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

Subject Areas : Water and Environment

Afshin Ashrafzade ¹ , jaber salehpoor ² , arezoo sharifi ³

1 - Assistant Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran.
2 - M.Sc. Graduated of Water Resources Engineering, Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran.
3 - PHD student in soil physic and conservation, University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran .Corresponding author

Received: 2018-04-08 Accepted : 2018-09-05 Published : 2022-06-22

Keywords: HadCM3, Drought, LARS-WG, DI Index, Downscaling, GCM, SPI index, Climate Change,

Abstract :

Climate change is one of the most important challenges that affect different parts of human life. One of the most important consequences of climate change is the impact on water resources and the occurrence of droughts. In this research, the effects of climate change on the drought condition of Hablehrood watershed during the next three decades were evaluated using Decile Drought Index and Standardized Precipitation Index (SPI). Initially, the monthly data of the output of the HADCM3 General Circulation Model )GCM(, under the A2 scenario were Downscaled in the LARS-WG5 statistical model and the ability of this model to simulate the past climate (1995-1995 period) Firoozkooh synoptic stations basin Hablehrood watershed was approved. Then, climatic parameters of the minimum temperature, maximum temperature, precipitation and sunshine for the period 2040-2011 were simulated for the station studied. The results obtained from the station showed that the average annual maximum temperature would increase to 0.47 degrees Celsius, and the minimum temperatures would be 0.56 degrees Celsius. Annual precipitation fluctuations are not significantly different with rainfall during the base period, so that precipitation 0.06mm will be changed in the future period. Then, using rainfall data, the drought condition of the basin was studied using the two droughts Index mentioned in the annual scale. The results showed that these two Index are well-matched

References:

• Khazaneh‏ dari,‏,‏ Zabol‏ Abbasi,‏ F.,‏ Ghandhari,‏ S.‏ H.,‏ Kohi.‏ M.‏ (2009)‏ the‏ Perspective‏ of‏ Drought‏ Conditions‏ over‏ the‏ Next‏ Thirty‏ Years,‏ Journal‏ of‏ Geography‏ and‏ Regional‏ Development,‏ 12,‏ pp.‏ 83-98.


• صالح‏پور‏ جم،‏ امین؛‏ محسنی‏ ساروی،‏ محسن؛‏ بذرافشان،‏ جواد؛‏ خلیقی‏ سیگارودی،‏ شهرام‏ (1393)‏ بررسی‏ اثر‏ تغییر‏ اقلیم‏ بر‏ ویژگی‏های‏ خشکسالی‏ دورة‏ ‏آتی‏ با‏ کاربرد‏ مدل‏ گردش‏ عمومی‏ جو‏ HadCM3‏ (مطالعة‏ موردی:‏ شمال‏ غربی‏ ایران)،‏ نشریه‏ مرتع‏ و‏ آبخیزداری،‏ دوره‏ 67،‏ شماره‏ 4،‏ صص‏ 548-537.


• اشرف،‏ بتول؛‏ موسوی‏ بایگی،‏ محمد؛‏ کمالی،‏ غلامعلی؛‏ داوری،‏ کامران‏ (1390)‏ پیش‏ بینی‏ تغییرات‏ فصلی‏ پارامترهای‏ اقلیمی‏ در‏ 20‏ سال‏ آتی‏ با‏ استفاده‏ از‏ ریز‏ مقیاس‏ نمایی‏ آماری‏ داده‏ های‏ مدل‏ HADCM3‏ (مطالعه‏ موردی:‏ استان‏ خراسان‏ رضوی)،‏ آب‏ و‏ خاک،‏ دوره‏ 25،‏ شماره‏ 4،‏ صص957-945.


• Zareeian,‏J.,‏ Eslamian,‏ S.,‏ Gohari,‏ A.,‏ and‏ Adamowski,‏ J.‏ 2017.‏ The‏ Effect‏ of‏ Climate‏ Change‏ on‏ Watershed‏ Water‏ Balance,‏ in‏ Mathematical‏ Advances‏ Towards‏ Sustainable‏ Environmental‏ Systems,‏ Ed.‏ by‏ Furze,‏ J.N.,‏ Swing,‏ K.,‏ Gupta,‏ A.K.,‏ McClatchey,‏ R.,‏ Reynolds,‏ D.,‏ Springer‏ International‏ Publishing,‏ Switzerland,‏ 215-238.


