Climate Change Research

Climate Change Research

Assessing the impacts of climate change on the future droughts in Gorganroud Watershed under CIMP6 models

Document Type : Original Article

Authors
Elaheh Asgari 1
Mohammad Sadegh Norouzi Nazar 2
m Baaghideh 3
Alireza Entezari 3
1 PhD of Climatology, Faculty of Geography and Environmental Sciences, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran.
2 Master of Civil Engineering, Department of Civil Engineering, Gonbad Kavoos Branch, Islamic Azad University, Gonbad Kavoos, Iran.
3 Associate Professor of Climatology, Faculty of Geography and Environmental Sciences, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran.
10.30488/ccr.2023.397170.1134
Abstract
The characteristics of drought, as one of the environmental events, may change under the effect of climate change in future periods. The current study was conducted with the aim of predicting meteorological drought in Gorganroud watershed. For this purpose, the output of temperature and precipitation of 8 General Circulation Models (GCMs), were investigated under two scenarios (SSP2-4.5) and (SSP5-8.5) during two periods of 2025-2054 and 2071-2100. To downscale the GCMs, quintile mapping bias correction method was used. After projecting the future precipitation and temperature, the SPEI index was calculated at the annual scale for the baseline and future periods. Thereafter, the drought characteristics (duration, intensity and Severity) were computed using the median results of SPEI bands based on the Run theory method. With the aim of improving the process of evaluating and quantifying the effects of climate change on future droughts in the region and showing the uncertainties caused by climate models, the prediction bands of climate variables have been used to quantify the SPEI index. According to the simulated results of performance of multi model ensemble, that in the future climate conditions, the average values of mean temperature and precipitation will increase in both scenarios; So that the temperature increases from 1.2 to 4.4 Celsius and precipitation increases by 2 to 11.9 percent. The results of this study show that the conditions of the region in the coming decades likely the normal or wet climate conditions in the near decades, but these conditions would change in the far future as the more we move towards the last decades of the century, the more occurrences of droughts would happen. The results obtained from of the Run theory indicate that the duration and magnitude intensity profiles will decrease in the SSP2-4.5 scenario and the near future period in the SSP5-8.5 scenario.
Keywords
SPEI index
CMIP6
Quintile mapping
Run theory
Gorganroud watershed
Subjects
  1. آباده، محمود، خسروشاهی، محمد. 1400. ارزیابی و پایش پدیده خشکسالی بر اساس دو شاخص SPI و SPEI در استان هرمزگان.تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 28(4)، 718-732.‎
  2. انصاری مهابادی، ثمین، دهبان، حسین، زارعیان، محمدجواد، فرخ‌نیا، اشکان. 1400. بررسی روند تغییرات دما و بارش حوضه‌های آبریز ایران در افق 20 سال آینده بر اساس برونداد مدل‌هایCMIP6 . پژوهش آب ایران، 16 (1)، 11-24.
  3. تاج‌‌بخش، سحر، عیسی‌خانی، نسرین، فضل‌کاظمی، امین. 1394. ارزیابی خشکسالی هواشناسی در ایران با استفاده از شاخص «استانداردشده بارش و تبخیر-تعرق (SPEI)». مجله فیزیک زمین و فضا، 41(2)، 313-321.
  4. جهانگیر، محمدحسین، رحیمی، فراز، ابوالقاسمی، مهناز. 1400. پیش‌نگری و تحلیل زمانی و مکانی خشکسالی استان تهران تحت مدل گردش عمومی جوی اقیانوسی CanESM2 بر اساس شاخص SPEI. نشریه مهندسی اکوسیستم بیابان، 33(10)، 139-158.‎
  5. دنیائی، علیرضا، 1401. ارزیابی عملکرد مدل‌های BNU-ESM ﻭ MIROC-ESM در گرمایش جهانی با نگرشی ﺑﺮ فراسنج‌های اقلیمی و خشکسالی‌های آینده (مطالعه موردی :حوضه آبریز گرگان‌رود، استان گلستان)، اکوسیستم‌های طبیعی ایران،1(13)، 93-112.
