پیش ‌نگری بارش و دمای شرق کشور با استفاده از مقیاس‎‌کاهی ترکیبی دینامیکی-آماری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه پژوهشی مدلسازی و پیش آگاهی اقلیمی، پژوهشکده اقلیم شناسی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، مشهد، ایران.

2 کارشناس ارشد پژوهشی، گروه پژوهشی مدلسازی و پیش آگاهی اقلیمی، پژوهشکده اقلیم شناسی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، مشهد، ایران

3 استادیار، گروه پژوهشی مخاطرات و تغییرات اقلیمی، پژوهشکده اقلیم شناسی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، مشهد، ایران.

چکیده

این مطالعه با هدف ارائه چشم‌اندازی از اقلیم استان‌های محور شرقی کشور در دهه‌های آینده جهت برنامه‌ریزی کلان و اتخاذ روش‌های سازگاری و کاهش پیامدهای گرمایش جهانی انجام شده است. مطالعه حاضر با استفاده از مقیاس‌کاهی ترکیبی دینامیکی-آماری شامل  مدل منطقه‌ای اقلیمی RegCM4.5.11 به عنوان مدل دینامیکی و عامل تغییر به عنوان مدل آماری و با بکارگیری داده‌های شرایط مرزی مدل گردش کلی CanESM از سری مدل‌های CMIP5 بر روی  متغیرهای بارش و دما در منطقه شرق کشور از جمله استان‌های خراسان رضوی، جنوبی و سیستان و بلوچستان انجام گرفت. پس از انتخاب پیکر بندی بهینه مدل منطقه‌ای RegCM ، برونداد مدل منطقه‌ای RegCM به روش عامل تغییر پس‌پردازش آماری شد. مدل ترکیبی یادشده برای مقیاس‌کاهی برونداد مدل گردش کلی برای دو دوره آینده نزدیک (2021-2049)  و آینده دور (2099-2071) با استفاده از دو سناریوی RCP4.5 و RCP8.5 بکار گرفته شد. نتایج این تحقیق در مورد دما برای دوره آینده نزدیک حاکی از افزایش  سالانه 2/4 درجه‌ای در سناریوی RCP4.5 و  5/5 درجه در سناریوی RCP8.5 می باشد. در دوره آینده دور نتایج نشان دادند که دمای سالانه 2/5 درجه در سناریوی RCP4.5 و 9/8 درجه در سناریوی RCP8.5 افزایش می‌یابد. اگر در فرآیند مقیاس‌کاهی ترکیبی، سناریوی متوسط به عنوان میانگین پیش‌نگری‌ها در نظر گرفته شود، در آنصورت تغییرات بارش شرق کشور در آینده نزدیک بین 11- تا 15- درصد و در آینده دور بین 8- تا 149+ درصد نسبت به دوره دیدبانی خواهد بود. علیرغم اینکه تعداد اندکی از سناریوها، افزایش بارش را برای منطقه پیش‌نگری کرده‌اند، اما به نظر می‌رسد هر گونه اثرات افزایش بارش به دلیل افزایش دمای پیش‌نگری شده در منطقه بلااثر شده و منطقه در آینده درگیر تنش آبی خواهد شد که نیازمند اتخاذ روش‌های سازگاری و کاهش پیامدهای گرمایش جهانی  در منطقه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Future Precipitation and Temperature Projection over Eastern Provinces of Iran using Combined Dynamical –Statistical Downscaling Technique

نویسندگان [English]

  • Iman Babaeian 1
  • Maryam Karimian 2
  • Raheleh modiriyan 2
  • yashar falamarzi 1
  • mansooreh koohi 3
1 Climate Modeling and Early warning division, Climatology Research Institute, Mashahd, Iran
2 Climate modeling and early warning division, Climatological Research Institute, Mashahd, Iran
3 Climate modeling and early warning division, Climatology Research Institute, Mashad, Iran
چکیده [English]

