Sensitivity analysis of rivers in arid regions to changes in atmospheric elements under climate change conditions Case study: Central catchment area of Iran

Subject Areas : Climatology

forozan esvandzibaie ¹ , Manochehr Farajzadeh asl ² , Yousef Ghavidel ³

1 - PhD student in Meteorology, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 - Professor, Department of Natural Geography, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 - Associate Professor, Department of Natural Geography, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

Received: 2021-11-29 Accepted : 2022-02-14 Published : 2022-03-21

Keywords: Precipitation, Flow, Central Plateau of Iran, Maan Kendall test, Sensitivity of climatic variables,

Abstract :

In recent decades, climatic variables have become more pronounced, making the flow rate sensitive to these changes. This study used climatic data of 39 synoptic stations and nine hydrometric stations in the statistical period of 1994-2015 and prospective data of 2021-2080. Maan Kendall test in MATLAB environment has been used to detect annual changes. Maan Kendall statistics, Sen's slope estimates, and coefficient variation have been used from the relevant formulas in the Excel environment. The results show that the trend of precipitation in region 1, temperature in region 7, and evapotranspiration in basin eight are increasing, and the most changes in flow sensitivity analysis to precipitation changes in region 8, the temperature in regions 3 and 8, and the results of sensitivity analysis to evapotranspiration parameter It is different. The temperature in the three scenarios studied had a significant upward trend, and the changes in precipitation were different in different regions, and the most changes in the decrease in precipitation were in regions 1 and 4.

References:

1. ابلاغیان، آناهیتا؛ آخوند علی، علی‌محمد؛ رادمنش، فریدون؛ زارعی، حیدر (1398): بررسی روند تغییرات دما، بارندگی و رطوبت نسبی در ایران، علوم و مهندسی آبیاری، دوره 42، شماره 3، صص 212-197.


2. ادیب طالقانی، دانیال؛ خوش‌منش، بهنوش (1398): بررسی روند تغییرات بارش، تبخیر و تعرق و دبی حوضه آبریز کن با توجه‌ به تغییرات اقلیمی، فصلنامه علمی محیط‌زیست و توسعه فرا بخشی، دوره 4، شماره 66، صص 1-18.


3. اشرف، بتول؛ موسوی بایگی، محمد؛ کمالی، غلامعلی؛ داوری، کامران (1390): بررسی روند تغییر پارامترهای اقلیمی مشهد در دوره 2011 تا 2030 با استفاده از داده‌های شبیه‌سازی توسط مدل LARS-WG، اولین کنفرانس ملی هواشناسی و مدیریت آب کشاورزی، تهران، دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی تهران، صص 129-123.


4. ایمانی امیرآبادی، سمیه؛ فرخ نیا، اشکان؛ مرید، سعید؛ روزبهانی، رضا (1399): بررسی روند تغییرات زمانی - مکانی دما و بارش در حوضه آبریز طشک - بختگان، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 52، شماره 11، صص 2944-2931.


5. بابائیان، ایمان؛ نجفی نیک، زهرا؛ عباسی، فاطمه؛ حبیبی نوخندان، مجید؛ ادب، حامد؛ سلیوی، شراره؛ زابل عباسی، فاطمه (1388): ارزیابی تغییر آب‌وهوا کشور در دوره 2039-2010 میلادی با استفاده از گردش عمومی جو HCHO-G، جغرافیا و توسعه، دوره 7، شماره 16، صص 152-135.


6. جعفرپور، شهرام؛ کانونی، امین (1394): سناریوهای تغییر اقلیم در گزارش پنجم هیئت بین‌الدول تغییر اقلیم و مقایسة آن با گزارش قبلی، دومین همایش ملی صیانت از منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه محقق اردبیلی.


7. داروند، سروه؛ اسکندری دامنه، هادی؛ اسکندری دامنه، حامد؛ خسروی، حسن (1400): پیش‌بینی روند تغییرات دما و بارش در دوره آتی و تأثیر آن بر بیابان‌زایی، مدل‌سازی و مدیریت منابع آب، دوره 1، شماره 1، صص 66-53.


