بخشی از مقاله
خلاصه
تغییر اقلیم باعث ایجاد تغییر در شرایط جوی در یک مکان یا شرایط خاص میشود و روی عوامل محیطی متعددی اثر میگذارد یعنی علاوه بر تأثیر مستقیم بر عوامل اقلیمی به صورت غیر مستقیم نیز بر روی عوامل اجتماعی، اقتصادی، کشاورزی و ... تأثیر گذار میباشد . تغییر اقلیم با بر هم خوردن تعادل سیستم اقلیمی ناشی از افزایش گازهای گلخانهای بر اهمیت بررسی اثر تغییر اقلیم بر روی پارامترهای هیدرولوژیکی همچون تبخیر و تعرق میافزاید. به دلیل اهمیت تبخیر و تعرق در مدیریت منابع آب و برنامهریزی کشاورزی، تحقیق حاضر با هدف بررسی اثر تغییر اقلیم بر این فرآیند در ایستگاه سینوپتیک همدان در طی دوره پایه - 1970-1999 - و دورههای آتی - 2011-2100 - تحت تأثیر سناریوهای گزارش CMIP5 در مقیاس سالیانه پرداخته شده است.
به منظور برآورد تبخیر و تعرق اقلیم آینده از مدل عمومی جو - GCM - CanESM2 تحت سناریوهای RcP2,6، RcP4,5 و RcP8,5 استفاده گردید. برای ریز مقیاسنمایی دادههای مدل CanESM2 مدل آماری SDSM به کار برده شد. که نتایج نشان دهنده این بود، میانگین تبخیر و تعرق گیاه مرجع تحت سناریوهای RcP2,6، RcP4,5 و RcP8,5 در دورههای مختلف آینده نسبت به دوره پایه افزایش مییابد. و از نتایج این مطالعه میتوان در مدیریت منابع آب، برنامهریزیهای تخصیص آب در بخش کشاورزی و شرب و مطالعات مربوط به بیلان آب در شرایط ایستگاه همدان استفاده نمود.
مقدمه
مدیریت صحیح منابع آبی امری ضروری و نیازمند برنامهریزی است. لذا، از آنجا که تبخیر و تعرق بعد از بارش اصلی-ترین جزء چرخه آبشناسی به حساب میآید، نیاز آبی گیاهان بر اساس آن مشخص میگردد. در این راستا، مهمترین فاکتورهای تأثیرگذار بر روند تبخیر و تعرق در قالب چندین متغیر اقلیمی نظیر رطوبت نسبی، بارش، سرعت باد، دما و... قابل تفکیک و طبقهبندی میباشد .[1] تبخیر و تعرق اصطلاحی است که از آن برای مقدار آب انتقال یافته از سطح زمین به اتمسفر در اثر تبخیر از سطح آبهای آزاد، سطح خاک، سطح گیاه و به طور کلی هر سطح دارای رطویت استفاده می-شود.
[2] بر این اساس، تبخیر و تعرق نقش قابل ملاحظهای در اقلیمهای جهانی از طریق چرخه هیدرولوژی ایفا کرده و تخمین آن کاربردهای مهمی در برآورد رواناب آب، طراحی کانالهای آبیاری و ابنیه تقسیم آب، پیشبینی عملکرد محصول، طراحی کاربری اراضی و خشکسالی را در بر میگیرد. در سالهای اخیر تغییر اقلیم در سه محور، بررسی رخدادهای تغییر اقلیم، پیامدهای تغیر اقلیم و بررسی راههای سازگاری و واکنش در مقابل تغییر اقلیم به عنوان موضوعاتی مهم مورد توجه مجامع علمی جهان قرار گرفته است. به طور کلی پژوهشهای مختلف انجام شده در رابطه با اثر تغییر اقلیم در بخش کشاورزی و منابع آب را باتوجه به اهداف آنها میتوان به سه گروه کلی تقسیمبندی کرد.
اولین دسته پژوهشهایی هستند که مقدار تأثیرپذیری سیستمها و ساختارهای مدیریت آب و کشاورزی را از تغییرات اقلیمی مورد بررسی قرار دادهاند. در برخی از این پژوهشها راهبردهای تطبیقی بالقوه برای مقابله با این پدیده نیز پیشنهاد شده است. دومین دسته از این پژوهشها به بررسی روشهای وارد کردن تغییر اقلیم در فرایند مدیریت منابع آب در هر دو زمینه تکنیکهای ارزیابی و روشهای مدیریتی پرداختهاند [3] و .[4] دسته سوم نیز شامل پژوهشهایی هستند که به بررسی این موضوع پرداختهاند که مدیران چگونه راهبردهای تطبیقی به طور واقعی توسعه داده را بهکار میگیرند که عمده پژوهشهای انجام شده در رابطه با تغییر اقلیم بر منابع آب و بخش کشاورزی در گروه اول این پژوهشها قرار دارند.
مطالعات زیادی در زمینه اثرات تغییر اقلیم بر تبخیر و تعرق در داخل و خارج از کشور انجام شده است که در زیر به ذکر چند نمونه از آنها بسنده میشود. رودریگز و همکاران با بررسی اثرات تغییر اقلیم بر نیاز آبی گیاهان در حوضه رودخانه جودالکویر در اسپانیا نتیجه گرفتند که نیاز آبی گیاهان در یک فصل زراعی در دهه 2050 بین 15 تا 20 درصد افزایش خواهد داشت.[5] چو و همکاران تغییرات فصلی و سالیانه تبخیر از تشتک تبخیر در حوضه آبخیز هایله - شمال شرقی چین - طی سالهای 2040-2011 را مورد بررسی قرار دادند. نتایج آنها نشان داد که تحت سناریو انتشار A2 مقدار تبخیر بهاری، تابستانی و پاییزی افزایش و تبخیر زمستانی کاهش خواهد یافت.
در مقابل، تغییر چشمگیری در تبخیر تحت سناریوی B2 پیشبینی نشد. مقدار متوسط افزایش تبخیر سالیانه در آینده در منطقه هایله چین حدود 8 میلیمتر پیش-بینی شد.[6]صلواتی و همکاران روند کاهشی را در سری زمانی AI طی سالهای 1951-2010 در کشور ایتالیا گزارش کردند که نشانگر خشکتر شدن منطقه مورد مطالعه آنها بوده است. آنها همچنین نتیجه گرفتند که در اثر کاهش بارش و افزایش تبخیر و تعرق منطقه، تأمین آب مورد نیاز کشاورزی در ایتالیا با دشواریهای زیادی روبرو شده است.
[7] وانگ و همکاران روند صعودی تبخیر و تعرق مرجع را بر مبنای ریزمقیاسسازی آماری در فلات تبت چین طی قرن 21 پیشبینی کردند.[8] درینگ و همکاران به دنبال توسعه سناریوهای RCP، با استفاده از پیشبینی روند دما در سناریوهای مختلف، اثرات آنها را بر اثرات آنها را بر موضوعات مختلف از قبیل منابع آب و کشاورزی بررسی نمودند.[9] کوتسوکی و همکاران برای پیشبینی تغییرات هیدرولوژیک و ارزیابی سازگاری آنها در حوضه رودخانه چائو فرایا در تایلند، شبیهسازی هیدرولوژیکی را با استفاده از خروجی شش مدل GCM تحت دو سناریوی RCP4,5 و RCP8,5 برای دو بازه زمانی آینده نزدیک و دور انجام دادند. نتایج آنها نشان میدهد که رواناب در هر دو سناریو به مقدار 20 درصد افزایش می-یابد.
[10] کیم و همکاران در پژوهشی میزان مرگ و میر ناشی از موج گرمایی در کشور کره جنوبی را پیشبینی کردند. در این مطالعه برای استخراج میزان مرگ و میر در اثر امواج گرمایی با استفاده از دادههای مشاهدهای از سال 1994 تا سال 2012 از روش تجزیه و تحلیل رگرسیونی بر روی دادههای سری زمانی از RCP4,5 و RCP8,5 تا سال 2060 استفاده شده است. نتایج آنها نشان میدهد که میزان مرگ و میر در RCP4,5 حدود 5 برابر بیشتر و با RCP8,5 میزان 7/2 برابر بیشتر از دوره پایه خواهد شد.[11] پریدا و همکاران از نتایج ریزمقیاسشده مدلهای اقلیمی CMIP5، به منظور پیشبینی وضعیت جریان در چند رودخانه فصلی مدیترانهای استفاده کردند.
نتایج حاصل از پیشبینی میزان دبی این رودخانهها تحت سناریوهای RCP4,5 و RCP8,5 ، روند کاهشی را نشان میدهد که این میزان کاهش تحت سناریو RCP8,5 بیشتر است.[12] علیزاده و همکاران شاخصهای حدی دمای استان خوزستان بر اساس سناریوهایRCP را شبیهسازی کردند. نتایج به دست آمده از تحقیقات ایشان نشان میدهد در وضعیت موجود - 1982-2012 - کمینههای دما +2/72 - در سناریوی وضعیت موجود - نسبت به بیشینههای آن +1/2 - در سناریوی وضعیت موجود - با سرعت تقراًیب بیشتری در حال افزایش هستند؛ بهطوریکه این مسئله منجر به روند کاهشی شاخص DTR شده است و شبیهسازی روند تغییرات دما بر اساس سناریوهای RCP حاکی از آن است که در آینده - 2013- 2050 - روند افزایش دما همچنان ادامه خواهد داشت.
به-طورکلی در این پژوهش روند شاخصهای شبهای سرد و گرم با روند شاخص دمای مینیمم و شاخصهای روزهای سرد و گرم با شاخص دمای ماکزیمم در مناطق مختلف استان هماهنگی نشان میدهد؛ بهطوری که بر اساس آنها تا سال 2050 شاخصهای دوره سرد روند کاهشی - روزها و شبهای سرد - و شاخصهای دوره گرم سال - روزها و شبهای گرم - روند افزایشی خواهند داشت.[13] عزیزآبادی و همکاران تأثیر تغییر اقلیم بر منحنیهای سختی- مدت- فراوانی خشکسالی حوزه آبریز قرهسو با استفاده از توابع مفصل را بررسی کردند. نتایج نشان داد که متغیرهای بارش و دمای ماهانه در حوزه، عموماً در دوره آینده تحت سناریوهای مختلف به ترتیب کاهش و افزایش مییابد و در دوره پایه، دوره بازگشت یک رویداد خشکسالی با میزان سختی 10 و مدت برابر یا کمتر از 6 ماه، 5 سال میباشد.
دوره بازگشت همین رویداد خشکسالی تحت سناریوهای RCP2,6 ، RCP4,5 وRCP8,5 به ترتیب برابر 21، 17 و 4 سال میباشد.[14] دشتبزرگی و همکاران مؤلفههای اقلیمی حوزه آبخیز کشفرود در دورههای آتی با استفاده از گزارش پنجم هیأت بینالدول تغییر اقلیم را به صورت سالیانه ارزیابی کردند. نتایج نشان داد چهار مدل اقلیمی به نامهای GFDL-ESM2G ،IPSL-CM 5A-MR ، MIROC-ES و NorESM1-M که بر اساس معیارهای ارزیابی انطباق بیشتری با دادههای مشاهداتی از خود نشان دادند، انتخاب گردید. علاوه بر این، تغییرات اقلیم آینده توسط چهار سناریوی جدید انتشار - RCPs - به نامهای RCP2,6، RCP4,5، RCP6,0 وRCP8,5 و تحت سه بازه زمانی آینده نزدیک - 2006-2037 - ، آینده میانی - 2037-2070 - و آینده دور - 2070-2100 - در این چهار مدل مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند.[15]
مواد و روشها
برای انجام این تحقیق ایستگاه سینوپتیک همدان به طول جغرافیایی 48 43' شرقی و عرض جغرافیایی 35 12' شمالی و ارتفاع 1679 از سطح دریا واقع در غرب ایران انتخاب شد. دادههای مربوط به متغیرهای هواشناسی شامل دمای حداکثر، دمای حداقل، رطوبت نسبی، سرعت باد، طول ساعات آفتابی و ابرناکی در مقیاس روزانه در طی دوره آماری 1970-2005 از سازمان هواشناسی کشور اخذ شدند و از این دادهها برای محاسبه تبخیر و تعرق مرجع روزانه به روش فائو- پنمن- مونتیث استفاده شد . و بر این اساس مقادیر سالانه تبخیر و تعرق مرجع برای این ایستگاه در طی بازه مذکور استخراج شد.
در ادامه با استفاده از مدلهای گردش عمومی جو سری CMIP51 تحت عنوان مدل CanESM22 و با بکارگیری تکنیک ریزمقیاسنمایی SDSM، که مبتنی بر ساخت یک مدل رگرسیونی چندگانه خطی بین متغییرهای پیشبینیشونده و پیشبینیکننده است، اثر تغییر اقلیم بر تبخیر و تعرق مرجع تحت سناریوهای انتشار جدید شامل سناریوی RCP2,6، RCP4,5 و RCP8,5 برای دورههای 2011-2040، 2041-2070 و 2071-2100 مورد ارزیابی قرار گرفت. مراحل انجام این تحقیق به شرح زیر قابل جمعبندی است:
-1 اعتبارسنجی دادههای مفقود شده برای کنترل دادههای اقلیم حاضر
- 2 پیکربندی مدل با استفاده از متغیرهای پیشبینی کننده از مدلهای GCM و دادههای NCEP که دوباره مورد تحلیل قرار گرفتهاند.
-3 انتخاب متغیرهای پیشبینی کننده با استفاده از رگرسیون چندگانه در مقابل متغیرهای محلی - متغیرهای پیش-بینی کننده که بهترین همبستگی جزئی را داشته و در مدل مورد استفاده قرار گرفته است - .
