فهرست مطالب

نشریه پژوهشهای تغییرات آب و هوایی
پیاپی 16 (زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • آمنه میان آبادی*، محمدمهدی باطنی، مرتضی بابایی صفحات 1-20

    منحنی های شدت-مدت-فراوانی (IDF) از جمله ابزارهای مهم در طراحی سازه های آبی و هیدرولیکی هستند. این منحنی ها براساس داده های بارش ایستگاه های باران سنجی تخمین زده می شوند. اما تغییر اقلیم می تواند بر شدت و فراوانی وقوع پدیده های حدی مانند بارش های شدید تاثیرگذار باشد. بنابراین، منحنی های IDF موجود ممکن است برای طراحی سازه ها قابل اعتماد نباشند و باید مجددا بر اساس داده های جدیدتر تخمین زده شوند. بر اساس خروجی مدل های اقلیمی می توان اثر تغییر اقلیم بر منحنی های IDF را بررسی نمود. برای این کار معمولا پس از استخراج منحنی های IDF از هر مدل اقلیمی، منحنی نهایی مورد استفاده بر اساس میانه (median) داده ها استخراج می شود. در این مطالعه، 5 مدل اقلیمی از مدل های اقلیمی آخرین گزارش کمیته بین الدول تغییر اقلیم (CMIP6) انتخاب شده و دقت آنها در تخمین منحنی های شدت-فراوانی بارش 24 ساعته در 12 ایستگاه در ایران ارزیابی شد. همچنین، علاوه بر ارزیابی هر مدل، خروجی ادغام شده (pooled) مدل ها نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج آن با منحنی حاصل از میانه داده ها مقایسه شد. معیارهای خطاسنجی شامل خطای میانگین (ME)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و خطای نسبی (RE) نشان داد که از بین مدل های مورد بررسی، مدل CMCC-CM2-SR5 در اغلب ایستگاه ها بهتر از سایر مدل ها شدت بارش 24 ساعته را تخمین می زند که این مسیله می تواند به دلیل توان تفکیک بهتر این مدل باشد. همچنین ادغام مدل ها و تخمین منحنی IDF با داده های ادغام شده نتایج بهتری از روش میانه و همچنین از اغلب مدل ها به ویژه در دوره های بازگشت طولانی تر به همراه داشت.

    کلیدواژگان: منحنی های IDF، CMIP6، ادغام، میانه
  • محمد منصورمقدم، ایمان روستا* صفحات 21-44

    از پیامدهای دو سویه گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی، تاثیرات آن بر آلودگی آب و هوا است که خود می تواند به اثرگذاری بر معیشت روستایی و یا از بین رفتن مناطق روستایی شود. پژوهش حاضر اثر حضور انسان و وسایل و فعالیت های گرمازای وی در روزهای تعطیل بر دمای سطح زمین (LST) ییلاقات شهرستان تفت استان یزد را بررسی می کند. بدین منظور تصاویر دو دوره مقایسه ای فروردین (10 فروردین با 2 فروردین) و تابستان (جمعه با پنجشنبه و شنبه) سال 1402 ماهواره های لندست 8 و 9 مورد استفاده قرار گرفتند. سپس نقشه دمای سطح زمین و تحلیل هات-اسپات (G-i-star) از منطقه تهیه شده و تغییرات مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد در دوره فروردین، 64% و در دوره تابستان، 1/60% از نقاط روستایی دچار افزایش LST شده بودند. همچنین 1/43% تا 5/43% از سطح روستایی منطقه در فروردین و 2/31% تا 8/31% در تابستان افزایش دما را تجربه کرده بودند. افزایش واریانس دمایی نیز در این مناطق مشاهده شد که افزایش تنوع دمایی در این مناطق را نشان می دهد. تعداد نقاط داغ (Hot Spot) در این مناطق همچنین با 4/111% در فروردین و 48% و 1/21% در تابستان افزایش نشان داد. نتایج همچنین نشان داد 1/65% از پوشش گیاهی روستایی در فروردین و 8/49% در تابستان با افزایش LST روبرو بوده اند که از این بین افزایش 19 درصدی فروردین و 9/49 و 6/8 درصدی تابستان در واریانس دما و 3/118 درصدی فروردین و 5/9 و 2/0 درصدی تابستان در تعداد نقاط داغ سهم مناطق دارای پوشش گیاهی بوده است. بر اساس نتایج همچنین تمامی دهستان ها افزایش LST را تجربه کرده بودند که نوسانات این افزایش در دهستان های دارای پوشش گیاهی کمتر و نیز مساحت کمتر، بیشتر بوده است. پژوهش حاضر می تواند به منزله زنگ خطری برای ایجاد جزایر حرارتی روستایی (همچون شهرها) در روزهای تعطیل با گردشگر فراوان و آسیب های جدی به پوشش گیاهی و اقلیم روستایی تلقی شود.