  6. زارع ابیانه، حمید، قبائی سوق، محمد، مساعدی، ابوافضل. 1394. پایش خشکسالی بر مبنای شاخص بارش - تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI) تحت تأثیر تغییر اقلیم، آب و خاک، 29(2). 374-392.
  7. زرین، آذر، داداشی رودباری، عباس‌علی، کدخدا، الهام، 1401. پیش‌نگری خشکسالی تحت سناریوهای SSP تا پایان قرن بیست و یکم، مطالعه موردی: حوضه دریاچه ارومیه. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 7(53)، ص 1499-1516.
  8. سعیدی‌پور، مهدی، رادمنش فریدون، اسلامیان، سعید، شریفی، محمدرضا. 1398. تحلیل منطقه‌ای خشکسالی در حوضه آبریز کارون با استفاده از شاخص‌های SPI و SPEI، علوم آب و خاک. ۲۳ (۲) ، 397-415.
  9. شجاع، فائزه، شمسی‌پور، علی اکبر. 1402. پیش‌نمایی تغییرات بارش‌های آتی حوضه‌های آبخیز تأمین‌کننده آب شهر تهران، مخاطرات محیط طبیعی، 36(12)، 151-180.
  10. طاووسی، تقی، شجاع، فائزه، اکبری، الهه، عسگری، الهه، 1395، ارزیابی تغییرات کاربری اراضی و تحلیل روند بیابان زایی اقلیمی چاله گاوخونی.‎ فضای جغرافیایی، 56 (16)، 94-79.
  11. فلاح کلاکی، محمد، شکری کوچک، وحید، و رمضانی اعتدالی، هادی. 1400. شبیه‌سازی اثرات تغییر اقلیم با استفاده از مدل‌های اقلیمی CMIP5 و CMIP6 بر رواناب با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT (مطالعه موردی: حوضه آبریز طشک-بختگان). تحقیقات منابع آب ایران، 17(3 )، 345-359.
  • متولی باشی نایینی، الهه، آخوندعلی، علی‌محمد، رادمنش، فریدون، شریفی، محمدرضا، عابدی کوپاپی، جهانگیر. 1398. پهنه‌بندی خصوصیات خشکسالی تحت اثر تغییر اقلیم با استفاده از روش توابع مفصل در حوضه زاینده‌رود. علوم مهندسی و آبیاری (مجله علمی کشاورزی)، 42(1)، 145-160.
  1. مساح بوانی، علیرضا، قاسم‌زاده، سجاد، روزبهانی، عباس، رجائی، فاطمه. 1400. پیش‌بینی تغییر اقلیم با استفاده از رویکرد مدل‌های چندگانۀ گروهی در حوضۀ آبخیز قره سو. اکوهیدرولوژی، 8(4)، ص 1197-1198.
  2. میرزایی حسنلو، ایوب، عبقری، هیراد، عرفانیان، مهدی. 1399. ارزیابی شاخص خشکسالی SPEI و تحلیل روند با استفاده از روش‌های ناپارامتریک در ایستگاه‌های منتخب حوزه آبریز دریاچه ارومیه. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 11(22)، 175-187.‎
  3. نصرتی، کاظم. 1393. ارزیابی شاخص بارش - تبخیر و تعرّق استاندارد شده (SPEI) جهت شناسایی خشکسالی در اقلیم‌های مختلف ایران، فصلنامه علوم محیطی، 4، 63-74.
  4. نیکبخت، جعفر، هادلی، فاطمه. 1400. مقایسه شاخص‌های SPI، RDI و SPEI جهت پایش خشکسالی در شرایط تغییر اقلیم (مطالعه موردی: ایستگاه کرمانشاه)، هواشناسی کشاورزی، 9(1)، 14-25.
  5. Bai, H., Xiao, D., Wang, B., Liu, D.L., Feng, P., & Tang, J. 2021. Multi‐model ensemble of CMIP6 projections for future extreme climate stress on wheat in the North China plain. International Journal of Climatology, 41, P E171-E186.
  6. Chen, H., Sun, J., Lin, W., & Xu, H. 2022. Comparison of CMIP6 and CMIP5 models in simulating climate Science Bulletin, 65(17), P 1415-1418.
