واکاوی تغییرات بارش شمال غرب ایران طی دهه های آتی بر اساس مدل های GCM

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگر پسادکتری آب و هواشناسی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی

3 پژوهشگر پسادکتری آب و هواشناسی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

چکیده

پژوهش حاضر با هدف واکاوی تغییرات بارش شمال غرب ایران طی دهه‌های آتی بر اساس مدل‌های GCM صورت گرفته است. بدین منظور، ابتدا بارش سال‌های 2014-1985 بر اساس آزمون من- کندال روندیابی گردید. سپس داده‌های روزانه بارش برای هر یک از ایستگاه‌های مورد مطالعه در نرم‌افزار SDSM6.1 برای 2014-1985 شبیه‌سازی ‌شد. آنگاه تحت سناریوهای (SSP2-4.5) و (8.5-SSP5) مدل‌های CanEsm5 و MPI-ESMI-2HR، بارش سال‌های 2043-2015 پیش‌بینی شد. جهت ارزیابی عملکرد مدل‌های CMIP6 و مقایسه‌ مقادیر پایه و پیش‌بینی‌شده، از سنجه‌های‌ آماری MSE،RMSE و MAE استفاده شد. بر اساس نتایج آزمون من- کندال، بارش دوره پایه در ایستگاه‌های تبریز، اردبیل، ارومیه، تکاب و مراغه دارای روند کاهشی و در ایستگاه‌های مشگین‌شهر، سردشت، ماکو، خلخال، سراب، جلفا و پارس‌آباد دارای روند افزایشی بود. از بین 12 ایستگاه مورد بررسی، فقط بارش ایستگاه مراغه روند کاهشی معنادار داشت. در سایر ایستگاه‌ها روندهای بارش معنی‌دار نبود. بر اساس پیش‌بینی‌های انجام شده بر اساس مدل‌های مذکور، تحت سناریوی متوسط (SSP 2-4.5)، در اواخر زمستان و اوایل بهار، بارش کاهش خواهد یافت. در سایر ماه‌ها به‌ویژه ماه‌های تابستان و پاییز، درصد کاهش بارش بیشتر خواهد بود. بر اساس سناریوی 8.5-SSP5، بیشترین درصد کاهش بارش در مدل MPI به میزان 33% در ایستگاه‌های جلفا، سردشت، مراغه و در مدل CanESM5 حدود 33 الی 35 درصد در ایستگاه‌های جلفا، تکاب و ارومیه پیش‌بینی گردید. طبق نتایج حاصل، اگرچه هر دو مدل، بارش را با خطای نسبتاً بالایی پیش‌بینی نمودند، لیکن مدل MPI نسبت به مدل CanESM5 خطای کمتر و دقت بیشتری در پیش‌بینی بارش داشت.