This study aims to provide a perspective of the climate of the eastern provinces of Iran at the end of 21st century to be usd in longterm planning, adoption and mitigation of climate change. This study uses a combined dynamic-statistical approach for downscaling of CanESM global climate model using RegCM4.5 as a dynamic model and change factor as a statistical method over eastern provinces of Iran, including Khorasan Razavi, South and Sistan and Baluchestan. After configuration of the RegCM regional model, the output of the RegCM was statistically downscaled by change factor method over two period of near future (2021-2049) and the distant future (2071-2099) under two IPCC scenarios of RCP4.5 and RCP8.5. The results indicate an annual increase of 4.2oC and 5.5 oC under RCP4.5 and RCP8.5 scenario in near future period (2021-2049) and 8.9oC to 5.5 oC in far future period of 2071-2099, respectively. If in the combined combined dynamical-statistical ownscaling process, the average scenario is considered as the most probalble scenario, then the decrease in precipitation in the east of the country in the near future will be between -11 to -15 percent and in the distant future between -8 to + 149 percent compared to the observation period. Although a small number of scenarios have predicted an increase in precipitation for the region, but due to the relatively large increase in temperature, any effects of increased precipitation will be ineffective due to the prrojected temperature increase in the region and the region will be subject to water stress that requires adaptation sterategy and reducing the consequences of global warming in the region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • RCP
  • RegCM4.5
  • East Of Iran
  • Precipitation
  • Temperature
منابع
1. احمدی گیوی، فرهنگ. سلطان زاده، ایمان. ایران نژاد، پرویز. پازوکی، روزبه. 1383. بررسی تاثیر کوهستانها و کاربری اراضی اقلیم منطقه ایران با استفاده از مدل اقلیمی منطقه‌ای: 2- بررسی تاثیر طرحواره زیر شبکه ای BATS در مدل منطقه ای RegCM ، مقاله نامه همایش پیش بینی عددی وضع هوا، 34.
2. اقتداری، مهرنوش. ایران‌نژاد، پرویز. وظیفه دوست،  مجید. بذرافشان، جواد. قهرمان، نوذر. 1397. مقایسه بارش بهاری حاصل از چهار محصول شبکه بندی شده و شبیه سازی شده توسط RegCM و ارزیابی آنها با مشاهدات در دشت قزوین، تحقیقات منابع آب ایران، شماره 4، 44-31.
3. اصغری جعفر آبادی، محمد. سلطانی، اکبر. و محمدی، سیده مومنه. 1392. سری آمار: همبستگی و رگرسیون، مجله دیابت و لیپد ایران، دوره 12،  506-479. 
4. ایران نژاد، پرویز. پازوکی، روزبه. احمدی گیوی، فرهنگ. سلطان‌زاده، ایمان. 1383. بررسی تاثیر کوهستانها و کاربری اراضی اقلیم منطقه ایران با استفاده از مدل اقلیمی منطقه ای:1- بررسی اجمالی ساختار داخلی مدل RegCM ، مقاله نامه همایش پیش بینی عددی وضع هوا، 23.
5. باباییان، ایمان. کریمیان، مریم. مدیریان، راحله. میرزایی، ابراهیم. 1398. پیش نگری فراسنجهای اقلیمی کشور با به کارگیری مدلهای گردش کلی سری CMIP5 برای دوره 2100-2020 میلادی. مجله نیوار، شماره 104-105، بهار و تابستان، 70-61.
6. باباییان، ایمان. مدیریان، راهله. کریمیان، مریم. جوانشیری، زهره. کوهی، منصوره. 1398. در بررسی پیش بینی احتمالاتی بارش سالانه کشور در دوره 2020-2024 با استفاده از ریز مقیاس نمایی برونداد مدل‌های دینامیکی برنامه A2D سازمان جهانی هواشناسی، پروژه پژوهشکده اقلیم شناسی.
7. بابائیان، ایمان. مدیریان، راهله.  کریمیان، مریم. 1386. شبیه سازی بارش ماههای سرد سالهای 1376و 1379 با استفاده از مدل اقلیمی RegCM3، مجله جغرافیا و توسعه، شماره پیاپی 10، 55-72.
8. باباییان، ایمان. کریمیان، مریم. مدیریان، راهله .1384. اجراء و ارزیابی مدل منطقهای اقلیمی بر روی ایران- مطالعه موردی زمستان سالهای 1997 و 2000 . پروژه خاتمه یافته RegCM3 پژوهشکده اقلیم شناسی.
9. منصور فر، کریم. 1382. روش‌های آماری، انتشارات دانشگاه تهران، تهران- ایران.
کریمیان، مریم. مدیریان، راهله.  باباییان، ایمان. 1388. بررسی توانمندی مدل RegCM3 در مدل سازی بارش و دمای استان خراسان، مطالعه موردی: زمستان‌های دوره 2000-1991، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، شماره 97، 186-168.
مختاری، حسین. مومنی، مهدی. باقری، مهرداد. 1393. تدوین راهبردهای آمایش مناطق مرزی؛ مطالعه موردی مرزهای شرقی کشور، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، سال 29، شماره سوم، شماره پیاپی 1، 254-237.
شکوهی، مجتبی. ثنایی نژاد، سید حسین. بنایان، محمد. 1397. ارزیابی شبیه سازی دما و بارشِ مدلهای اقلیمی CMIP5 در مطالعات منطقه ای تغییر اقلیم : مطالعه موردی: مناطق عمده تولید گندم دیم در ایران، نشریه آب و خاک )علوم و صنایع کشاورزی(،جلد 32، شماره 5، آذر – دی1397 ،  1024-1013.
محمدی، فهیمه. زرین، آذر. باباییان، ایمان. 1394. کارایی مدل اقلیمی RegCM4 در شبیه سازی دوره سرد استان فارس، مطالعه موردی: دوره 2010-199، فیزیک زمین و فضا، دوره 41، شماره 3، 524-511.
مدیریان، راهله. کریمیان، مریم. بذرافشان، بهاره. باباییان، ایمان. حلبیان، امیرحسین. فلامرزی، یاشار. 1398. پردازش دینامیکی تغییرات اقلیمی خراسان رضوی. ششمین کنفرانس بین المللی تغییر اقلیم، تهران.
- مدیریان، راحله. کریمیان، مریم. باباییان، ایمان. 1384. شبیه سازی بارشهای مونسونی جنوب مقاله نامه همایش پیشبینی وضع هوا. .RegCM شرق ایران با استفاده از مدل اقلیمی 3-سازمان هواشناسی کشور.
Azadi, M., Singh G.P., and Mohandas, S. 2003. Impact of SST in the REGCM on the Spring Rainfall over Middle East Asia, ICTP Workshop on the Theory and Use of Regional Climate Models, Trieste Italy
Giorgi, F., Marinucci, M., and Betes, G. 1993a, Development of a second generation regional climate model (regcm 2) i: Boundary layer and radiative transfer processes. Monthly Weather Review 121:2794-2813.
Giorgi, F., Marinucci, M., Betes, G., and DeCanio, G. 1993b, Development of a second generation regional climate model (regcm2) ii: Convective processes and assimilation of lateral boundary conditions, Monthly Weather Review 121: 2814-2832.
Giorgi, F., and Shields C. 1999. Tests of precipitation parameterizations (regcm) over the continental united states. J Geophys Res 104(D6), PP. 6353-6375.
Giorgi, F., Marinucci, M., and Betes, G. 1993b, Development of a second generation regional climate model (regcm 2) i: Boundary layer and radiative transfer processes, Monthly Weather Review, 2794-2813.
Giorgi, F. et al. 1993c, Development of a second generation regional climate model (regcm2) ii: Convective processes and assimilation of lateral boundary conditions, Monthly Weather Review, 2814-2832.
Holtslag, A., de Bruijn, E., and Pan, H.-L. 1990. A high resolution air mass transformation model for short-range weather forecasting, Monthly Weather Rev. 118: 1561-1575.
Hui P., Tang J., Wang S., Niu X., Zong P., and Dong X. 2018. Climate change Projections over China using regional climate models forced by two CMIP5 global models: Part II: projections of future climate. International Journal of climatology, DOI: 10.100/joc.5409.
Hsie, E., Anthes, R., and Keyser, D. 1984. Numerical simulation of frontogenisis in a moist atmosphere, Journal of Atmospheric Sciences, PP. 2581-2594.
Islam, N., Rahman, M., Uddin Ahmed, A.U., and Afroz, R. 2007. "Comparison of RegCM3 simulated meteorological parameters in Bangladesh". Part I-preliminary result for rainfall. Sri Lankan Journal of Physics. 8: 1-9.
Jaczewski, A., Brzoska, B., and Wibig J. 2014. Comparison of temperature indices for three IPCC SRES scenarios based on RegCM simulations for Poland in 2011–2030 period. Meteorologische Zeitschrift, 24(1): 99-106, DOI: 10.1127/metz/2015/0457.
Kiehl, J., Hack, J., Bonan, G., Boville, B., Breigleb, B., Williamson, D. and Rasch, P. 1996. Description of the ncar community climate model (ccm3), Technical report, NCAR/TN-420+STR, National Center for Atmospheric Research.
Mariotti, L., Coppola, E., Sylla, M.B., Giorgi, F., and Piani, C. 2011. Regional climate model simulation of projected 21st century climate change over an all‐Africa domain: Comparison analysis of nested and driving model results. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 116, D15111, doi: 10.1029/2010JD015068, 2011.
Morid, S., and Massah Bavani, A. 2008. Exploration of potential adaptation strategies to climate change in the Zayandeh Rud irrigation system, Iran, Irrigation Drainage, 59 (2): 226-238.
Ozturk, T., Turp, M.T., Turkes, M., and Kurnaz, M.L. 2017. Projected changes in temperature and precipitation climatology of Central Asia CORDEX Region 8 by using RegCM4.3.5.  Atmospheric Research, 83: 296–307, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2016.09.008.
Pal, J., Small, E., and Eltahir, E. 2000. Simulation of regional-scale water and energy budgets: Representation of subgrid cloud and precipitation processes within regcm, Journal of Geophysical Research-Atmospheres 105: 29579-29594.
Pal, J., Giorgi, F., BiX., Elguindi, N.,Salmon, F., Gao X., Rauscher, S.A., Francisco, R., Zakey, A., Winter, J., Ashfagh, M., Syed, F.S., Bell, J., Diffenbaugh, J.K., Konare, A., Martinez, D., Rocha, R., Sloan, L. and Steiner, A. 2007. "Regional Climate modeling for the Developing World, the ICTP and RegCNET". Bulletin of American meteorological society. pp. 1396-1409
Rahman, M., Islam, N., Ahmed, A., and Georgi, F. 2012. Rainfall and temperature scenarios for Bangladesh for the middle of 21st century using RegCM, Earth Syst. Sci., 121(2): 287-295, DOI: 10.1007/s12040-012-0159-9.
Raju P.V.S., Bhatla R., Almazroui M., and Assiria M. 2015. Performance of convection schemes on the simulation of summer monsoon features over the South Asia CORDEX domain using RegCM-4.3, Int. J. Climatol. 35: 4695-4706.
Yu Y., Xie Z., and Zeng X. 2014. Impacts of modified Richards equation on RegCM4 regional climate modeling over East Asia. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, PP: 12642-12659, DOI: 10.1002/2014JD021872.
Wang, Y., Sen, O.L., and Wang, B. 2002. A Highly Resolved Regional Climate Model and its Simulation of the 1998 Sever Precipitation Event over China, Part 1: Model Description and Verification of Simulation, Jurnal of Climate, 19: 1721.
Wilby, Robert. L., and Harris, Ian, 2006. A framework for assessing uncertainties in climate change impact: low-flow scenarios for the River Thames, UK, Water Resources Research, 42 (2): 1-10.
Zareian, A., Eslamian, M.J., Safavi. S., and Hamid. R. 2015, A modified regionalization weighting approach for climate change impact assessment at watershed scale, Theoretical and Applied Climatology, 122 (3): 497-516.