Investigating the Role of Global Warming on Wind Speed and Sea Level Pressure Fluctuations in Sistan Region
Subject Areas : Sustainable DevelopmentEsmaeil Poudineh 1 , Broumand Salahi 2 , Mahmoud Khosravi 3 , Mohsen Hamidianpour 4
1 - Ph. D in Climatology, University of Mohaghegh Ardabil, Ardabil, Iran.
2 - Professor, Department of Physical Geography, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran *(Corresponding Author)
3 - Professor, Department of Physical Geography, University of Sistan & Baluchestan, Zahedan, Iran
4 - Assistant Professor, Department of Physical Geography, University of Sistan & Baluchestan, Zahedan, Iran
Keywords: SDSM Model, Climate Forecasting, Climate Simulation, global warming, Sistan Winds,
Abstract :
Background and Objective: The temporal variability of local winds of Sistan during the period of global warming is the subject of this research. In recent decades, global warming has brought about tangible changes in the temperature of the planet and has influenced other atmospheric parameters such as wind speed. Method: In the study of atmospheric parameters, estimating the effect of global warming on these parameters is important. For this purpose, variations in the Sistan wind speeds and sea level pressure in the study area under the conditions of the two scenarios A2 and B2 from the output of the global Hadcm3 model were downscaled and for three periods of 30 years up to 2099, the changes in these two parameters were generated and examined. Findings: The results showed that the average wind speed calculated by scenario B2 for the period 2010-2039, 2040-2069 and 2070-2070 respectively 0.67, 0.88 and 1.15 m / s Relative to the Basic course will increase. Also, the average wind speed variation under A2 scenario Conditions, which is a pessimistic scenario, is 1.36 and 1. 57 and 1.79 m / s for the periods 2039-2039 and 2069-2070 and 2070-2070 Also, the pressure calculated by scenario B2 for the period 2010-2039, 2040-2069, and 2070-2070 will be reduced to 0.04, 0.10, and 0.16, respectively, compared to the base period. Discussion and Conclusions: The results showed that the decline in pressure and increase in wind speed has not been uniformly distributed throughout the year. However, during the winter and spring and summer, pressure drop is more regular than the autumn season.
علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره سه، خرداد ماه 99
بررسی نقش گرمایش جهانی بر نوسانات فراسنجهای باد و فشار تراز دریا در
منطقهی سیستان
اسمعیل پودینه[1]
برومند صلاحی[2]*
محمود خسروی[3]
محسن حمیدیانپور[4]
تاریخ دریافت:16/8/95 |
تاریخ پذیرش:15/6/96 |
چکیده
زمینه و هدف:تغییرپذیری زمانی بادهای محلی سیستان در دورهی تشدید گرمایش جهانی موضوع پژوهش حاضر است. در دهههای اخیر، گرمایش جهانی سبب بروز تغییرات محسوس در دمای کرهی زمین و عاملی تأثیرگذار بر سایر فراسنجهای جوی از جمله سرعت باد شده است. در مطالعهی فراسنجهای جوی، تخمین میزان تأثیرگذاری گرمایش جهانی بر روی این پارامترها از اهمیت زیادی برخوردار است.
روش بررسی: تغییرات مقادیر سرعت باد محلی سیستان و فشار تراز دریا در منطقه مورد مطالعه تحت شرایط دو سناریو A2 و B2 خروجی مدل جهانی Hadcm3 ریزگردانی شده و برای سه دوره زمانی 30 ساله تا 2099 میزان تغییرات این دو فراسنج تولید و مورد بررسی قرار گرفت.
یافتهها: یافتهها نشان دادند که بهطور متوسط میزان سرعت باد محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 67/0، 88/0 و 15/1 متر بر ثانیه نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. همچنین تغییرات متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است به ترتیب 36/1 و 57/1 و 79/1 متر بر ثانیه برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. همچنین میزان فشار محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 04/0، 10/0 و 16/0 نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت.
بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان داد که کاهش فشار هوا و افزایش سرعت باد در منطقه مورد مطالعه در طی سال بهصورت یکنواخت پراکنده نشده است بهنحویکه طی فصول زمستان و بهار و تابستان افت فشار روند منظمتری نسبت به فصل پاییز دارد.