تازه های تحقیق

پیش­بینی تغییرات بارش به‌منظور برآورد میزان تغییرات آتی و انجام اقدامات مقتضی در راستای کاهش آثار نامطلوب تغییرات اقلیمی بر منابع آب و کشاورزی امری ضروری است. اهمیت پیش­بینی این عنصر مهم اقلیمی در زمان مواجهه با فرین­هایی همچون سیل و خشک‌سالی در مناطق مختلف جغرافیایی آشکار می­گردد. هدف از پژوهش حاضر، واکاوی تغییرات بارش شمال غرب ایران طی دهه­های آتی بر اساس مدل­های GCM بود. بدین منظور ابتدا بارش سالانه منطقه مطالعه با بهره­گیری از آزمون ناپارامتری من- کندال، برای دوره پایه­ ایستگاه­های منتخب روندیابی شد. طبق نتایج حاصل، روند مجموع بارش سالانه­ در ایستگاه­های تبریز، ارومیه و اردبیل، تکاب و مراغه طی سال­های اخیر منفی و کاهشی بوده است. در ایستگاه مشگین‌شهر، سردشت، ماکو، خلخال، سراب، جلفا و پارس‌آباد روند افزایشی در بارش سالانه رخ داده است. در مجموع، از بین 12 ایستگاه منتخب، تنها ایستگاه مراغه روند کاهشی معنادار در سطح اطمینان 95% داشته ولی در سایر ایستگاه­ها روند افزایشی و کاهشی موجود در سری­ها معنادار نبود. جهت شبیه­سازی و پیش­بینی وضعیت بارش شهرهای شمال غرب در آینده از جدیدترین سناریوهای انتشار که در گزارش ششم IPCC تدوین گردیده و تطابق مناسب­تری با شرایط اقلیمی کره زمین دارد بهره گرفته شد و برای ریزمقیاس­سازی، از ریزگردان SDSM استفاده شد. در راستای هدف پژوهش، ابتدا دقت و کارایی 2 مدل انتخابی GCM شامل: CanEsm5، MPI، در تولید داده­های بارش، با استفاده از 3 سنجه­ آماری شامل: (MSE)، (RMSE) و (MAE) ارزیابی شد. طبق نتایج، اگرچه میزان خطا در هر دو مدل نسبتاً بالا بود اما خطای مدل MPI نسبت به مدل CanEsm5 کمتر بود؛ اما با توجه به نزدیکی مقادیر خطا در هر دو مدل، داده­های پارامتر بارش برای آینده نزدیک (2043-2015) بر اساس هر 2 مدل تحت سناریوهای بینابین (SSP2-4.5) و بدبینانه (8.5-SSP5) برای ایستگاه­های منتخب تولید شد و میزان تغییرات نسبت به دوره پایه ارزیابی گردید. طبق نتایج حاصل از پیش­بینی بارش بر اساس هردو مدل برای آینده نزدیک (2043-2015)، میزان بارش تحت هر دو سناریوی بینابین (SSP2-4.5) و بدبینانه (8.5-SSP5)، به‌ویژه سناریوی 8.5- SSP5 در اغلب ایستگاه­ها کمتر از مقادیر مشاهداتی پایه پیش­بینی شد. طبق پیش­بینی انجام شده بر اساس هر دو مدل تحت سناریوی بینابین (SSP2-4.5) ایستگاه­های مشگین‌شهر، سراب، پارس‌آباد، سردشت و جلفا اغلب در اواخر زمستان و اوایل بهار افزایش بارش و در تابستان و پاییز بالاترین درصد کاهش بارش را خواهند داشت در سایر ایستگاه­ها نیز اگرچه افزایش بارش پیش­بینی نشد، لیکن کمترین درصد کاهش بارش ماهیانه در ماه­های آخر زمستان و اوایل بهار و بیشترین درصد کاهش در ماه­های مربوط به فصول تابستان و پاییز خواهد بود. بر اساس سناریوی 8.5-SSP5 بیشترین درصد کاهش بارش در مدل MPI به میزان 33% برای ایستگاه­های جلفا، سردشت، مراغه و در مدل CanESM5 حدود 33 الی 35 درصد برای ایستگاه­های جلفا، تکاب و ارومیه پیش­بینی گردید. نتایج پژوهش حاضر با یافته­های اکثر مطالعات ارائه شده در بخش پیشینه هم سو بود. از جمله این­که بارش در برخی ماه­های سال افزایش و در برخی دیگر کاهش خواهد یافت (مسگری و همکاران (2022)، زارعی و همکاران (1397)، حیدری تاشه کبود و همکاران (1398)، کثیری و همکاران (1399)، داروند (1400)). در برخی ایستگاه­های منطقه روند کاهشی بارش تأیید گردید (زارعیان (1401)، انصاری و همکاران (1401)، محمدی و همکاران (1400)، صی محمدی (1400)، جهانبخش (1400)) برخی از پژوهش­گران افزایش بارش را در منطقه مورد مطالعه خود پیش‌بینی کرده‌اند (منون و همکاران (2013)، نیالور و همکاران (2019)، لی و همکاران (2020)، سانگ و همکاران (2016)، نوگوما و همکاران (2021)، کوی و همکاران (2021)). پژوهش حاضر نیز در بعضی ایستگاه­های منطقه مورد مطالعه افزایش در برخی ماه­های سال پیش­بینی نمود. در مجموع طبق نتایج پژوهش حاضر طی دهه­های آتی میزان کاهش محسوس­تر از افزایش بارش خواهد بود. همچنین برخی پژوهشگران از جمله زرین و داداشی رودباری (2021) و معصوم پور سماکوش و همکاران، عدم قطعیت مدل­های GCM در پیش­بینی بارش را عنوان کرده‌اند. در پژوهش حاضر نیز چنین نتیجه‌گیری شد که هر دو مدل مورد مطالعه بارش منطقه را با خطای نسبتاً بالایی پیش ­بینی می­کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Analyzing the Changes in Precipitation in Northwest Iran during the Coming Decades Based on the GCM Models

نویسندگان [English]