• Maleksaeidi,‏,‏ Keshavarz,‏ M.,‏ Karami,‏ E.,‏ Eslamian,‏ S.,‏ 2017,‏ Climate‏ Change‏ and‏ Drought:‏ Building‏ Resilience‏ for‏ an‏ Unpredictable‏ Future,‏ Ch.‏ 9‏ in‏ Handbook‏ of‏ Drought-‏ and‏ Water‏ Scarcity,‏ Vol.‏ 2:‏ Environmental‏ Impacts‏ and‏ Analysis‏ of‏ Drought‏ and‏ Water‏ Scarcity,‏ Ed.‏ by‏ Eslamian‏ S.‏ and‏ Eslamian‏ F.,‏ Francis‏ and‏ Taylor,‏ CRC‏ Press,‏ USA,‏ 163-186.


• IPCC‏ (2010)‏ Meeting‏ Report‏ IPCC‏ Expert‏ Meeting‏ on‏ Assessing‏ and‏ Combining‏ Multi‏ Model IPCC‏ (2007)‏ Climate‏ change,‏ the‏ physical‏ science‏ basis,‏ Cambridge‏ University‏ Press,‏


• قاسمی‏ نژاد،‏ سعیده؛‏ سلطانی،‏ سعید؛‏ سفیانیان،‏ علیرضا‏ (1393)‏ ارزیابی‏ ریسک‏ خشکسالی‏ استان‏ اصفهان،‏ مجله‏ علوم‏ آب‏ و‏ خاک،‏ ۱۸‏ (۶۸)،‏ صص‏ ۲۱۳-۲۲۶.


• Wilhite,‏A.,‏ Glantz.‏ M.H.‏ (1985)‏ Understanding‏ the‏ drought‏ phenomenon:‏ the‏ role‏ of‏ definitions,‏ Water‏ International,‏ 10,‏ pp.‏ 111-12.


• Tramblay,‏,‏ Badi,‏ W.,‏ Driouech,‏ F.,‏ Adlouni,‏ S.‏ El.,‏ Neppel,‏ S.,‏ Servat,‏ E.‏ (2012)‏ Climate‏ change‏ impacts‏ on‏ extreme‏ precipitation‏ in‏ Morocco,‏ Global‏ and‏ Planetary‏ Change,‏ 82:‏ pp.104-114.


• هادی‏نیا،‏ حسین؛‏ پیرمرادیان،‏ نادر؛‏ اشرف‏زاده،‏ افشین‏ (1392)‏ اثر‏ تغییر‏ اقلیم‏ بر‏ نیاز‏ آبی‏ برنج‏ در‏ منطقة‏ رشت،‏ پایان‏نامة‏ کارشناسی‏ ارشد،‏ رشتة‏ مهندسی‏ کشاورزی،‏ گرایش‏ آبیاری‏ و‏ زهکشی،‏ دانشگاه‏ گیلان.


• ضرغامی،‏ مهدی؛‏ بابائیان،‏ ایمان؛‏ حسن‏زاده،‏ یوسف؛‏ کنعانی،‏ رضا‏ (1391)‏ مطالعه‏ تغییر‏ اقلیم‏ و‏ اترات‏ آن‏ بر‏ خشکی‏ (مطالعه‏ موردی:‏ استان‏ آذربایجان‏ شرقی)،‏ فصلنامه‏ علوم‏ و‏ مهندسی‏ آبخیزداری،‏ شماره‏ 18،صص‏ 76-61.


