Climate Change Research

Climate Change Research

Assessment of the performance of CMIP6 model for analysis of temperature and precipitation in Urmia Lake basin

Document Type : Original Article

Authors
Firooz Abdolalizadeh 1
Ali Mohammad Khorshiddoust 1
saeed Jahanbakhsh 2
1 Tabriz university, Tabriz, Iran
2 Faculty of Planning and Environmental Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
10.30488/ccr.2022.361233.1093
Abstract
In this research, the performance of CMIP6 general circulation models has been evaluated in the simulation of temperature and precipitation in the catchment area of Lake Urmia. The models used are MPI, CMCC, INM and MRI with a spatial resolution of 100 km. The performance of the models was evaluated before and after the bias correction. To correct the bias of the models, the statistical method of the delta factor change and the data of seven synoptic stations at the basin level have been used. For this purpose, the studied period (1990-2013) was divided into two twelve-year periods for calibration and verification. In this way, the accuracy of the corrected data of the models was evaluated using the delta factor change for the period of 2002-2013 compared to the observational data by using R2, RMSE, NRMSE indicators and Taylor and scatter diagrams. The results showed that for the entire basin, there is a strong linear relationship between the corrected data of models and station observations for temperature and a weak linear relationship for precipitation. The RMSE and NRMSE indices indicate the high accuracy of the models in simulating the monthly temperature and relatively weaker accuracy in simulating the monthly rainfall of the basin, and among the models, CMCC had the highest error. The spatial distribution maps of NRMSE for the total monthly averages showed that all four models have simulated temperature with high accuracy, but the simulation of precipitation in some areas of the basin does not have acceptable accuracy. Therefore, the performance of the studied models was evaluated as good in temperature simulation and poor in precipitation simulation, especially in the CMCC model.
Keywords
Simulation of Temperature and Precipitation
Delta Change Factor method
Bias Correction
  1. حسینی­خواه، منصور، زینی­وند، حسین، حقی­زاده، علی، طهماسبی­پور، ناصر، (1393). صحت سنجی مقادیر دما و بارش مدل­های گردش عمومی در ایستگاه­های کرمانشاه، روانسر و اسلام آباد غرب، مجله هیدرولوژی، دوره 1، شماره 3، صفحات 206-195.
  2. حمیدیان­پور، محسن، فلاح قالهری، غلامعباس، علیمرادی، محمدرضا، 1400. ارزیابی کارایی مدل SDSM در بررسی پیامدهای تغییر اقلیم برای پهنه‌های اقلیمی مختلف ایران، مجله پژوهش­های تغییرات آب و هوایی، دوره 2، شماره 5، صفحات 14-1.
  3. دهقانی، مرتضی، کاویان، عطااله، حبیب نژاد روشن، محمود، جعفریان جلودار، زینب، 1400. ارزیابی عدم قطعیت مدل­های منطقه­ای تغییر اقلیم و روش­های تصحیح خطا و پیش‌بینی تغییرات اقلیمی شهرستان بیرجند، پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز، دوره 12، شماره 23، صفحات 53-42.
  4. رضیئی طیب، (1396). منطقه­بندی اقلیمی ایران به روش کوپن-گایگر و بررسی جابجایی مناطق اقلیمی کشور در سده بیستم، فیزیک زمین و فضا، دوره 43، شماره 2، صفحات 439-419.
  5. رنجبر، فیروز، اوجی روح­اله، 1399. اثرات گرمایش جهانی بر روند فرین­های دمای روزانه در ایستگاه­های منطقه خزری، مجله پژوهش­های تغییرات آب و هوایی، شماره 1، دوره 3، صفحات 34-21.
  6. زرین، آذر، داداشی رودباری، عباسعلی، 1399، پیش نگری چشم انداز بلندمدت دمای آینده ایران مبتنی بر برونداد پروژه مقایسه مدل­های جفت شده فاز ششم (CMIP6)، مجله فیزیک زمین و فضا، دوره 46، شماره 3، صفحات 602-583.
  7. شکوهی، مجتبی، ثنائی‌نژاد، سیدحسین، بنایان اول، محمد، 1397. ارزیابی شبیه­سازی دما و بارش مدل‌های اقلیمی CMIP5 در مطالعات منطقه­ای تغییر اقلیم (مطالعه موردی: مناطق عمده تولید گندم دیم ایران)، نشریه آب و خاک، دوره 32، شماره 5، صفحات 1024-1013.
  8. عبدالعلی زاده، فیروز، 1397. پیش بینی تغییرات اقلیمی تحت سناریوهای RCP و ارزیابی اثرات آن بر منابع آب (مطالعه موردی: حوضه آبریز آجی چای)، رستم­زاده، هاشم، پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تبریز، دانشکده برنامه­ریزی و علوم محیطی، گروه آب و هواشناسی.
  9. قربانی­اقدم مرضیه، دین­پژوه یعقوب، فاخری­فرد احمد، دربانی صابره، (1391). پهنه­بندی حوضه دریاچه ارومیه از نظر خشکسالی با روش تجزیه به عامل­ها، مجله آب و خاک، دوره 26، شماره 5، صفحات 1276-1268.