  • Roghayeh Maleki Meresht 1
  • Bromand Salahi 2
  • Mahnaz Saber 3
1 Postdoctoral Researcher of Climatology, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Faculty of Social Science, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Postdoctoral Researcher of Climatology, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

The current research was carried out to analyze the changes in precipitation in northwest Iran during the coming decades based on GCM models. For this purpose, first, the precipitation of 1985-2014 was trended based on the Mann-Kendall test. Then, the daily precipitation data for each of the studied stations was simulated in SDSM6.1 software for 1985-2014. Then, under the scenarios (SSP2-4.5) and (SSP5-8.5) of CanEsm5 and MPI-ESMI-2HR models, the precipitation of 2015-2043 was predicted. To evaluate the performance of CMIP6 models and compare the basic and predicted values, MSE, RMSE, and MAE statistical measures were used. According to the results of the Man-Kendal test, the precipitation of the base period in the stations of Tabriz, Ardabil, Urmia, Takab, and Maragheh has a decreasing trend and in the stations of Meshginshahr, Sardasht, Mako, Khalkhal, Sarab, Jolfa, and Parsabad it has an increasing trend. Among the 12 investigated stations, only the Maragheh station had a significant decreasing trend. In other stations, precipitation trends were not significant. According to the predictions made based on the mentioned models, under the medium scenario (SSP 2-4.5), the precipitation will decrease in late winter and early spring. In other months, especially summer and autumn months, the percentage of precipitation will be higher. Based on the SSP5-8.5 scenario, the highest percentage of precipitation decrease in the MPI model was predicted by 33% in Jolfa, Sardasht, and Maragheh stations, and in the CanESM5 model, about 33-35% in Jolfa, Takab, and Urmia stations. According to the results, although both models predicted precipitation with a relatively high error, the MPI model had a lower error and more accuracy in predicting precipitation than the CanESM5 model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • GCM
  • Northwest Iran
  • Precipitation
  • SDSM6.1
  • SSP

اصل مقاله

پژوهش حاضر با هدف واکاوی تغییرات بارش شمال غرب ایران طی دهه­های آتی بر اساس مدل­های GCM صورت گرفته است. بدین منظور، ابتدا بارش سال­های 2014-1985 بر اساس آزمون من- کندال روندیابی گردید. سپس داده­های روزانه بارش برای هر یک از ایستگاه­های مورد مطالعه در نرم‌افزار SDSM6.1 برای 2014-1985 شبیه‌سازی ‌شد. آنگاه تحت سناریوهای (SSP2-4.5) و (8.5-SSP5) مدل­های CanEsm5 و MPI-ESMI-2HR، بارش سال‌های 2043-2015 پیش­بینی شد. جهت ارزیابی عملکرد مدل­های CMIP6 و مقایسه­ مقادیر پایه و پیش‌بینی‌شده، از سنجه­های­ آماری MSE،RMSE  و MAE استفاده شد. بر اساس نتایج آزمون من- کندال، بارش دوره پایه در ایستگاه­های تبریز، اردبیل، ارومیه، تکاب و مراغه دارای روند کاهشی و در ایستگاه­های مشگین­شهر، سردشت، ماکو، خلخال، سراب، جلفا و پارس‌آباد دارای روند افزایشی بود. از بین 12 ایستگاه مورد بررسی، فقط بارش ایستگاه مراغه روند کاهشی معنادار داشت. در سایر ایستگاه­ها روندهای بارش معنی­دار نبود. بر اساس پیش­بینی­های انجام شده بر اساس مدل­های مذکور، تحت سناریوی متوسط (SSP 2-4.5)، در اواخر زمستان و اوایل بهار، بارش کاهش  خواهد یافت. در سایر ماه­ها به‌ویژه ماه­های تابستان و پاییز، درصد کاهش بارش بیشتر خواهد بود. بر اساس سناریوی 8.5-SSP5، بیشترین درصد کاهش بارش در مدل MPI به میزان 33%  در ایستگاه­های جلفا، سردشت، مراغه و در مدل CanESM5 حدود 33 الی 35 درصد در ایستگاه­های جلفا، تکاب و ارومیه پیش­بینی گردید. طبق نتایج حاصل، اگرچه هر دو مدل، بارش را با خطای نسبتاً بالایی پیش­بینی نمودند، لیکن مدل MPI نسبت به مدل CanESM5 خطای کمتر و دقت بیشتری در پیش‌بینی بارش داشت