واژههای کلیدی: بادهای سیستان، پیشبینی اقلیمی، شبیهسازی اقلیمی، گرمایش جهانی، مدل SDSM.
|
Investigating the Role of Global Warming on Wind Speed and Sea Level Pressure Fluctuations in Sistan Region
Esmaeil Poudineh[5]
Bromand Salahi [6]*
Mahmoud Khosravi [7]
Mohsen Hamidianpour[8]
Admission Date:September 6, 2017 |
|
Date Received: August 8, 2017 |
Abstract
Background and Objective: The temporal variability of local winds of Sistan during the period of global warming is the subject of this research. In recent decades, global warming has brought about tangible changes in the temperature of the planet and has influenced other atmospheric parameters such as wind speed.
Method: In the study of atmospheric parameters, estimating the effect of global warming on these parameters is important. For this purpose, variations in the Sistan wind speeds and sea level pressure in the study area under the conditions of the two scenarios A2 and B2 from the output of the global Hadcm3 model were downscaled and for three periods of 30 years up to 2099, the changes in these two parameters were generated and examined.
Findings:The results showed that the average wind speed calculated by scenario B2 for the period 2010-2039, 2040-2069 and 2070-2070 respectively 0.67, 0.88 and 1.15 m / s Relative to the Basic course will increase. Also, the average wind speed variation under A2 scenario Conditions, which is a pessimistic scenario, is 1.36 and 1. 57 and 1.79 m / s for the periods 2039-2039 and 2069-2070 and 2070-2070 Also, the pressure calculated by scenario B2 for the period 2010-2039, 2040-2069, and 2070-2070 will be reduced to 0.04, 0.10, and 0.16, respectively, compared to the base period.
Discussion and Conclusions: The results showed that the decline in pressure and increase in wind speed has not been uniformly distributed throughout the year. However, during the winter and spring and summer, pressure drop is more regular than the autumn season.
Key Words: Climate Forecasting, Climate Simulation, Global Warming, SDSM Model, Sistan Winds.
مقدمه
افزایش انتشار گازهای گلخانهای در اثر فعالیتهای توسعهای، یکی از مهمترین دلایل اصلی گرمایش جهانی است (1). مطالعات زیادی در خصوص گرمایش جهانی و انتشار گازهای گلخانهای انجام شده است. اندازهگیریها نشان میدهند که دمای جهان نسبت به گذشته به میزان 74/0 درجه سانتیگراد در قرن افزایشیافته است. گرم شدن هوا در نتیجه افزایش گازهای گلخانهای، اثرات زیادی بر محیط طبیعی و فعالیتهای انسانی خواهد داشت. این اثرات میتواند بهصورت افزایش تراز سطح آب دریاها، افزایش سیل، فرسایش سواحل و تخریب بندرها باشد (2، 11). هیأت بینالدول تغییر اقلیم (IPCC) اعلام نمود که در نیمکره شمالی، شواهدی مبنی بر تغییرات میزان بارش در عرضهای جغرافیایی میانه و بالا وجود دارد. دادههای ماهوارهای نیز مبین این است که وسعت پوشش برف از دههی 60 میلادی تاکنون حدود 10 درصد کاهش یافته است (11). بر اساس طراحی مدلهای تغییرات آبوهوایی توسط IPCC، در فاصله سالهای 1990 تا 2100 میلادی میانگین دمای هوای