8. سلیقه، محمد (1383): هماهنگی مراکز فشار جنب‌حاره‌ای در بارش‌های سیل‌آسای منطقه جنوب و جنوب شرق ایران، مطالعه موردی: بارش جولای 1976، فصلنامه جغرافیایی سرزمین، سال اول، شماره 1، صص 116-102.


9. شمسی‌پور، علی‌اکبر (1392): مدل‌سازی آب‌وهوایی، چاپ اول، تهران، انتشارات دانشگاه تهران.


10. صادقی، سید محمدرضا؛ یثربی، بنفشه؛ نورمحمدی، فرهاد (1384): تهیه و تحلیل مدل‌های بارش رواناب ماهانه حوزه آبخیز هراز در استان مازندران. پژوهش‌نامه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خزر، سال سوم شماره ۱. ص 12-1.


11. عزیزی، قاسم؛ رمضانی پور، غلامرضا (1387): تغییرات بارش و اثر آن بر رژیم آبدهی رودهای استان گیلان، نشریه فضای جغرافیای، شماره 22، صص 19-13.


12. علیجانی، بهلول (1374): منابع رطوبتی بارندگی ایران، مجموعه مقالات هفتمین کنگره جغرافی‌دانان ایران، دانشگاه تهران، جلد دوم، صص 276-261.


13. علیجانی، بهلول (1392): آب‌وهوای ایران، چاپ 12، انتشارات پیام‌نور.


14. علیزاده، امین (1387): اصول هیدرولوژی کاربردی، چاپ 24، مشهد، دانشگاه امام رضا.


15. فتح نیا، امان‌الله؛ رحیمی، حمید؛ آب خرابات، شعیب (1397): تعیین گسترش زمانی مکانی پرفشار سیبری بر روی ایران و اثر آن بر تغییرات دما و بارش، جغرافیا و برنامه‌ریزی، دوره 22، شماره 63، صص 202-183.


16. کریمیان، مریم؛ بابائیان، ایمان؛ مرجان، راحله (1389): مدل‌سازی منطقه‌ای دمای ایران با استفاده از مدل آب‌وهوای PRECIS، (مطالعه موردی: 1976-1990)، پژوهش‌های آب‌وهوا شناسی، سال اول، شماره اول و دوم، مشهد.


17. محمدی، حسین؛ کاظمی، مهدی؛ گودرزی، نفیسه (1386): کاربرد GIS امکان‌سنجی کشت زیتون در استان اصفهان، پژوهش و سازندگی، دوره 20، شماره 1، صص 123-133.


18. میرزایی، رضا؛ زیودار، مظفر؛ سعیدی، شیرین؛ همه زاده، پرستو (1397): بررسی تغییرات پارامترهای اقلیمی بر کاهش دبی حوضه ایستگاه‌های هیدرومتری، (مطالعه موردی ایستگاه هیدرومتری قلیان سکانه)، دومین کنفرانس ملی آب‌وهوا شناسی ایران، مشهد.


19. میربیک سبزواری، مریم؛ ترابی پوده، حسن، همه زاده، پرستو (1397): بررسی تغییر پارامترهای اقلیمی بر کاهش دبی حوضه ایستگاه‌های هیدرومتری، (مطالعه موردی ایستگاه هیدرومتری دره تخت)، اولین همایش ملی راهبردهای مدیریت منابع آب و چالش‌های زیست‌محیطی، ساری.


20. نادری، مصطفی (1399): اثر تغییر اقلیم بر دبی ورودی و حجم مخزن سد درودزن، شمال استان فارس، علوم زمین، دوره 29 شماره 115، صص 268-259.