مراجع

  • انصاری مهابادی، ثمین؛ ﺩﻫﺒﺎﻥ، حسین؛ ﺯﺍﺭﻋﻴﺎﻥ، محمدجواد؛ فرخ نیا، اشکان. (1401). ﺑﺮﺭﺳﻲ ﺭﻭﻧﺪ تغییرات دما و ﺑﺎﺭﺵ حوزه‌های آبریز در افق 20 سال آینده ﺑﺮ ﺍﺳﺎﺱ ﺑﺮﻭﻥﺩﺍﺩ مدل‌های CMIP6. مجله پژوهش­های آب ﺍﻳﺮﺍﻥ، جلد 16، شماره 1، صص 24-11.
  • جوان، خدیجه؛ عزیززاده محمدرضا. (1402). ارزیابی روش‌های مختلف تصحیح اریبی بر پیش‌نگری بارش مدل GFDL-ESM4 در حوضه دریاچه ارومیه. جغرافیا و برنامه‌ریزی. doi: 10.22034/gp.2023.56731.3140
  • چوبه، سپیده.، کاکه ممی، آزاد. (1394). بررسی کارایی مدل ریزمقیاس نمایی آماری (SDSM) در پیش­بینی پارامترهای دما و بارش (مطالعه موردی: حوضه آبخیز بالیقلوچای اردبیل)، دومین همایش ملی صیانت از منابع طبیعی و محیط‌زیست، اردبیل.
  • حیدری تاشه کبود، شادیه؛ مفیدی، عباس؛ حیدری تاشه کبود، اکبر. (1398). چشم‌انداز تغییرات بارش در شمال غرب ایران با استفاده از مدل‌های گردش کلی جو تحت سناریوهای اقلیمی. جغرافیا و مخاطرات محیطی، 8، 29، صص 133-151.
  • داروند، سروه؛ اسکندری دامنه، هادی؛ اسکندری دامنه، حامد؛ خسروی، حسن. (1400). پیش­بینی روند تغییرات دما و بارش در دوره­ی آتی و تأثیر آن بر بیابان­زایی، نشریه مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، دوره 1، شماره 1، صص 66-53.
  • روحی پناه، فاطمه؛ میر رکنی، سید مجید؛ مساح بوانی، علی‌رضا. (1394). ﺑﺮﺭﺳﻲ ﺗﻮﺍﻧﻤﻨﺪﻱ ﻣﺪﻝ SDSM ﺩﺭ ﺭﻳﺰﻣﻘﻴﺎﺱ ﻧﻤﺎﻳﻲ ﺩﻣﺎ ﻭ ﺑﺎﺭﺵ ﺩﺭ ﺍﻗﻠﻴﻢ گرﻡ ﻭ ﺧﺸﻚ ایستگاه‌های ﻫﻤﺪﻳﺪﻱ ﻳﺰﺩ ﻭ ﻃﺒﺲ. مجله ژئوفیزیک ایران، جلد 9، شماره 4، صص 104- 125.
  • زارعی، آذین؛ اسدی، اسماعیل؛ ابراهیمی، عطاالله، جعفری، محمد؛ ملکیان، آرش. (1397). بررسی تغییرات پارامترهای بارش و دما تحت سناریوهای اقلیمی در مراتع استان چهارمحال و بختیاری. مرتع، 12(4)، صص 426-436.
  • زارعیان، محمدجواد. (1401). اثرات تغییر اقلیم بر دما و بارش استان یزد بر اساس خروجی‌ ترکیبی مدل‌های CMIP6. علوم آب و خاک. ۲۶ (۲)، صص ۹۱-۱۰۵.
  • زرین، آذر؛ داداشی رودباری، عباسعلی. (1400). پیش‌نگری دوره‌های خشک و مرطوب متوالی در ایران مبتنی بر برونداد همادی مدل‌های تصحیح شده اریبی CMIP6. فیزیک زمین و فضا، 47 (3): صص 578-561.
  • سازمان هواشناسی کشور.http://www.irimo.ir
  • سرابی، مجتبی؛ دستورانی، محمدتقی؛ زرین، آذر. (1399). بررسی تأثیر تغییرات اقلیمی آینده بر وضعیت دما و بارش (مطالعه موردی: حوضه آبخیز سد طرق مشهد)، نشریه هواشناسی و علوم جو، جلد 3، شماره 1، صص 83-63.
  • شجاع، فائزه؛ شمسی‌پور، علی‌اکبر. (1402). پیش نمایی تغییرات بارش‌های آتی حوضه‌های آبخیز تأمین کننده آب شهر تهران، مجله علمی پژوهشی مخاطرات محیط طبیعی، دوره 12، شماره 36، صص 180-151.