سطح زمین بین 1/1 تا 4/6 درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت (3). دانشمندان معتقدند حتی اگر میزان گازهای گلخانهای جو زمین ثابت بماند، اثرات آن تا پایان هزاره سوم پابرجا خواهد بود (4). مطالعات متعددی در مناطق مختلف جهان در زمینهی بررسی گرمایش جهانی و ارزیابی تغییرات باد انجام شده است. بررسیها نشان داد که در انگلستان میزان افزایش سرعت باد در طی 40 سال حدود 15 الی 20 درصد در فصل زمستان بوده است (5). (Kull, 2005) معتقد است که در استونی، سرعت باد در فصل زمستان افزایش و در فصل تابستان کاهش یافته است (6). (Tuller, 2004) دریافت که میانگین سالانه و فصل زمستان سرعت باد در چهار ایستگاه غرب کانادا کاهش یافته است (7). (Yao Yao et al, 2012) با مدلسازی اثر تغییر اقلیم بر منبع قدرت باد انتاریو، افزایش 5 درصدی سرعت باد در جنوب انتاریو در دورههای 2100-2071 را نشان دادند و به این نتیجه رسیدند که سرعت باد تحت سناریوی A2 شدیدتر از سرعت باد تحت سناریوی B2 خواهد بود (8). (Paul Nolan et al, 2011) با استفاده از مدل اقلیمی منطقهای (RCA3) اثر تغییر اقلیم را بر روی انرژی باد در ایرلند شبیهسازی کردند و نشان دادند که در ماههای زمستانهای آینده افزایش خوبی در انرژی باد اتفاق خواهد افتاد (9). (Mustamin Rahim, 2012) توزیع متوسط سرعت سالانهی باد را در مدت سالهای 2099-1961 در ارتفاع 100-30 متری بالای سطح زمین در ژاپن مرکزی را بر اساس چند پایگاه داده مطالعه کردند و دریافتند که سرعت متوسط باد در ارتفاع 30 متری بالای سطح زمین در سال 2099 اندکی بیشتر از سال 2001 خواهد بود. آنها همچنین دریافتند که اگر گرمایش جهانی به همین روال پیش برود با توجه به سناریوی A1B، IPCC سرعت بادهای سطحی در ژاپن مرکزی افزایش مییابد (10). کامرانزاد (1393) اثر تغییر اقلیم بر سرعت متوسط باد در نزدیکی چابهار را بررسی کردند. نتایج نشان داد که در نزدیکی چابهار تغییرات چندانی در سرعت متوسط باد وجود نخواهد داشت (11). در شرق ایران، سیستان بهواسطه وجود بادهای معروف 120 روزه یا باد سیستان، خشکی هوا و وجود بستر خشک و پهناور دریاچهی هامون بیش از هر جای دیگر از وقوع طوفانها و بادهای شدید رنج میبرد (12،13). این باد بهطور معمول از 15 اردیبهشت تا اواخر مهر از ارتفاعات شمالشرق به سرزمینهای جنوب شرقی ایران میوزد (14،15). با توجه به اهمیت افزایش سرعت باد در منطقه که در نحوه فعالیت و زندگی بشری تأثیرگذار است و برای درک ماهیت پیچیدهی جو و پیشنمایی تغییرات آن در آینده باید آن را مدلسازی نمود.
روش بررسی
مدلهای اقلیمی جهانی برای شبیهسازی اثرات افزایش گازهای گلخانهای در جو و تغییرات جهانی اقلیم ناشی از آن طراحی شدهاند وقادرند سریهای زمانی متغیرهای اقلیمی را بهصورت جهانی مدلسازی کنند که در نوع خود ارزشمند هستند (11). در مدلهای جهانی اقلیم، سناریوهای مختلفی برای بررسی نحوهی تغییر اقلیم آینده تعریف شده است. در این تعریف، میزان تولید گازهای گلخانهای در مدلهای پیشبینی متفاوت بوده و بر این اساس، پیشبینی وضعیتهای متفاوت جوی انجام شده است (11). ریزگردان SDSM یکی از بهترین نرمافزارهایی است که از تلفیق روشهای رگرسیونی و مولدهای آبوهوای تصادفی بهره میگیرد چون الگوهای چرخشی بزرگمقیاس و متغیرهای جوی بهصورت خطی استفاده میشوند. این نرمافزار ارتباط آماری بین پیشبینی کنندهها و پیشبینی شوندهها را بر اساس روش رگرسیون خطی چندگانه برقرار میکند (16).
