارش روزانه - RX1D - و حداکثر مجموع بارش پنج روزه - RX5D - با شبیه سازی های مدل NorESM1-1 تحت اثرات واداشتهای ترکیبی - ALL - و جداگانه - ANT - فعالیتهای انسانی و طبیعی و اثرات گازهای گلخانه ای - GHG - به کار گرفته شد.
قبل از انجام انگشت نگاری ،مراحل پیش پردازش شامل محاسبه میانگین محدوده جغرافیایی منطقه جنوب غرب ایران با استفاده از کلیه داده ها شامل داده های ایستگاهی و شبکه ای افرودیته - APHRODITE - به عنوان داده های مشاهداتی و همچنین شبیه سازی های مدل طی دوره 1951-2005 و محاسبه شاخص احتمالاتی - PI - و میانگین پنج ساله سری های زمانی مورد توجه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که هر دو شاخص بارش حدی مورد مطالعه در دوره آماری تغییر روند معنا دار افزایشی داشته اند و این تغییرات قابل انتساب به واداشت ترکیبی فعالیتهای طبیعی و انسانی - - ALL ، واداشت جداگانه فعالیتهای انسانی - ANT - و اثرات گازهای گلخانه ای - GHG - می باشد اما انگشت نگاری واداشت جداگانه فعالیتهای طبیعی بر روی تغییرات مشاهده قابل نسبت دهی تشخیص داده نشد.
علاوه بر نتایج فوق محدوده سهم واداشتهای تغییر اقلیم بر بارش های حدی تعیین گردید . بر این اساس بارشهای حدی در مقیاس منطقه مورد مطالعه از محل مقادیر میانه سری های زمانی ، تحت تاثیر واداشت فعالیتهای انسانی بوده اند و محدوده اثرات گازهای گلخانه ای از مقادیر حدی تر شروع می گردد. نتایج تحقیق حاضر با الگوی جهانی افزایش بارشهای حدی در اثر افزایش رطوبت اتمسفر ناشی از گرمایش جهانی سازگار است.
کلمات کلیدی: آشکارسازی، نسبتدهی، انگشتنگاری بهینه، بارشهای حدی، افرودیته
مقدمه
در مبحث تغییر اقلیم بارشهای حدی از اهمیت بسزایی برخوردار هستند زیرا این فرینها با افزایش دمای تروپوسفر و برآیند اثرات مختلف آب و هوایی در قالب خطرات بارشهای سیلآسای ناشی از آنها، ارتباط تنگاتنگی دارند - موندال و همکاران6، . - 2015 تاثیر گرمایش جهانی کره زمین بر بارشهای حدی را می توان با توجه به رابطه کلازیوس- کلاپیرون و شواهدفیزیکی مرتبط با آن توجیه نمود - آلن و اینگرام1، . - 2002 زیرا با توجه به اینکه در لایه تروپوسفر پایینی رطوبت نسبی ثابت می ماند، ظرفیت رطوبتی حدود 6 الی 7 درصد به ازای هر یک درجه سلسیوس افزایش افزایش مییابد - ویلت و همکاران2، . - 2007
البته مناطق خشکتر که این مقادیر کاهش مییابد از این قاعده مستثنی است - اوگرام و مولر3، . - 2010 مادامی که دمای کره زمین افزایش مییابد، عواملی مانند تغییرات در رواناب قارهای، بخار آب تروپوسفری، الگوهای چرخشی بزرگمقیاس، توازن توده های یخ، تبخیر و تبخیر تعرق میتوانند روی تغییرات بارشهای حدی اثرگذار باشند - هانتینگتون4، . - 2006 با توجه به مطالعات صورت گرفته بارشهای حدی در مقیاس جهانی دچار تغییرات معنیداری شدهاند - وِسترا و همکاران5، 2013 و فیشر و ناتی6، . - 2014 این مطالعات هماهنگی افزایش دما را با بارشهای حدی تأیید میکنند، هرچند این مطالعات در تعریف فرینها7، روش های تحلیل و پایگاههای دادهای متفاوت هستند ولی به رغم مطالعات مذکور، به نظر میرسد که حساسیت بارشهای حدی در مقیاسهای کوچکتر دمایی و فضایی نسبت به افزایش دما یکسان نباشند - واسکو و شَرما8، . - 2014
زیرا تصور میشود که فرآیندهای مختلف دینامیکی و ترمودینامیکی از روابط بین دادههای بارش و دمای اتمسفر متأثر است - وِسترا و همکاران، . - 2013 اخیراً تحقیقات گستردهای روی آشکارسازی تغییرات روند متغیرهای هیدروکلیماتولوژی و نسبتدهی تغییرات در متغیرهای اقلیمی ناشی از فعالیتهای بشری در نقاط مختلف کره زمین نیز صورت گرفته است، با این حال مطالعات محدودی در این زمینه در مقیاس منطقهای وجود دارد . بر اساس تعریف هیئت بین الدول تغییر اقلیم9 ، آشکارسازی به فرآیندی گفته میشود که بدون آوردن دلیل برای تغییرات، تغییرات اقلیم یا سامانه متأثر از تغییر اقلیم را به وسیله برخی از شاخصهای آماری نشان میدهد، در حالیکه نسبتدهی فرآیندی است که سهم و میزان تأثیر واداشتهای مختلف در میزان تغییرات اقلیمی تعیین شده را مورد ارزیابی قرار می دهد.