  • صی محمدی، سمیره؛ توکلی، محسن؛ زرافشانی، کیومرث؛ مهدی زاده، حسین؛ امیری، فرزاد. (1400). پیش­بینی اثرات تغیر اقلیمی بر دما و بارش با استفاده از مدل­های گردش عمومی جو، راهکاری برای کشاورزی پایدار، (مطالعه موردی: شهرستان کرمانشاه)، علوم تکنولوژی محیط‌زیست، دوره 25، شماره 6، صص 31-18.
  • عالی نژاد، محمدحسین؛ جهانبخش اصل، سعید؛ محمدخورشیددوست، علی. (1400). بررسی تغییرات دما و بارش حوضه­ی سیمره با استفاده از مدل­های اقلیمی سری.CMIP5 نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، سال هشتم، شماره 3، صص 32–
  • عساکره، حسین؛ ورناصری قندعلی، نسرین. (1400). بررسی تغییر رژیم بارش ناحیۀ خزری، نشریه جغرافیا و توسعه 19 دوره، شماره 64، صص 115-142.
  • کارآموز، محمد؛ عراقی نژاد، شهاب. (1384). هیدرولوژی پیشرفته، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر. تهران.
  • کثیری، مریم؛ گودرزی، مسعود، جانباز قبادی، غلامرضا؛ متولی، صدرالدین. (1399). چشم‌انداز آینده تغییرات دما و بارش در سواحل جنوبی دریای خزر، نشریه جغرافیای طبیعی، دوره 13، شماره 47، صص 35-51.
  • محمدی، حسن؛ خلیلی، رضا؛ محمدی، سجاد. (1400). پیش­نگری تغییرات دما و بارش با استفاده از سناریوهای واداشت تابشی مولد آب و هوایی LARS-WG در زاگرس جنوبی، نیوار، دوره 45، شماره 115 -114، صص 153-138.
  • ﻣﻌﺼﻮم پور ﺳﻤﺎکوش، ﺟﻌﻔﺮ؛ ﻣﯿﺮی، مرتضی؛ پورکمر، ﻓﺎﻃﻤﻪ. (1396). ارزﯾﺎبی داده‌های مدل‌های اﻗﻠﯿﻤـی CMIP5 در ﻣﻘﺎﺑﻞ داده‌های ﻣﺸﺎﻫﺪه­ای اﯾـﺮان، ﻣﺠﻠـﻪ ژﺋﻮﻓﯿﺰیک اﯾﺮان، دوره 11، ﺷﻤﺎره 4، صص 53-40.
  • ملکی نژاد، حسین؛ سلیمانی مطلق، مهدی؛ جایدری، اعظم؛ شاطر آبشوری، سمیه. (1392). تحلیل روند تغییرات بارندگی و خشک‌سالی با استفاده از آزمون‌های من- کندال و سن در استان تهران، مجله علمی و فنی نیوار، 80، صص 55-43.
  • مهدویان، شیرین؛ زینالی، بتول؛ صلاحی، برومند. (1402). ارزیابی تغییرات کاربری اراضی حوضه کیوی چای و تحلیل روند تغییرات بارش و دمای آن در دوره‌های آتی با مدل‌های CMIP5. جغرافیا و برنامه‌ریزی، 27(85),. doi: 10.22034/gp.2022.50623.2977
  • میر موسوی، سید حسین؛ صبوری، لیلا. (1393). بررسی روند بارش برف در شمال غرب ایران، مجله جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، پیاپی 25، شماره 3 صص 136-119.
  • میرزایی حسنلو، ایوب؛ عبقری، هیراد، عرفانیان، مهدی. (1399). تحلیل روند بارندگی و شاخص تمرکز بارش در ایستگاه‌های سینوپتیک حوضۀ دریاچۀ ارومیه. نشریه جغرافیا و توسعه، دوره 80، شماره 18، صص 40-21.
  • هوشیار، محمود؛ سبحانی، بهروز؛ حسینی، سید اسعد. (1397). چشم‌انداز ‌تغییرات ‌دماهای ‌حداکثر ‌ارومیه با ‌استفاده ‌از ‌‌ریزگردانی‌ آماری خروجی‌ مدل‌‌ CanESM2، جغرافیا و برنامه‌ریزی،22 (63): 325-305.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار