مدیریت جامع حوزه های آبخیز

مدیریت جامع حوزه های آبخیز

بررسی روند خشکسالی تحت شرایط تغییر اقلیم در دوره آتی با استفاده از گزارش ششم IPCC (مطالعه موردی: ایستگاه سینوپتیک قاین)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
چکیده
چکیده مبسوط
مقدمه: پدیده تغییر اقلیم به عنوان یکی از دلایل افزایش گاز‌های گلخانه‌ای تأثیر زیادی بر پدیدههای حدی مانند سیل و خشکسالی دارد. لذا بررسی تأثیر تغییرات اقلیمی بر پدیدههای حدی جهت برنامه­ریزی و مدیریت منابع آب در دورههای آتی از اهمیت خاصی برخوردار است. خشکسالی و تأثیر آن بر منابع طبیعی، تولیدات کشاورزی، توسعه اقتصادی و اجتماعی یکی از چالشهای اساسی ایران و جهان است و از آنجا که خشکسالی بخش‌های مختلف جامعه مانند منابع آب، کشاورزی، صنعت، و غیره را تحت تأثیر قرار می­دهد، پایش و ارزیابی این پدیده در حال و آینده به منظور برنامه­ریزی مناسب در بخش­های مختلف جامعه امری ضروری و حائز اهمیت است. با توجه به اینکه در پژوهش‌های قبلی تنها از یک مدل AOGCM و عمدتاً با استفاده از گزارش‌های چهارم یا پنجم صورت گرفته است، در این تحقیق ضمن استفاده از مدل‌های گزارش ‌ششم، از پنج مدل اقلیمی CMIP6 استفاده شده است. لذا در این تحقیق به پیش‌نگری خشکسالی تحت شرایط تغییر اقلیم با استفاده از پنج مدل اقلیمی و دو سناریوی انتشار در ایستگاه سینوپتیک قاین پرداخته شد.
 مواد و روش‌­ها: در این تحقیق از ترکیب پنج مدل بزرگ مقیاس شامل ACCESS-ESM1-5،CNRM-CM6-1 ،HadGEM3-GC31- LL ، MRI-ESM2-0 و MPI ESM 1-2 –L-R و دو سناریوی SSP5.8-5 (سناریوی بدبینانه) و SSP2.4-5 (سناریوی حد واسط) و روش ریزمقیاس نمایی آماری LARS-WG استفاده شد. ابتدا با استفاده از داده‌های پایه، مدل LARS-WG مورد ارزیابی قرارگرفته و پس از واسنجی و صحت‌سنجی مدل، پارامتر‌های دما و بارش برای دوره آتی تولید شدند؛ سپس شاخصهای خشکسالی SPEI و SPI در دوره پایه (1990-2020) و دوره آتی (2025-2055) محاسبه و تحلیل گردید.
 نتایج و بحث: مقادیر bR2 برای دمای کمینه و بیشینه مقدار 99/0 به دست آمد و مقادیر RMSE  برای دمای کمینه و بیشینه به ترتیب  308/0 و384/0 درجه سانتی‌گراد و ضریب نش‌ساتکلیف برای دمای کمینه و بیشینه 998/0 به دست آمد که نشانگر دقت بالای مدل در ریزمقیاس­نمائی دمای کمینه و بیشینه می­باشد. برای متغیر بارش مقدار bR2 برابر 74/0 و مقدار RMSE برابر 001/4 میلی­متر و ضریب نش ساتکلیف 834/0 به دست آمد که نشانگر عملکرد خوب مدل در ریزمقیاس­سازی داده‌های بارش دوره پایه می­باشد. پیش­نگری دوره آتی نشان داد که مقدار بارش بسته به سناریوی انتشار و ماه مدنظر افزایش یا کاهش دارد و دمای میانگین ریزمقیاس­سازی شده در هر دو سناریو نسبت به دوره پایه روند صعودی دارد. بر اساس شاخص  SPIدر مقیاس 12 ماهه، تعداد ماه­های خشک و مرطوب نسبت به دوره پایه افزایش و تعداد ماه­های نرمال در دوره آتی بر اساس سناریوهای SSP2.4-5 و SSP5.8-5 نسبت به دوره پایه کاهش داشته است در حالی که بر اساس شاخص SPEI تعداد ماه­های خشک در دوره آتی بر اساس هر دو سناریو نسبت به دوره پایه کاهش و تعداد ماه­های مرطوب در دوره آتی نسبت به دوره پایه تغییر چندانی نداشته و به میزان یک ماه افزایش داشت.