    کلیدواژگان: دمای سطح زمین، هات اسپات، برنامه ریزی روستایی، گردشگری روستایی، سنجش از دور، یزد
  • زهرا حیدری منفرد، سید حسین میرموسوی*، حسین عساکره، کوهزاد رئیس پور صفحات 45-61

    بررسی تغییرات زمانی و مکانی ذوب برف دارای اهمیت زیادی در زمینه های مختلف از جمله مدیریت منابع آب دارد. لذا پژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرات زمانی و مکانی و نیز خودهمبستگی فضایی میزان ذوب برف شمال غرب ایران برای ماه های فصول سرد انجام شده است. برای این منظور، داده های ذوب برف از مرکز اروپایی پیش بینی میان مدت هوا (ECMWF)، نسخه (ERA5) با قدرت تفکیک مکانی 25/0×25/0 درجه طی دوره آماری 1982 تا 2022 دریافت و سپس به چهار دوره ده ساله تقسیم گردید. جهت تحلیل تغییرات خودهمبستگی فضایی، از شاخص های موران جهانی و تحلیل لکه های داغ (گتیس- آرد جی) در سطح معنی داری 90، 95 و 99 درصد استفاده گردید. هم چنین به منظور تعیین اثر دما بر میزان ذوب برف، روند تغییرات میانگین حداقل دمای ماهانه تعداد 20 ایستگاه سینوپتیک منطقه شمال غرب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که در منطقه مورد مطالعه ذوب برف دارای خودهمبستگی فضایی و الگوی خوشه ای شدید می باشد. طی دهه اول تا پایان دهه چهارم، میزان ذوب برف در ماه های اکتبر، نوامبر و دسامبر بین تقریبا صفر تا 27/5 میلی متر در روز بوده، که در ماه دسامبر همراه با ناهنجاری منفی حداقل دما، از پهنه (تعداد پیکسل) و مقدار ذوب برف شمال غرب کاسته شده است. نتایج حاصل از تحلیل میزان تغییرات ذوب برف در ماه های فصل زمستان نیز نشان داد که در این فصل هم مقدار و هم پهنه ذوب برف در طی دوره مورد مطالعه افزایش پیدا کرده است. بدین صورت که دامنه ی تغییرات آستانه ی ذوب برف در ماه های ژانویه، فوریه و مارس بین 95/0 تا 27/19 میلی متر در روز از دهه اول تا پایان دهه چهارم افزایش پیدا کرده است. در بین ماه های فصل زمستان، ماه فوریه با ناهنجاری شدید مثبت حداقل دما (با روند افزایشی معنی دار حداقل دما) همراه بوده، و بر این اساس به پهنه (تعداد پیکسل) و مقدار ذوب برف شمال غرب افزوده شده است.

    کلیدواژگان: ذوب برف، خودهمبستگی فضایی، شاخص موران، لکه های داغ، شمال غرب
  • محمدسعید نجفی*، حسین دهبان صفحات 63-76