• مشکواتی،‏ امیر‏ حسین؛‏ کردجزی،‏ محمد؛‏ بابائیان،‏ ایمان‏ (1389)‏ بررسی‏ و‏ ارزیابی‏ مدل‏ لارس‏ در‏ شبیه‏سازی‏ داده‏های‏ هواشناسی‏ استان‏ گلستان‏ در‏ دوره‏ 2007-1993‏ میلادی،‏ نشریه‏ تحقیقات‏ کاربردی‏ علوم‏ جغرافیایی،‏ جلد16،‏ شماره‏ 19،‏ صص‏ 96-81.


• Mavromatis,‏,‏ Hansen,‏ J.‏ W.‏ (2001)‏ Inter‏ annual‏ variability‏ characteristics‏ and‏ simulated‏ crop‏ response‏ of‏ four‏ stochastic‏ weather‏ generators,‏ Agricultural‏ and‏ Forest‏ Meteorology,‏ 109(4),‏ pp.‏ 283-296


• Semenov,‏‏ A.‏ (2008)‏ Simulation‏ of‏ extreme‏ weather‏ events‏ by‏ a‏ stochastic‏ weather‏ generator,‏ Climate‏ Research,‏ 35,‏ pp.‏ 203-212.


• خلیلی‏ اقدم،‏ نبی؛‏ مساعدی،‏ ابولفضل؛‏ سلطانی،‏ افشین؛‏ کامکار،‏ بهنام‏ (1391)‏ ارزیابی‏ توانایی‏ مدل‏ LARS-WG‏ در‏ پیش‏بینی‏ برخی‏ از‏ پارامترهای‏ جوی‏ سنندج،‏ پژوهش‏های‏ حفاظت‏ آب‏ و‏ خاک‏ (علوم‏ کشاورزی‏ و‏ منابع‏ طبیعی)،‏ دوره‏ 19‏ شماره‏ 4،‏ صص‏ 102-85.‏


• خورانی،‏ اسداله؛‏ مرودشتی،‏ منجذب‏ شهربانو‏ (1393)‏ بررسی‏ آثار‏ تغییر‏ اقلیم‏ بر‏ میزان‏ بازدید‏ از‏ جزیره‏ هنگام،‏ فصلنامه‏ پژوهش‏های‏ جغرافیای‏ طبیعی،‏ صص122-‏ 109.


• Racsko,‏,‏ Szeidl,‏ L.,‏ Semenov‏ M.‏ (1991)‏ A‏ serial‏ approach‏ to‏ local‏ stochastic‏ weather‏ models,‏ Ecol‏ Model,‏ 57,‏ pp.‏ 27–41.


• Climate‏ Projections,(2007)‏ National‏ Center‏ for‏ Atmospheric‏ Research,‏ Boulder‏ Colorado,‏ USA,‏‏ 115.


• حجازی‏زاده،‏ زهرا؛‏ جوی‏زاده،‏ سعید‏ (۱۳۸۸)‏ محاسبه‏ اتوماتیک‏ شاخص‏های‏ رایج‏ خشکسالی‏ با‏ استفاده‏ از‏ نرم‏ افزارDIC‏ ‏ (نرم‏ افزار‏ تولید‏ شده‏ توسط‏ نویسندگان‏ این‏ مقاله)،‏ ششمین‏ کنفرانس‏ اقتصاد‏ کشاورزی‏ ایران،‏ کرج‏ انجمن‏ اقتصاد‏ کشاورزی‏ ایران،‏ پردیس‏ کشاورزی‏ و‏ منابع‏ طبیعی‏ دانشگاه‏ تهران.‏


• McKee,‏B.,‏ Doesken,‏ N.J.,‏ Kleist,‏ J.‏ (1993)‏ The‏ Relationship‏ of‏ Drought‏ Frequency‏ and‏ Duration‏ to‏ Time‏ Scales.‏ In‏ Proc,‏ 8th‏ Conf.‏ on‏ Applied‏ Climatology,‏ January‏ 17-22,‏ American‏ Meteorological‏ Society,‏ Massachusetts,‏ pp.‏ 179-184.


• Edward,‏‏ C.,‏ Mckee,‏ T.‏ B.‏ (1997)‏ Characteristics‏ of‏ 20th‏ century‏ drought‏ in‏ the‏ United‏ States‏ and‏ multiple‏ time‏ scales,‏ pp.‏ 155.‏ In:‏ Climatology‏ Report,‏ Colorado‏ State‏ University.