  10. کامیار، اصغر، 1399. اصلاح خطای دما و بارش در شبیه­سازی مدل­های آب و هوایی، مجله پژوهش­های تغییرات آب و هوایی، دوره 1، شماره 1، صفحات 14-1.
  11. کامیار، اصغر، یزدان پناه، حجت اله، موحدی، سعید، 1397. ارزیابی دقت خروجی مدل­های منطقه­ای آب و هوا در ایران، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، دوره 5، شماره 10، صفحات 176-161.
  12. کریمی، مصطفی، نبی زاده، عادل، 1397. ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر پارامترهای اقلیمی حوضه آبریز دریاچه ارومیه طی سال­های 2040-2011 با استفاده از مدل Lars-WG، مجله جغرافیا و برنامه ریزی، دوره 22، شماره 65، صفحات 285-265.
  13. گودرزی، مسعود، صلاحی، برومند، حسینی، سید اسعد، 1394. بررسی تأثیر تغییرات اقلیمی بر تغییرات رواناب سطحی (مطالعه موردی: حوضه آبریز دریاچه ارومیه)، مجله اکوهیدرولوژی، دوره 2، شماره 2، صفحات 189-175.
  14. معصوم پور سماکوش، جعفر، میری، مرتضی، پورکمر، فاطمه، 1396. ارزیابی داده­های مدل­های اقلیمی CMIP5 در مقابل داده­های مشاهده­ای ایران، مجله ژئوفیزیک ایران، دوره 11، شماره 4، صفحات 53-40.
  15. میردشتوان، مهسا، ملکیان، آرش، محسنی ساروی، محسن، 1396. ارزیابی تغییر اقلیم تحت سناریوهای انتشار گازهای گلخانه­ای: حوضه آبریز دریاچه ارومیه، مجله مدیریت بیابان، دوره 5، شماره 9، صفحات 30-15.
  16. Ahmed, K.F., Wang, G., Silander, J., Wilson, A.M., Allen, J.M., Horton, R., Anyah, R., 2013. Statistical downscaling and bias correction of climate model outputs for climate change impact assessment in the U.S. northeast, Global and Planetary Change, 100, 320-332.
  17. Eyring, V., Bony, S., Meehl, G.A., Senior, C.A., Stevens, B., Stouffer, R.J., Taylor, K.E. 2016. Overview of the coupled model Intercomparison project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization. Geosci. Model Dev. (GMD) 9, 1937–1958.
  18. Flato, G., Marotzke, J., Abiodun, B., Braconnot, P., Chou, S.C., Collins, W., Cox, P., Driouech, F., Emori, S., Eyring, V., et al. 2013. Evaluation of climate models. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 741–866.
  19. Fowler, H.J., and Wilby, R.L. 2007. Beyond the downscaling comparison study. Int. J. Climatol., 27, 1543–1545.
  20. IPCC, 2013. Summary for Policymakers. In: Stocker, T.F., Qin, D., Plattner, G.-K., Tignor, M., Allen, S.K., Boschung, J., Nauels, A., Xia, Y., Bex, V., Midgley, P.M. (Eds.), Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
  21. IPCC, 2021. Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press.
  22. Li, X., Pijcke, G., Babovic, V. 2016. Analysis of Capabilities of Bias-corrected Precipitation Simulation from Ensemble of Downscaled GCMs in Reconstruction of Historical Wet and Dry Spell Characteristics, Procedia Engineering, 154, 631-638.
  23. Mehrotra, R., Sharma, A. 2015. Correcting for systematic biases in multiple raw GCM variables across a range of timescales, Journal of Hydrology, 520, 214-223.
  24. Pedersen, J.T.S., Vuuren, D., Gupta, J., Santos, F.D., Jae Edmonds, J., Swart, R., 2022, IPCC emission scenarios: How did critiques affect their quality and relevance 1990–2022?, Global Environmental Change, Volume 75, 102538, ISSN 0959-3780.
  25. Senatore, A., Fuoco, D., Maiolo, M., Mendicino, G., Smiatek, G., Kunstmann, H. 2022. Evaluating the uncertainty of climate model structure and bias correction on the hydrological impact of projected climate change in a Mediterranean catchment, Journal of Hydrology: Regional Studies, 42, 101120.
  26. Srivastava, A., Grotjahn, R., Ullrich, P.A. 2020. Evaluation of historical CMIP6 model simulations of extreme precipitation over contiguous US regions, Weather and Climate Extremes, 29, 100268.
  27. Wood, A.W., Leung, L.R., Sridhar, V. and Lettenmaier, D.P. 2004. Hydrologic implications of dynamical and statistical approaches to downscaling climate model outputs. Climatic Change, 62, 189–216.
  28. Yang, X., Wood, E.F., Sheffield, j., Ren, L., Zhang, M., and Wang, Y. 2018, Bias Correction of Historical and Future Simulations of Precipitation and Temperature for China from CMIP5 Models, Journal of Hydrometeorology, 609-623.
  29. Zhang, X., Hua, L., Jiang, D. 2021. Assessment of CMIP6 model performance for temperature and precipitation in Xinjiang, China, Atmospheric and Oceanic Science Letters, 15(11):100128.