    این مطالعه به بررسی کارایی یک مدل همادی در مقیاس زمانی فصلی برای تولید پیش بینی احتمالاتی با استفاده از مدل WRF جهت پیش بینی بارش در ایران پرداخته شده است. این مدل از اجرای مدل WRF با 4 پیکربندی مختلف و با 16 حالت شرایط اولیه و مرزی مختلف حاصل از پیش بینی های مدل CFSv.2 تشکیل شده است و مجموعا دارای 64 عضو است. صدک های 33 و 66 ام مبنای بارش های زیر نرمال، نرمال و بالای نرمال بوده و دوره تاریخی اجرای مدل سال های 2000 تا 2019 است. دوره عملیاتی جهت بررسی کارایی مدل نیر زمستان سال 2020 می باشد و سنجه های ارزیابی هم دو نمایه ضریب همبستگی و جذر میانگین مجذور خطا است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که پیش بینی بارش در مقیاس فصلی در ایران دارای عدم قطعیت بالایی است و ارایه پیش بینی ها به صورت احتمالاتی هرچند می تواند از کارایی بیشتری نسبت به پیش بینی قطعی برخوردار باشد اما همچنان دارای عدم قطعیت است. توزیع فضایی خطای پیش بینی مدل در دوره تاریخی وابسته به پراکندگی مکانی بارش و فاصله از مبدا زمانی پیش بینی است، به طوری که در پیش دید اول کارایی مدل بهتر از پیش دید دوم و سوم است و از طرف دیگر در شرق و جنوب شرق کشور مدل از عدم قطعیت بالاتری نسبت به نواحی دیگر کشور برخوردار است. پیاده سازی این مدل برای یک دوره عملیاتی نشان داد که هرچند مدل می‎ تواند تغییرات فضایی بارش در کشور را در سه پیش دید مورد بررسی پیش بینی نماید اما پیش بینی احتمالاتی هم نمی تواند به میزان قابل توجهی از عدم قطعیت مدل های عددی در پیش بینی فصلی بارش را کاهش دهد.

    کلیدواژگان: پیش بینی احتمالاتی، مدل همادی، بارش فصلی، سنجه های آماری، ایران
  • خلیل قربانی*، میثم سالاری جزی، لاله رضائی قلعه صفحات 77-94
    تعریف شاخص جامعی که تفسیر کامل تری از خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی داشته باشد ضروری است بر این اساس در پژوهش حاضر شاخص چند متغیره خشکسالی (MSDI) بر مبنای بارش و دبی تعریف شده است تا توانایی آن در تشخیص خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی سنجیده شود. برای این منظور دو شاخص SPI و SSI در دومنطقه گالیکش و ارازکوسه در استان گلستان که از آمار بارش و دبی بلند مدت 50 ساله برخوردار بودند در مقیاس فصلی محاسبه شدند شاخص MSDIبر اساس تعریف توزیع مشترک از متغیرهای دبی و بارش با استفاده از توابع مفصل نیز محاسبه شد. به منظور بررسی تطابق  این شاخص با SPI و SSI، میزان همبستگی و سپس، روند و جهش آنها با استفاده از آزمون های من-کندال و پتیت، بررسی شدند. نتایج نشان داد همبستگی کاملی بین شاخص SPI و SSI وجود ندارد و در فصل های مختلف و ایستگاه های مختلف میزان همبستگی متغیر است ولی شاخص تعریف شده MSDI از همبستگی بالایی با هر دو شاخص SSI و SPI برخوردار بود. و حتی در بدترین حالت که SPI و SSI هیچ همبستگی معنی داری نداشتند این شاخص در بدترین شرایط 62 درصد همبستگی را با  SPIدر گالیکش ایجاد کرد. نتایج روند و جهش از تطابق خوبی در دو ایستگاه برخوردار بودند. در ایستگاه ارازکوسه SPI فاقد روند، SSI فقط در بهار و MSDI در بهار و تابستان دارای روند می باشند. در ایستگاه گالیکشMSDI  در هیچ فصل، SPI در پاییز و SSI در بهار دارای روند می باشند. شاخص MSDI در مواردی که دو شاخص SPI و SSI شرایط خشکی یکسانی را نشان می دادند با آنها مطابقت داشت در غیر اینصورت در بیشتر موارد با شاخصی که شرایط خشک تری را داشت هماهنگ بود. در ضمن این شاخص تمایل زیادی به خشک تر نشان دادن فصل ها داشت بطوری که در برخی از موارد از دو شاخص دیگر شرایط خشک تری را نشان می داد. در نهایت می توان نتیجه گرفت شاخص MSDI می تواند شاخص مناسبی برای تحلیل همزمان خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی در نظر گرفته شود.
    کلیدواژگان: خشکسالی هواشناسی، خشکسالی هیدرولوژیکی، خشکسالی چند متغیره، SSI، MSDI
  • مهدی وزیری، نوذر قهرمان* صفحات 95-111

    تبخیرتعرق به عنوان یکی از مولفه های اصلی چرخه ی آبشناسی، از پدیده تغییر اقلیم اثرات قابل توجهی را می پذیرد. هدف اصلی این پژوهش برآورد میزان تبخیرتعرق پتانسیل در دوره زمانی آینده و مقایسه آن با دوره پایه با استفاده از برونداد مدل های اقلیمی جهت اجرای مدل منابع آب WEAP در ایستگاه های منتخب حوضه کرخه می باشد. دوره های 2019-1999 و 2100-2020 به ترتیب به عنوان دوره پایه و دوره آینده در نظر گرفته شد. برونداد دو مدل اقلیمی منتخب بر اساس توصیه های پیشین بنام های  MPI-ESM1-2-LR وKIOST-ESM  اخذ شده از پایگاه داده های اقلیمیESGF تحت دو سناریوی اقلیمی SSP2-4.5 و SSP5-8.5 و همچنین داده های ایستگاه های همدیدی برای حوضه کرخه در برآورد تبخیرتعرق پتانسیل در دوره های آینده و پایه استفاده شده است. با توجه به خروجی های مدل WEAP میزان تبخیرتعرق پتانسیل تا سال 2100 میلادی روندی افزایشی خواهد داشت، بیشترین میزان افزایش پیش نگری شده درمدل MPI-ESM1-2-LR تحت سناریوی SSP5-8.5 به میزان 89 میلی متر در ماه ژوین و در مدل KIOST-ESM به میزان 73 میلی متر در ماه بدست آمد. کمترین مقادیر به ترتیب برابر 26 و 5/0- میلی متر در ماه های دسامبر و سپتامبر می باشند. متناظرا این مقادیر تحت سناریوی SSP2-4.5 به ترتیب برابر با 4/85، 3/64، 3/23 و 6/4 - در ماه های ژوین، می، دسامبر و سپتامبر نسبت به دوره پایه برآورد شد. همچنین میزان تبخیرتعرق پتانسیل در ایستگاه هایی با اقلیم مدیترانه ای معتدل نسبت به ایستگاه هایی با اقلیم خشک معتدل تغییرات بیشتری را تجربه خواهند کرد.

    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، تبخیرتعرق، حوضه کرخه
|
  • Ameneh Mianabadi *, MohammadMehdi Bateni, Morteza Babaei Pages 1-20

    Intensity-Duration-Frequency (IDF) curves are crucial in the design of water and hydraulic infrastructures. These curves are estimated based on rainfall data collected by rain gauge stations. However, due to global climate change, the intensity and frequency of extreme events can be altered. Hence, the existing IDF curves may not be reliable for the design of infrastructures and should be revised based on more recent data. Climate models can be used to investigate the impact of climate change on IDF curves. Typically, after developing the IDF curves from each climate model, the final curve used is extracted based on the median of the data. This study explores the use of five CMIP6 climate models to estimate the intensity-frequency curves of 24-hour rainfall at 12 stations in Iran. In addition to evaluating each model individually, this study also assesses the combined output of the models and compares its results with the curve obtained from the median of the data. Evaluation metrics such as mean error (ME), root mean square error (RMSE) and relative error (RE) indicated that among the studied models, the CMCC-CM2-SR5 model provides a better estimate of the 24-hour rainfall intensity at most stations, likely due to its finer resolution. Furthermore, pooling the models and estimating the IDF curve with the pooled data yielded better results than the median method and most of the individual models, particularly for longer return periods. This suggests that using pooled data from multiple models could improve the accuracy of IDF curve estimates

    Keywords: IDF curves, CMIP6, Pooling, median
  • Mohammad Mansourmoghaddam, Iman Rousta * Pages 21-44