از اینرو فرآیند نسبتدهی فرآیند پیچیدهتری نسبت آشکارسازی میباشد که دلیل آن ترکیب تحلیلهای آماری مختلف همراه با درک فیزیکی میباشد - هگرل و زویرز10، . - 2011آشکارسازی و نسبتدهی به روش انگشتنگاری که از مدلهای تجربی تنظیم شده استفاده میکند یک روش رسمی به منظور درک رابطه بین گرمایش جهانی متأثر از فعالیتهای انسانی و متغیرهای مشاهداتی از جمله بارشهای حدی ارائه میدهد - هگرل11، - 1996 و درحال حاضر رایجترین روش جهت آشکارسازی و نسبتدهی میباشد - ریبس12، . - 2013 دلیل این نامگذاری آن است که ضرایبی تحت عنوان ضرایب مقیاسساز - Scaling factor - برای هر واداشت محاسبه میشود که همانند اثر انگشت ، میزان دخالت آن واداشت خاص در تغییرات صورت گرفته را نشان می دهد - سعدی، . - 1395
مطالعاتی از این دست در زمینه علوم اقلیمی حاصل تلاشهایی است که برای تحلیلهای نسبتدهی فقط به تغییرات میانگین دما محدود نمیشوند، بلکه به منظور برقراری حضور منسجم سیگنالهای ناشی از اثرات انسانی ،جوانب مختلف در سامانههای هیدروکلیماتولوژی را بررسی میکنند - هگرل، . - 2006 به طور مثال پولسون و همکاران - 2013 - 13، در مطالعهای در مقیاس عرضهای جغرافیایی، از روش انگشتنگاشت برای بارشهای فصلی استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند که بخشی از تغییرات به اثرات انسانی مربوط بوده است. تحلیل آشکارسازی و نسبتدهی روی بارشهای حدی برای اثبات وجود اثرات انسانی نه تنها برای استنباط و آشنایی باطبیعت تاریخی تغییرات مشاهداتی لازم است، بلکه به منظور تهیه و تحلیل چشماندازهای آینده چنین تغییراتی ضروری است.
به طور مثال، اگر اثرات تغییر اقلیم منسوب به بشر به عنوان عامل تغییر در الگوهای بارش اثبات نشود، چشمانداز الگوهای بارشی آینده نیازی به لحاظ کردن اثرات معنیدار فاکتورهای انسانی روی سیستم اقلیمی ندارد - موندال و مجمعدار، . - 2015 مطالعات بر اساس آشکارسازی و نسبتدهی روی فرینها از مباحث جدیدی هستند که از تکنیکهای مرتبط با آنها روی شاخصهای فرینهای سالانه - مانند مجموع حداکثر بارش یک روزه - RX1D - و پنج روزه - - - RX5D استفاده میشود. در مطالعه ای که توسط ماین و همکاران - 2011 - بر روی بارشهای حدی صورت گرفت ، سیگنالهای شبیهسازی مدلهای تغییر اقلیم ناشی از اثرات انسانی ،روی مشاهدات تقویت شده حداکثر بارش روزانه سالانه - RX1D - و پنجروزه - RX5D - محدوده خشکیهای نیمکره شمالی - در مقیاس نیمهجهانی - بررسی گردید.