• Gibbs,‏‏ J.,‏ Maher,‏ J.‏ V.‏ (1967)‏ Rainfall‏ deciles‏ as‏ drought‏ indicators,‏ Bureau‏ of‏ Meteorology‏ Bulletin,‏ No.‏ 48,‏ Commonwealth‏ of‏ Australia,‏ Melbourne.


• عزیزآبادی‏ فراهانی،‏ مسعود؛‏ بختیاری،‏ بهرام؛‏ قادری،‏ کورش؛‏ رضاپور،‏ محسن‏ (1395)‏ بررسی‏ تاثیر‏ تغییر‏ اقلیم‏ بر‏ منحنی‏های‏ سختی-‏ مدت-‏ فراوانی‏ خشکسالی‏ حوزه‏ آبریز‏ قره‏سو‏ با‏ استفاده‏ از‏ توابع‏ مفصل،‏ تحقیقات‏ آب‏ و‏ خاک‏ ایران،‏ دوره‏ 47،‏ شماره‏ 4،‏ صص‏ 754-743.


• Kiem,‏‏ S.‏ (2013)‏ Drought‏ and‏ water‏ policy‏ in‏ Australia:‏ Challenges‏ for‏ the‏ future‏ illustrated‏ by‏ the‏ issues‏ associated‏ with‏ water‏ trading‏ and‏ climate‏ change‏ adaptation‏ in‏ the‏ Murray–Darling‏ Basin,‏ Global‏ environmental‏ change,‏ 23(6),‏ pp.‏ 1615-1626.


• حق‏طلب،‏ نفیسه؛‏ گودرزی،‏ محسن؛‏ حبیبی‏ نوخندان،‏ مجید؛‏ یاوری،‏ احمدرضا؛‏ جعفری،‏ حمیدرضا‏ (1392)‏ مدل‏سازی‏ اقلیم‏ استان‏های‏ تهران‏ و‏ مازندران‏ با‏ استفاده‏ از‏ مدل‏ اقلیمی‏ LARS-WG‏ و‏ مقایسه‏ آن‏ در‏ جبهه‏های‏ شمالی‏ و‏ جنوبی‏ البرز‏ مرکزی،‏ علوم‏ و‏ تکنولوژی‏ محیط‏ زیست،‏ شماره‏ 1،‏ صص‏ 49-37.


• گل‏ محمدی،‏ مریم؛‏ مسّاح‏ بوانی،‏ علیرضا‏ (1390)‏ بررسی‏ تغییرات‏ شدّت‏ و‏ دوره‏ بازگشت‏ خشکسالی‏ حوضه‏ قره‏ سو‏ در‏ دوره‏ های‏ آتی‏ تحت‏ تاثیر‏ تغییر‏ اقلیم،‏ نشریه‏ آب‏ و‏ خاک‏ (2)25،‏ صص‏ 326-315.


• Vidal,‏‏ P.,‏ Wade.‏ S.‏ (2009)‏ A‏ multi‏ model‏ assessment‏ of‏ future‏ climatological‏ droughts‏ in‏ the‏ United‏ Kingdom,‏ International‏ Journal‏ of‏ Climatology,‏ 29,‏ pp.‏ 2056-2071.


• Loukas,‏,‏ Vasiliades,‏ L.,‏ Tzabiras,‏ J.‏ (2008)‏ Climate‏ change‏ effects‏ on‏ drought‏ severity,‏ Advances‏ in‏ Geosciences,‏ 17,‏ pp.‏ 23-29.


• محمدیان،‏ آزاده؛‏ کوهی،‏ منصوره؛‏ آدینه‏ بیگی،‏ آرمان؛‏ رسولی،‏ سید‏ جواد؛‏ بذرافشان،‏ بهاره‏ (1389)‏ مقایسه‏ پایش‏ خشکسالی‏ با‏ استفاده‏ از‏ شاخص‏های‏ SPI،‏ DI‏ و‏ PNI‏ و‏ پهنه‏بندی‏ آن‏ها‏ (مطالعه‏ موردی:‏ استان‏ خراسان‏ شمالی)،‏ مجله‏ پژوهش‏های‏ حفاظت‏ آب‏ و‏ خاک،‏ جلد‏ 7،‏ شماره‏ 1،‏ صص‏ 184-177.