 نتیجه‌گیری: مدل LARS-WG داری عملکرد مناسبی در ریزمقیاس­سازی بارش و دما برای دوره آتی می­باشد که بر اساس نتایج آن دمای میانگین ریزمقیاس‌سازی­شده در هر دو سناریو نسبت به دوره پایه روند افزایشی دارد. مقدار بارش بسته به سناریو و ماه مدنظر افزایش یا کاهش داشت. نتایج نشان داد افزایش تداوم خشکسالی و فراوانی دوره‌های خشک و مرطوب به­ترتیب با افزایش مقیاسهای زمانی رابطه مستقیم و معکوس دارد و با افزایش مقیاس زمانی فراوانی دورههای خشک و مرطوب کاهش و تداوم این دوره­ها افزایش می‌یابد. همچنین در دوره آتی (2055-2025) تکرار دورههای خشکسالی‌ها باتداوم بالا نسبت به دوره پایه دارای روند کاهشی است و تعداد ماه­های خشک در دوره آتی بر اساس هر دو سناریوی مورد بررسی نسبت به دوره پایه به طور قابل توجهی کمتر شده و تعداد ماههای نرمال و مرطوب در دوره آتی نسبت به دوره پایه کمی افزایش را نشان می‌دهند. شدیدترین خشکسالی با تداوم زیاد در دوره آتی از سال 2045 تا 2055 پیش­نگری می­شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abadeh, M., & Khosrowshahi, M. (2021). Assessment and drought monitoring using Standardized Precipitation (SPI) and Standardized Precipitation Evapotranspiration (SPEI) Indices in Hormozgan province. Iranian Journal of Range and Desert Research, 28(4), 718-732. https://doi.org/10.22092/ijrdr.2021.125248  (In Persian)
Amirabadizadeh, M., Yaqubzadeh, M., Hashemi, S., & Khozimenejad, H. (2019). Assessment linear and data-driven models in downscaling of precipitation and temperature in South Khorasan province. Journal of Meteorology and Atmospheric Sciences, 2(1), 68 - 82 (In Persian)
Ashrafzade, A., Salehpoor, J., & Sharifi, A. (2022). Investigating the Effects of Climate Change on Meteorological Drought Characteristics of Hablehrood Basin Using the HADCM3 General Circulation Model and the SPI and DI Index. Human &Environment, 20(2), 217-233. (In Persian) 
Azareh, A., Rafiei Sardooi, E., & Jafari Gadaneh M. (2021). Investigating the Effect of Climate Change on Future Temperature, Precipitation, and Droughts Using BNU-ESM and HadGEM2. Models. Desert Ecosystem Engineering Journal, 10(31), 95-110. https://doi.org/10.22052/DEEJ.2021.10.31.51 (In Persian)
Bazrafshan, O., Mohseni Saravi, M., Malekian, A., & Moeini A. (2011). A study on drought characteristics of Golestan Province using Standardized Precipitation Index (SPI). Iranian Journal of Range and Desert Research, 18 (3):395-407. https://doi.org/10.22092/ijrdr.2011.102169 (In Persian)
Estoque, R. C., Ooba, M., Togawa, T., & Hijioka, Y. (2020). Projected land-use changes in the Shared Socioeconomic Pathways: Insights and implications. Ambio, 49(12): 1972-1981.
Farrokhzadeh, B., Choobeh, S., & Bazrafshan, O. B. (2020). Assessing the climate change effects on Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), case study: Latian dam [Research]. Journal of Rainwater Catchment Systems, 8(3), 59-72. http://jircsa.ir/article-1-398-en.html (In Persian)
Hajiabadi, F., Hassanpour, F., Yaghoobzadeh, M., & Hammami, M. (2020). Projection of agricultural drought using fifth IPCC assessment report data (Case study: Birjand Region). Journal of Agricultural Meteorology, 8(1), 51-61
Hayes, M.J., Svoboda, M.D., Wilhite, D.A., & Vanyarkho, O. (1996). Monitoring the drought using the Standardized Precipitation Index. Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS), 1999; 80 (3), 429-438 https://doi.org/10.1175/1520-0477(1999)080<0429:MTDUTS>2.0.CO;2
Issaharou, Matchi, I., Habou, R., Moussa Mamoudou, B., Idrissa, S., Saley, K., Mahamane, A., & Saadou, M. (2021). Assessment of Drought Characteristics under Changing Climatic Conditions using SPI and SPEI Indices in Semi-Arid Environment of Southeastern Niger. International Journal of Environment and Climate Change, 11, 146-157. https://doi.org/10.9734/IJECC/2021/v1 1i1030502  
Jafari, G., Shahkooeei, E., & Ghanghermeh, A. (2019). North Khorasan Province HadCM3 droughts predicted by models and indicators of SPI and RDI. Geographical Planning of Space Quarterly Journal, 8(30), 159-174. https://doi.org/10.30488/GPS02019.85842 (In Persain)
 Kheyri, R., Mojarrad, M., Masompour, J., & Farhadi, B. (2021). Evaluation of drought changes in Iran using SPEI and SC-PDSI. Journal of Spatial Planning, 25(1), 143-174. (In Persain)
Kim, B. S., Chang, I. G., Sung, J. H., & Han, H. J. (2016). Projection in Future Drought Hazard of South Korea Based on RCP Climate Change Scenario 8.5 Using SPEI. Advances in Meteorology, 2016(1), 4148710. https://doi.org/https://doi.org/10.1155/2016/4148710
Lloyd–Hughes, B., & Saunders, M.A. (2002). A drought climatology for Europe. International. Journal Climatology, 22: 1571–1592. https://doi.org/10.1002/joc.846
McKee, T.B., Doesken, N.J., & Kleist, J. (1993). The relationship of drought frequency and duration to time scales. Proceedings of the Eighth Conference on applied Climatology. American Meteorological Society, Boston, 22(17), 179–184.
Mishra, A.K., & Singh, V.P. (2010). A review of drought concepts. Journal of Hydrology, 391, 202­ -216. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.07.012  
O’Neill, B. C., Kriegler, E., Ebi K. L., Kemp Benedict, E., Riahi, K., Rothman D. S., van Ruijven, B. J., van Vuuren D.P., Birkmann, J., Kok, K., & Levy M. (2017). The roads ahead: Narratives for shared socioeconomic pathways describing world futures in the 21st century. Global Environmental Change. 42: 169-180.
 
Panahi, H. r., Montaseri, H., zadeh, A. H., & Khalili, R. (2023). Investigating the effect of climate change on temperature and precipitation using the LARS-WG model (case study: Bashar river basin). Journal of Environmental Research and Technology, 7(12), 129-142. (In Persian)
Pirnia, A., Golshan, M., Bigonah, S., & Solaimani,K. (2018). Investigating the drought Investigating the drought characteristics of Tamar basin (upstream of Golestan Dam) using SPI and SPEI indices under current and future climate conditions. Iranian Journal of Eco Hydrology, 5(1), 215-228. https://doi.org/10.22059/IJE.2018.239226.689
Rahnama, S., Shahidi, A., Yaghoobzadeh, M., & Mehran,A. (2023). Investigating the drought trend using the modified SPEI and MSPI indices in different time scales (case study: Fars Province). Journal of Climate Change Research, 4(13), 89-104. https://doi.org/10.30488/CCR.2023.393409.1125
Rajaie, f. (2022). Drought forecasting under the approach of future climate change (Case study: Qarakhil). Journal of Environmental Science Studies, 7(2), 4990-5001. https://doi.org/10.22034/JESS.2022.330098.1724  
Rogelj, J., Popp, A., Calvin, K.V., Luderer, G., Emmerling, J., Gernaat, D., Fujimori, S., Strefler, J., Hasegawa, T., Marangoni, G., & Krey, V. (2018). Scenarios towards limiting global mean temperature increase below 1.5 C. Nature Climate Change, 8(4), 325-332.
Saeidipour, M., Radmanesh, F., Eslamian, S., & Sharifi, M. R. (2019). Regionalization Analysis of SPI and SPEI Drought Indices for Karoon Basin. Journal of Water and Soil Science, 23(2), 397-415. https://doi.org/10.29252/jstnar.23.2.397 (In Persian)
Samti, M., Sanainejad, S. H., Kahraman, B., & Rivaz, F. (2019). Spatio-temporal prediction of drought using SPEI index in north-easte of Iran. Journal of Water and Soil Conservation Research, 26(4), 115-133. https://doi.org/10.22069/jwsc.2019.15898.3116(In Persian)
Stathi, E., Kastridis, A., & Myronidis, D. (2023). Analysis of Hydrometeorological Trends and Drought Severity in Water-Demanding Mediterranean Islands under Climate Change Conditions. Climate, 11(5), 106. https://www.mdpi.com/2225-1154/11/5/106
Sayari, N., Alizadeh, A., Bannayanaval, M., FaridHosseini, A.R., & Hessami Kermani, M.R. (2012). Drought Monitoring under Climate Change Conditions in Kashafrood Basin (Mashad Station) in Future Periods Using HadCM3 Model under A2 and B2 Emission Scenarios. Journal of Climate Research, 2(7), 21-42 (In Persian)
van Pelt, S.C., & Swart, R.J. (2011). ClimateChange Risk Management in Transnational River Basins: The Rhine. Water Resources Management 25, 3837–3861. https://doi.org/10.1007/s11269-011-9891-1
Vicente –Serrano, S.M., Begueria, S., & Lopez –Moreno, J.I (2010). A multi –scalar drought index sensitive e to global warming: the Standardized precipitation Evapotranspiration Index –SPEI. Journal of Climate, 23(7):1696-1718. https://doi.org/10.1175/2009JCLI2909.1
Zare abyane,H., Ghobaie sogh,M. & Mosaedi, A. (2015). Drought Monitoring Based on Standardized Precipitation Evaoptranspiration Index (SPEI) Under the, Effect of Climate Change. Journal of water and soil, 29(2), 374-392. https://doi.org/10.22067/jsw.v0i0.36472

  • تاریخ دریافت 16 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری 29 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش 21 آذر 1403