21. نصیری خیاوی، علی؛ فرجی، علی؛ مصطفی‌زاده، رئوف (1398): پاسخ دبی جریان به تغییرات بارندگی با استفاده از شاخص الاستیسیته اقلیمی در برخی از ایستگاه‌های هیدرومتری استان اردبیل، هیدرو ژئومورفولوژی، دوره 6، شماره 21، صص 22-1.


22. Alizadeh, A., & Keshavarz, A. (2005): Status Of Agricultural Water Use In Iran. Water Conservation, Reuse, And Recycling: Proceedings Of An Iranian-American Workshop.


23. Barnett, T. P., Adam, J. C., & Lettenmaier, D. P. (2005): Potential Impacts Of A Warming Climate On Water Availability In Snow-Dominated Regions. Nature, 438(7066), 303-309.


24. Bohn, T. J., & Vivoni, E. R. (2016): Process‐Based Characterization Of Evapotranspiration Sources Over The North American Monsoon Region. Water Resources Research, 52(1), 358-384.


25. Bolch, T., Kulkarni, A., Kääb, A., Huggel, C., Paul, F., Cogley, J. G., ... & Stoffel, M. (2012): The State And Fate Of Himalayan Glaciers. Science, 336(6079), 310-314.


26. Bryson, R. A. (1997): The Paradied Of Climatotogy: An Essay. Balletin Of The American Meteorologlcal Society, 78:449-55.


27. Cao, J., Qin, D., Kang, E., & Li, Y. (2006): River Discharge Changes In The Qinghai-Tibet Plateau. Chinese Science Bulletin, 51(5), 594-600.


28. Chiew, F. H. (2006): Estimation Of Rainfall Elasticity Of Streamflow In Australia. Hydrological Sciences Journal, 51(4), 613-625.


29. Dixon, H., Lawler, D. M., & Shamseldin, A. Y. (2006): Streamflow Trends In Western Britain. Geophysical Research Letters, 33(19).


30. Déry, S. J., Stieglitz, M., Mckenna, E. C., & Wood, E. F. (2005): Characteristics And Trends Of River Discharge Into Hudson, James, And Ungava Bays, 1964–2000. Journal Of Climate, 18(14), 2540-2557.


31. Fan, X., & Luo, X. (2019): Precipitation And Flow Variations In The Lancang–Mekong River Basin And The Implications Of Monsoon Fluctuation And Regional Topography. Water, 11(10), 2086.


32. Hasan, E., Tarhule, A., Kirstetter, P. E., Clark III, R., & Hong, Y. (2018): Runoff Sensitivity To Climate Change In The Nile River Basin. Journal Of Hydrology, 561, 312-321.


33. Huntington, T. G. (2006): Evidence For Intensification Of The Global Water Cycle: Review And Synthesis. Journal Of Hydrology, 319(1-4), 83-95.


34. Hirsch, R. M., Slack, J. R., & Smith, R. A. (1982): Techniques Of Trend Analysis For Monthly Water Quality Data. Water Resources Research, 18(1), 107-121.


35. Immerzeel, W. W., Van Beek, L. P., & Bierkens, M. F. (2010). Climate Change Will Affect The Asian Water Towers. Science, 328(5984), 1382-1385.


36. Jamali, S., Abrishamchi, A., Marino, M. A., & Abbasnia, A. (2013, February): Climate Change Impact Assessment On Hydrology Of Karkheh Basin, Iran. In Proceedings Of The Institution Of Civil Engineers-Water Management (Vol. 166, No. 2, Pp. 93-104). Thomas Telford Ltd.


37. Jaagus, J. (2006): Climatic Changes In Estonia During The Second Half Of The 20th Century In Relationship With Changes In Large-Scale Atmospheric Circulation. Theoretical And Applied Climatology, 83(1), 77-88.


38. Kendall, M. G. (1975): Rank Correlation Methods, Charles Griffin, London (1975). Google Sch.


39. Kouhestani, S., Eslamian, S. S., Abedi-Koupai, J., & Besalatpour, A. A. (2016): Projection Of Climate Change Impacts On Precipitation Using Soft-Computing Techniques: A Case Study In Zayandeh-Rud Basin, Iran. Global And Planetary Change, 144, 158-170.