• گزارش‏ مطالعات‏ بهنگام‏سازی‏ طرح‏ جامع‏ آب‏ کشور‏ در‏ حوضه‏های‏ آبریز‏ دریاچه‏ نمک،‏ گاوخونی،‏ سیاه‏کوه‏ -‏ ریگ‏ زرین‏ و‏ کویر‏ مرکزی‏ -‏ ‏ مهندسین‏ مشاور‏ یکم،‏ (1392)‏ وزارت‏ نیرو،‏ معاونت‏ آب‏ و‏ آبفا،‏ دفتر‏ برنامه‏ریزی‏ کلان‏ آب‏ و‏ آبفا.


• دستورانی،‏ محمد‏ تقی،‏ حبیبی‏ پور،‏ اعظم،‏ اختصاصی،‏ محمد‏ رضا،‏ طالبی،‏ علی،‏ محجوبی،‏ جواد‏ (1392)‏ بررسی‏ کارایی‏ مدل‏ درخت‏ تصمیم‏ در‏ پیش‏ بینی‏ بارش‏ (مطالعۀ‏ موردی‏ ایستگاه‏ سینوپتیک‏ یزد)،‏ فصلنامۀ‏ تحقیقات‏ منابع‏ آب‏ ایران،‏ سال‏ هشتم،‏ دوره‏ 8‏ ،شماره‏ 3‏ ،صص:‏ 14-23


• Moriasi,‏‏ N.,‏ J.‏ G.‏ Arnold,‏ M.‏ W.‏ Van‏ Liew,‏ R.‏ L.‏ Bingner,‏ R.‏ D.‏ Harmel‏ and‏ T.‏ L.‏ Veith,‏ (2007),‏ “Model‏ evaluation‏ guidelines‏ for‏ systematic‏ quantification‏ of‏ accuracy‏ in‏ watershed‏ simulations”,‏ Transactions‏ of‏ the‏ ASABE,‏ Volume.‏ 50,‏ No.‏ 3:‏ pp‏ 885–900.


• قربانی،‏ خلیل؛‏ خلیلی،‏ علی؛‏ علوی‏ پناه،‏ سیدکاظم؛‏ نخعی‏ زاده،‏ غلامرضا‏ (1389)‏ مطالعه‏ تطبیقی‏ نمایه‏ های‏ هواشناسی‏ خشکسالی‏ SPI,‏ SIAP‏ به‏ روش‏ داده‏ کاوی‏ (مطالعه‏ موردی‏ استان‏ کرمانشاه)،‏ نشریه‏ آب‏ و‏ خاک‏ (علوم‏ و‏ صنایع‏ کشاورزی)،‏ دوره‏ 24،‏ شماره‏ 3،‏ صص‏ 417-426.


• محمدیان،‏ آزاده؛‏ کوهی،‏ منصوره؛‏ ‏ آدینه‏بیگی،‏ ‏ آرمان؛‏ رسولی،‏ سیدجواد؛‏ بذرافشان،‏ بهاره‏ (1389)‏ .مقایسة‏ پایش‏ خشکسالی‏ با‏ استفاده‏ از‏ شاخصهای‏ SPI‏ ،DI‏ و‏ PNI‏ و‏ پهنه‏بندی‏ آنها‏ )مطالعة‏ موردی:‏ استان‏ خراسان‏ شمالی)،‏ مجلة‏ پژوهش‏های‏ حفاظت‏ آب‏ و‏ خاک،‏ جلد‏ هفدهم،‏ شمارة‏ اول،‏ صص184-177.