    One of the two-way consequences of global warming and climate change is its effects on water and air pollution, which can affect rural livelihoods or the destruction of rural areas. The current research examines the effect of human presence and his heat-generating devices and activities on the Land Surface Temperature (LST) of the summer residences of Taft city, Yazd province. For this purpose, the images of two comparative periods of April (April 10 with April 2) and summer (Friday with Thursday and Saturday) of Landsat 8 and 9 satellites were used. Then the surface temperature map and hot-spot analysis (G-i-star) of the area were prepared and the changes were evaluated. The results showed that in April period, 64% and in summer period, 60.1% of rural areas experienced an increase in LST. Also, 1.43% to 43.5% of the rural area of the region had experienced an increase in temperature in April and 31.2% to 31.8% in summer. An increase in temperature variance was also observed in these areas, which shows an increase in temperature variation in these areas. The number of hot spots in these areas also increased by 111.4% in April and 48% and 21.1% in summer. The results also showed that 65.1% of rural vegetation in April and 49.8% in summer faced an increase in LST, of which there was a 19% increase in April and 49.9 and 8.6% in summer in temperature variance and 3. 118 percent of April and 9.5 and 0.2 percent of summer in the number of hot spots, the share of areas with vegetation was. According to the results, all the villages had experienced an increase in LST, and the fluctuations of this increase were greater in the villages with less vegetation and less area. The current research can be considered as a warning for the creation of rural thermal islands (like cities) on holidays with many tourists and serious damage to vegetation and rural climate.

    Keywords: Land surface Temperature, Hot Spot, Rural Planning, Rural tourism, Remote Sensing, Yazd
  • Zahra Heydari Monfared, Seysd Hossein Mirmousavi *, Hossein Asakereh, Kohzad Raispour Pages 45-61

    Examining temporal and spatial changes of snow melting is very important in various fields including water resource management. Therefore, the current research was conducted with the aim of investigating the temporal and spatial changes as well as the spatial autocorrelation of the amount of snow melting in the northwest of Iran for the months of the cold seasons. For this purpose, snowmelt data from the European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), version (ERA5) with a spatial resolution of 0.25 x 0.25 degrees for the cold season months during the statistical period from 1982 to 2022 received and then divided into four periods of ten years. In order to analyze spatial autocorrelation changes, global Moran indices and hot spot analysis (Gettis-ORDJ) were used at the significance level of 90, 95 and 99%. Also, in order to determine the effect of temperature on the amount of snow melting, the trend of changes in the average minimum monthly temperature of 20 synoptic stations in the northwest region was investigated. The results of the present research showed that in the studied area, snow melting has spatial autocorrelation and a strong cluster pattern. During the first decade to the end of the fourth decade, the amount of snow melting in the months of October, November and December was between 0  and 5.27 mm per day, and especially in the month of December, which is accompanied by a negative minimum temperature anomaly the area (number of pixels) and the amount of snowmelt in the northwest have been reduced. The results of the analysis of the amount of snow melting changes in the winter months also showed that both the amount and the area of snow melting have increased during the study period. Thus, the range of snow melting threshold changes in January, February and March has increased between 0.95 and 19.27 mm per day from the first decade to the end of the fourth decade. Among the months of the winter season, February is associated with a strong positive minimum temperature anomaly (significant increase in minimum temperature), and accordingly, the area (number of pixels) and the amount of snow melting in the northwest have been increased.

    Keywords: snow melting, Spatial Autocorrelation, Moran's index, hot spots, Northwest
  • MohammadSaeed Najafi *, Hossein Dehban Pages 63-76