  7. Dai, A. 2013. Increasing drought under global warming in observations and models. Nature Climate Change, 3, 52–58.
  8. Dukat, P., Bednorz, E., Ziemblińska, K., & Urbaniak, M. 2022. Trends in drought occurrence and severity at mid-latitude European stations (1951–2015) estimated using standardized precipitation (SPI) and precipitation and evapotranspiration (SPEI) indices. Meteorology and Atmospheric Physics, 134(1), P 20.
  9. Eyring, V., Bony, S., Meehl, G. A., Senior, C., Stevens, B., Stouffer, R. J., Taylor, K. E. 2015. Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organisation. Geoscientific Model Development Discussions, 8(12), P 1937-1958.
  10. Funk, C., Harrison, L., Alexander, L., Peterson, P., Behrangi, A., & Husak, G. 2019. Exploring trends in wet‐season precipitation and drought indices in wet, humid and dry regions. Environmental Research Letters.
  11. Gupta, R., Bhattarai, R., and Mishra, A. 2019. Development of Climate Data Bias Corrector (CDBC) Tool and Its Application over the AgroEcological Zones of India. Journal of Water, 11(5), 1102.
  12. 2020. Summary for policymakers Climate Change 2020. The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press (2020).
  13. Jiménez-Navarro, I. C., Jimeno-Sáez, P., López-Ballesteros, A., Pérez-Sánchez, J., Senent-Aparicio, J. 2021. Impact of Climate Change on the Hydrology of the Forested Watershed That Drains to Lake Erken in Sweden: An Analysis Using SWAT+ and CMIP6 Scenarios. Forests, 12(12), P 1803.
  14. Lee, Sang-Hyun, Seung-Hwan Yoo, Jin-Yong Choi, and Seungjong Bae. 2017. Assessment of the Impact of Climate Change on Drought Characteristics in the Hwanghae Plain, North Korea Using Time Series SPI and SPEI: 1981–2100" Water9, no. 8:P 579. 
  15. Liu, C., Yang, C., Yang, Q. Wang, J., 2021. Spatiotemporal drought analysis by
    the standardized precipitation index (SPI) and standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) in Sichuan Province, China. Sci Rep 11, P 1280.
  16. Ogunrinde, A. T., Oguntunde, P. G., Akinwumiju, A. S., Fasinmirin, J. T., Olasehinde, D. A., Pham, Q. B., ... & Anh, D. T. 2022. Impact of Climate Change and Drought Attributes in Nigeria. Atmosphere, 13(11), P 1874.
  17. Pendergrass, A. G., Meehl, G. A., Pulwarty, R., Hobbins, M., Hoell, A., AghaKouchak, A., & Woodhouse, C. A. 2020. Flash droughts present a new challenge for subseasonal-to-seasonal prediction. Nature Climate Change, 10(3), P 191-199.
  18. Rebetez M., Mayer H., Dupont, O., Schindler D., Gartner K., Kropp J.P., and Menzel A. 2006. Heat and drought 2003 in Europe: A climate synthesis. Ann. For. Sci., 63: 569–577.
  19. Trenberth, K. E., Dai, A., van der Schrier, G., Jones, P. D., Barichivich, J., Briffa, K. R., & Sheffield, J. 2014. Global warming and changes in drought. Nature Climate Change, 4, P 17–22.
  20. Ukkola, A. M., De Kauwe, M. G., Roderick, M. L., Abramowitz, G., & Pitman, A. J. 2020. Robust future changes in meteorological drought in CMIP6 projections despite uncertainty in precipitation. Geophysical Research Letters, 47(11), e2020GL087820.
  21. Vicente-Serrano S.M., Beguería S., and López-Moreno J.I. 2010. A Multi–scalar drought index sensitive to global warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index – SPEI. Journal of Climate, 23(7): P 1696– 1718.
  22. Vicente-Serrano, S. M., Beguería, S., & López-Moreno, J. I. 2010. A multiscalar drought index sensitive to global warming: the standardized precipitation evapotranspiration index. Journal of climate, 23(7), P1696- 1718.