دادههای مورد استفاده در این پژوهش عبارتاند از: دادههای روزانه متوسط سرعت باد و فشار تراز دریا ایستگاه همدید زابل از سال 2000-1981 بهعنوان متغیر وابسته، دادههای NCEP/NCAR از سال 2099-1961 بهعنوان متغیرهای مستقل و دادههای بازتحلیل شده مرکز ملی پیشبینی متغیرهای محیطی کانادا متعلق به مدل Hadcm3، دادههای NCEP/NCAR و Hadcm3 بهطور مستقیم و بدون هیچ تغییری قابل استفاده در مدل SDSM هستند اما دادههای ایستگاه هواشناسی باید به فرمت قابل قبول مدل SDSM تبدیل شوند
نتایج حاصل از ریزگردانی خروجی مدلHADCM3 توسط SDSM
جهت بررسی توانایی کلی مدل SDSM در شبیهسازی دادههای مشاهداتی از دو روش ترسیمی و معیارهای آماری مرسومMAE و RMSE که نشاندهندهی میزان خطای مدل هست که بهترین مقدار آنها برابر صفر است و ضریب R2 که بهترین مقدار برابر یک است، استفاده گردید و سپس نتایج با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت. مقادیر MAE و RMSE و R2 به ترتیب 35/0، 42/0 و 97/0 محاسبه، بنابراین مدل در برآورد میزان سرعت متوسط باد دارای کارایی و دقت خوبی است. همچنین نتایج حاصل از روش ترسیمی نیز این مطلب را تصدیق میکند که مدل توانسته بهخوبی دادههای دورهی پایه را شبیهسازی کند. مطابق شکل شماره 1 میزان برآورد سرعت متوسط باد در دوره سرد سال در مقایسه با دوره گرم سال بسیار نزدیکتر به دوره دیدهبانی است. ضمن اینکه مقادیر شبیهسازی شده در فصل بهار کمی بیشتر و تابستان کمی کمتر از دوره دیدهبانی است. پس از ارزیابی عملکرد مدل SDSM با استفاده از شاخصهای خطاسنجی و اطمینان از مناسب بودن مدل دادههای سه دوره 30 ساله با استفاده از مدل Hadcm3 تحت شرایط دو سناریوی A2 و B2 تولید گردید.
شکل 1- صحتسنجی پارامتر سرعت باد مشاهداتی و شبیهسازی شده در دوره پایه (2000-1971)
Figure 1. Validation of the observed wind speed parameter simulated during the base period (1971-2000)
تغییرات متوسط سرعت باد در ایستگاه سینوپتیک زابل در سه دوره 30 ساله تحت شرایط سناریوی B2 و A2 در اشکال 2 و 3 نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده میشود بهطور متوسط میزان سرعت باد محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 67/0، 88/0 و 15/1 متر بر ثانیه نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت کمترین میزان افزایش مربوط به فصول پاییز و زمستان هست و بیشترین افزایش هم مربوط به فصول بهار و تابستان است.همچنین تغییرات متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است به ترتیب 36/1 و 57/1 و 79/1 متر بر ثانیه برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. میزان افزایش متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 بهمراتب بیشتر از سناریوی B2 بهخصوص در فصول بهار و تابستان هست همچنین تحت شرایط سناریوی A2 بیشترین افزایش متوسط سرعت باد مربوط به فصول بهار و تابستان و پاییز هست و در فصل زمستان هم این افزایش سرعت محسوس است.
شکل 2- مقایسه سرعت باد شبیهسازی شده توسط سناریو B2 در سه دوره زمانی آتی
Figure 2. Comparison of the wind speed simulated by scenario B2 for the three subsequent periods.
شکل 3- مقایسه سرعت باد شبیه سازی شده توسط سناریو A2 برای سه دوره متوالی
Figure 3. Comparison of the wind speed simulated by scenario A2 for the three subsequent periods
فشار
نتایج حاصل از ریزگردانی خروجی مدلHADCM3 توسط SDSM
در این مدل از میان متغیرهای مستقل دمای متوسط در ارتفاع 2 متری، فشار سطح دریا و ژئوپتانسیل hpa850 بیشترین همبستگی را با پارامتر فشار تراز دریا داشتند . درنهایت نسبت به واسنجی مدل بر اساس روش حداقل مربعات خطا اقدام شد. جهت بررسی توانایی کلی مدل SDSM در شبیهسازی دادههای مشاهداتی از دو روش ترسیمی و معیارهای آماری MAE و RMSE که نشاندهندهی میزان خطای مدل هست که بهترین مقدار آنها برابر صفر است و ضریب R2 که بهترین مقدار برابر یک است، استفاده گردید و سپس نتایج با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت. مقادیر فوق به ترتیب برای سناریوی A2، 5/1 و8/1 و0.94 و برای سناریوی B، 6/1، 2 و 93/0 محاسبه گردید. همچنین نتایج حاصل از روش ترسیمی نیز این مطلب را تصدیق میکند که مدل توانسته بهخوبی دادههای دورهی پایه را شبیهسازی کند.