    This study evaluates the performance of an ensemble framework using the Weather Research and Forecasting (WRF) model for probabilistic seasonal precipitation forecasts. In this study, two types of data were used: a) The meteorological initial and boundary conditions come from the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Version 2 (CFSv2) data. b) Precipitation data from the Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) dataset used as observational data over Iran. The ensemble model was designed based on a one-way double-nested (60-parent domain and 20-nested Km resolutions) modeling system using Weather Research and Forecasting (WRF) version 4.2 customized over Iran to downscale the second version of the NCEP Climate Forecast System (CFSv2). The results showed that precipitation forecast at seasonal time scale in Iran has high uncertainty. Although probabilistic forecasts can increase the efficacy of seasonal forecasts more than deterministic, the uncertainty of these forecasts is still high. Additionally, the downscaling of the CFS.v2 model by WRF and using multiple initial conditions and model physics can increase the accuracy of seasonal forecasts. The spatial distribution of the forecast accuracy of the ensemble model is dependent on the spatial distribution of precipitation over Iran. Another factor that affects the model's accuracy is the forecast lead time dependent especially at 2-month and 3-month forecast lead times. The results showed that the model has high uncertainty in the east and southeast of Iran. The implementation of this model for an operational period showed that although the model can forecast the spatial variation of rainfall over Iran up to a three-month lead time, probabilistic forecasting cannot significantly reduce the uncertainty of the model in a seasonal time scale. The ensemble model tends to overestimate precipitation in the third lead time.

    Keywords: probabilistic forecasting, Ensemble model, Seasonal precipitation, statistical metrics, Iran
  • Khalil Ghorbani *, Meysam Salarijazi, Laleh Rezaei Ghaleh Pages 77-94
    A comprehensive index definition that provides a more complete interpretation of meteorological and hydrological drought is essential. Based on the multivariate drought index (MSDI) was defined in this study based on rainfall and runoff to diagnose meteorological and hydrological droughts. In this regard, two indices, SPI and SSI, were calculated seasonally in the Galikesh and Arazkouse regions in Golestan province. 50-year rainfall and runoff statistics were used for the calculations. The MSDI index was also calculated using joint functions based on flow and precipitation variables. To test the compatibility of the MSDI index with SPI and SSI, the degree of correlation, trend, and change points were checked using Mann-Kendall and Pettit tests. The results showed that while there was no perfect correlation between the SPI and SSI indices, the MSDI index had a high correlation with both of them. The degree of correlation varied in different seasons and stations. Even in the worst case where SPI and SSI had no significant correlation, the MSDI index created a 62% correlation with SPI in Galikesh. The trend and mutation results were in good agreement in the two stations. At Arazkouse station, SPI had no trend, SSI only in spring, and MSDI had a trend in spring and summer. At Galikesh station, MSDI didn’t have a trend in any season, SPI had a trend in autumn, and SSI in spring. The MSDI index was similar to SPI and SSI indices in cases where they showed the same dry conditions. Otherwise, it was consistent with the index that showed a drier condition. Additionally, the MSDI index had a tendency to show drier seasons. In conclusion, the MSDI index can be considered a suitable index for the simultaneous analysis of meteorology and hydrology drought.
    Keywords: meteorological drought, Hydrological drought, Multivariate drought, SPI, SSI, MSDI
  • MAHDI VAZIRI, NOZAR GHAHREMAN * Pages 95-111

    Climate change has a significant impact on evapotranspiration (ET) as the one of the main components of the hydrological cycle. The main purpose of this research is to project the amount of potential evapotranspiration (ETp), under RCP scenario comparing to the baseline period using the WEAP model in the selected stations of Karkhe basin, Iran. The 1999-2019 and 2020-2100 years were considered as the baseline and future periods. The projected climatic variables by KIOST-ESM and MPI-ESM1-2-LR climate models under two climate change scenarios of SSP2-4.5 and SSP5-8.5 and the observed data of the selected stations in Karkheh basin were used to estimate the  for the future and. According to the outputs of the WEAP model, the potential evapotranspiration will increase by 2100. The highest increase was projected under SSP5-8.5 scenario by the MPI-ESM1-2-LR model, with amount of 89 mm in June and by the KIOST-ESM model, 73 mm in May. The lowest values were equal to 26 and -0.5 mm in the months of December and September, respectively. Correspondingly, these values under SSP2-4.5 scenario were estimated as 85.4, 64.3, 23.3 and -4.6 during June, May, December and September compared to the base period, which the latter indicated a decrease for September comparing to the baseline. Also, the amount of potential evapotranspiration in regions with temperate Mediterranean climates will experience more variations comparing to those with arid temperate climates.

    Keywords: climate change, evapotranspiration, ESGF, Karkheh basin, WEAP