امّا در مقیاس منطقهای، ممکن است این سیگنالها سختتر آشکارسازی شوند چون نسبت سیگنال به نویزشان کاهش مییابد - کارولی و وو1، 2005 و استات. - 2010 2 به علاوه فرینها با توجه به تعریفشان نادر هستند و تحلیل بارشهای حدی در مقیاس منطقه ای و حوضه ای با توجه به داشتن نوسانات شدید دمایی و بارشی چالشی اساسی است.از مطالعات صورت گرفته در زمینه آشکارسازی و نسبتدهی در مقیاس حوضهای میتوان به مطالعات موندال و مجمعدار3 - 2015 - ، اشاره نمود . در مطالعه آنها آشکارسازی و نسبتدهی بارشهای حدی - RX1D - و - RX5D - ، به روش انگشتنگاشت بهینه روی کشور هند مورد بررسی قرار گرفت.
در این مطالعه که از شاخص استاندارد بارش - SPI - استفاده شد روش انگشتنگاشت به منظور ارزیابی همبستگی الگوها در تحلیلهای آشکارسازی و نسبتدهی اثرات ناشی از فعالیتهای انسانی به کار گرفته شد.نتایج این مطالعه نشان داد که علیرغم به کار بردن روشهای مذکور به منظور مقیاسدهی و فرآیندهای فیزیکی ناسازگار بین مشاهدات و فرینهای شبیهسازیشده، به طور کلی انگشتنگاری ها پر از نویز بوده و عدم قطعیت بالایی داشتند و تغییرات نسبتدهی شده در مقیاس منطقهای به اثرات انسانی - ANT - در تغییر اقلیم بسیار دشوار است و برای بارشهای حدی - RX1D - در سطح اطمینان %95، هیچ گونه سیگنالی آشکارسازی نشد، در حالیکه برای - RX5D - فقط سیگنال انسانی - ANT - آشکارسازی شد. ظهرابی و همکاران - 2016 - با استفاده از توزیع نرمال دومتغیره ، نوسانات درونی اقلیمی حوضه کارون را به روش آماری آشکارسازی و نسبتدهی نمودند.
به این ترتیب که آمار بلندمدت 1000 ساله دما و بارش حاصل از اجراهای کنترلی برای محدوده مطالعاتی استخراج کردند و به منظور آشکارسازی تغییر اقلیم در دورههای گذشته و نسبتدهی آنها به گازهای گلخانهای، مقدار آنومالی سالانه دما و بارش ایستگاههای مختلف مشاهداتی را با محدوده نوسانات درونی منطقه مورد مقایسه قرار دادند. نتایج حاکی از وجود روند افزایش دما و کاهش بارندگی بود و دما تحت تأثیر تغییر اقلیم قرار گرفته بود. به طوری که در کل حوضه کارون اواخر سالهای 1971-2009 خارج از محدوده نوسانات درونی اقلیم قرار گرفت. در مطالعه یاد شده هر چند محدوده نوسانات درونی تعیین گردید اما نسبت دهی به واداشت های خارجی نظیر گازهای گلخانه ای و فعالیت های بشری صورت نگرفت.
این نوع از نسبت دهی همانگونه که پیشتر اشاره گردید توسط روش انگشت نگاری قابل بررسی می باشد و اولین بار در ایران توسط سعدی و همکاران - 1395 - برای انگشت نگاری واداشتهای خارجی بر روی بارشهای حدی در مقیاس حوضه ای مورد استفاده قرار گرفت. آنها برای تامین داده های مشاهداتی از داده های شبکه ای افرودیته در مقیاس 0/25 درجه استفاده نمودند و میانگین منطقه را با درون یابی به روش نزدیکترین همسایگی محاسبه و برای انگشت نگاری به کار بردند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که تغییرات روند بارشهای حدی در جنوب غرب ایران در ارتباط با واداشتهای فعالیتهای بشری و گازهای گلخانه ای قابل نسبت دهی بوده و واداشت اثرات طبیعی قابلیت انتساب به تغییرات مشاهداتی را نداشتند.علی رغم چالشهای موجود در آشکارسازی و نسبت دهی در مقیاسهای کوچک و منطقه ای ، در گزارش پنجم ارزیابی هیات بین الدول تغییر اقلیم - AR5 - ، رویکرد حرکت به سمت انجام مطالعات در مقیاسهای کوچکتر توصیه و ترغیب شده و فصل