• نصرتی،‏ کاظم؛‏ محسنی‏ ساروی،‏ محسن؛‏ شهبازی،‏ رضا‏ (1393)‏ مقایسه‏ و‏ کاربرد‏ دو‏ شاخص‏ بارش‏ استاندارد‏ شده‏ و‏ بارش-‏ تبخیر‏ و‏ تعرق‏ استاندارد‏ ‏ شده‏ برای‏ ارزیابی‏ وضعیت‏ خشکسالی‏ هواشناسی‏ در‏ استان‏ تهران،‏ نشریه‏ مدیریت‏ بیایان‏ شماره‏ 3،‏ صص‏ 90-77.‏


• فرج‏زاده،‏ منوچهر؛‏ احمدیان،‏ کلثوم‏ (1393)‏ ‏ تحلیل‏ زمانی‏ و‏ مکانی‏ خشکسالی‏ با‏ استفاده‏ از‏ شاخص‏ SPI‏ در‏ ایران،‏ ‏مجله‏ مخاطرات‏ محیط‏ طبیعی،‏ سال‏ سوم،‏ شماره‏ چهارم،‏ صص‏ 15-2.


• نصرتی،‏ کاظم‏ (1393)‏ ارزیابی‏ شاخص‏ بارش-‏ تبخیر‏ و‏ تعرّق‏ استاندارد‏ شده‏ (SPEI)‏ جهت‏ شناسایی‏ خشک‏سالی‏ در‏ اقلیم‏های‏ مختلف‏ ایران،‏ فصلنامه‏ علوم‏ محیطی،‏ دوره‏ دوازدهم،‏ شماره‏ 4،‏ صص‏ 74-63.


• بابائیان،‏ ایمان؛‏ نجفی‏ نیک،‏ زهرا؛‏ زابل‏ عباسی،‏ فاطمه؛‏ حبیبی‏ نوخندان،‏ مجید؛‏ ادب،‏ حامد؛‏ ملبوسی،‏ شراره‏ (1387)‏ ارزیابی‏ تغییر‏ اقلیم‏ شمال‏ ایران‏ در‏ دوره‏ 2010‏ تا‏ 2039‏ میلادی‏ با‏ استفاده‏ از‏ ریزمقیاس‏ نمایی‏ داده‏های‏ مدل‏ گردش‏ عمومی‏ جو‏ ECHO–‏ G،‏ مجله‏ جغرافیایی‏ و‏ توسعه،‏ شماره‏ 16،‏ صص‏ 152-135.


• کمال،‏ علیرضا؛‏ مساح‏ بوانی،‏ علیرضا‏ (1389)‏ تاثیر‏ تغییر‏ و‏ نوسانات‏ اقلیمی‏ بر‏ رواناب‏ حوضه‏ با‏ دخالت‏ عدم‏ قطعیت‏ دو‏ مدل‏ هیدرولوژی،‏ مجله‏ آب‏ و‏ خاک،‏ دوره‏ 24،‏ شماره‏ 5،‏ صص‏ 932-920.


• سلیمانی‏ ساردو،‏ فرشاد؛‏ سلطانی‏ کوپایی،‏ سعید؛‏ سرحدی،‏ علی‏ (1387)‏ پهنه‏بندی‏ و‏ تحلیل‏ خشکسالی‏ با‏ استفاده‏ از‏ شاخص‏ بارش‏ استاندارد‏ (SPI)‏ در‏ استان‏ کرمان،‏ سومین‏ کنفرانس‏ مدیریت‏ منابع‏ آب،‏ دانشگاه‏ تبریز-‏ دانشکده‏ عمران.


• آشفته،‏ پریسا‏ سادات؛‏ مساح‏ بوانی،‏ علیرضا‏ (1386)‏ تاثیر‏ تغییر‏ اقلیم‏ بر‏ شدت‏ و‏ فراوانی‏ سیلاب‏ در‏ دوره‏های‏ آتی‏ مطالعه‏ موردی،‏ حوضه‏ آیذوغموش،‏ آذربایجان‏ شرقی،‏ مجموعه‏ مقالات‏ کارگاه‏ فنی‏ اثر‏ تغییر‏ اقلیم‏ در‏ مدیریت‏ منابع‏ آب،‏ صص‏ 48-32.