40. Liu, S., Kang, W., & Wang, T. (2016): Drought Variability In Inner Mongolia Of Northern China During 1960–2013 Based On Standardized Precipitation Evapotranspiration Index. Environmental Earth Sciences, 75(2), 145.


41. Liu, X., & Chen, B. (2000): Climatic Warming In The Tibetan Plateau During Recent Decades. International Journal Of Climatology: A Journal Of The Royal Meteorological Society, 20(14), 1729-1742.


42. Lai, Z. (1996): Impact Of Climate Variation On The Runoff Of Large Rivers In The Tibetan Plateau. Journal Of Glaciology And Geocryology, 18, 314-320.


43. Masih, I., Uhlenbrook, S., Maskey, S., & Smakhtin, V. (2011): Streamflow Trends And Climate Linkages In The Zagros Mountains, Iran. Climatic Change, 104(2), 317-338.


44. Milly, P. C., & Dunne, K. A. (2020): Colorado River Flow Dwindles As Warming-Driven Loss Of Reflective Snow Energizes Evaporation. Science, 367(6483), 1252-1255.


45. Mann, H. B. (1945): Nonparametric Tests Against Trend. Econometrica: Journal Of The Econometric Society, 245-259.


46. Mohammed, R., & Scholz, M. (2017): Adaptation Strategy To Mitigate The Impact Of Climate Change On Water Resources In Arid And Semi-Arid Regions: A Case Study. Water Resources Management, 31(11), 3557-3573.


47. Modarres, R., & Da Silva, V. D. P. R. (2007): Rainfall Trends In Arid And Semi-Arid Regions Of Iran. Journal Of Arid Environments, 70(2), 344-355.


48. Oki, T., & Kanae, S. (2006): Global Hydrological Cycles And World Water Resources. Science, 313(5790), 1068-1072.


49. Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Marquis, M., Averyt, K., Tignor, M., ... & Chen, Z. (2007): Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Intergovernmental Panel On Climate Change (IPCC), Cambridge University Press, Cambridge.


50. Stocker, T. F., Qin, D., Plattner, G. K., Alexander, L. V., Allen, S. K., Bindoff, N. L., ... & Xie, S. P. (2013): Technical Summary. 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 (Pp. 33-115). Cambridge University Press.


51. Tahroudi, M. N., Ramezani, Y., & Ahmadi, F. (2019): Investigating The Trend And Time Of Precipitation And River Flow Rate Changes In Lake Urmia Basin, Iran. Arabian Journal Of Geosciences, 12(6), 1-13.


52. Wang, B., Li Liu, D., Asseng, S., Macadam, I., & Yu, Q. (2015): Impact Of Climate Change On Wheat Flowering Time In Eastern Australia. Agricultural And Forest Meteorology, 209, 11-21.


53. Xu, H., Taylor, R. G., & Xu, Y. (2011): Quantifying Uncertainty In The Impacts Of Climate Change On River Discharge In Sub-Catchments Of The Yangtze And Yellow River Basins, China. Hydrology And Earth System Sciences, 15(1), 333-344.


54. Yue, Y., Yan, D., Yue, Q., Ji, G., & Wang, Z. (2021): Future Changes In Precipitation And Temperature Over The Yangtze River Basin In China Based On CMIP6 Gcms. Atmospheric Research, 264, 105828.


55. Yue, S., & Wang, C. (2004): The Mann-Kendall Test Modified By Effective Sample Size To Detect Trend In Serially Correlated Hydrological Series. Water Resources Management, 18(3), 201-218.


56. Yue, S., Pilon, P., & Cavadias, G. (2002): Power Of The Mann–Kendall And Spearman's Rho Tests For Detecting Monotonic Trends In Hydrological Series. Journal Of Hydrology, 259(1-4), 254-271.