شکل 4- مقایسه فشار دیدهبانی و شبیهسازی شده در دوره پایه (2000-1971)
Figure 4. Comparison of the monitored and simulated pressure in the base period (1971-2000)
میزان فشار تولید شده برای سناریویB2 در شکل شماره 5 ترسیم شده است. بهطور متوسط میزان فشار محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 04/0، 10/0 و 16/0 نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت. لیکن این کاهش در طی سال بهصورت یکنواخت پراکنده نشده است. بهنحویکه طی فصول زمستان و بهار و تابستان افت فشار روند منظمتری نسبت به فصل پاییز دارد. نکته قابل توجه در این سناریو این است که مقادیر فشار تراز دریا در دورهی ابتدایی یعنی 2010-2039 در فصل پاییز نسبت به پایه افزایش نشان میدهد. بررسی سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا هم در شکل 6 مؤید این نکته است که خط روند طی دورهی زمانی 2010-2039 یک سیر صعودی محسوسی را داراست. مطابق این شکل در طول سه دوره مختلف، بیشترین روند کاهشی مربوط به دوره 2040-2069 هست که با شیب تندتری نسبت به دو دورهی دیگر مقدار فشار تراز دریا تضعیف شده است و نهایتاً در دوره زمانی 2070-2099 خط روند تغییرات سری زمانی با شیب ملایمتری تضعیف شده است.
شکل 5-مقایسه فشار شبیهسازی شده توسط سناریو A1B در سه دوره زمانی آتی
Figure 5. Comparison of pressure simulated by A1B scenario in the next three periods
شکل 6- سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا طی سه دوره زمانی آینده
Figure 6. Time series of seawater pressure changes over the next three periods
در شکل 7، میزان تغییرات متوسط فشار تراز دریا تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است نشان داده شده است. طبق این شکل مقادیر فشار برای دورههای زمانی 2010-2039 و 2040-2069 و 2070-2099 به ترتیب 03/0، 09/0 و 16/0 نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت. تحت شرایط سناریوی مذکور بیشترین کاهش را در دوره پایانی به میزان 16/0 درصد خواهیم داشت. تحت شرایط این سناریو هم کاهش در طی سال بهصورت یکنواخت نخواهد بود. مقادیر فشار در دورهی زمانی 2010-2039 در اواخر فصل تابستان و اوایل پاییز مقداری افزایش خواهد یافت؛ و در دو دورهی بعدی میزان افت فشار روند منظمتری را خواهد داشت. در شکل 8 سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا تحت شرایط سناریو A2 درج گردیده است. مطابق این شکل در طول سه دوره مختلف، مقادیر کاهش فشار تراز دریا در دورهی زمانی 2040-2069 داری روند کاهشی ملایمتری نسبت به دو دورهی دیگر است.
شکل 7- مقایسه فشار شبیهسازی شده توسط سناریو A1B در سه دوره زمانی آتی
Figure 7. Comparison of pressure simulated by A1B scenario in the next three periods
شکل 8- سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا طی سه دوره زمانی آینده
Figure 8. Time series for sea level pressure changes over the next three periods
نتیجهگیری
مطابق نتایج به دست آمده بهطور متوسط میزان سرعت باد محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 67/0، 88/0 و 15/1 متر بر ثانیه نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. کمترین میزان افزایش مربوط به فصول پاییز و زمستان میباشد و بیشترین افزایش هم مربوط به فصول بهار و تابستان است. همچنین تغییرات متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است به ترتیب 36/1 و 57/1 و 79/1 متر بر ثانیه برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. میزان افزایش متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 به مراتب بیشتر از سناریوی B2 بهخصوص در فصول بهار و تابستان میباشد. همچنین تحت شرایط سناریوی A2 بیشترین افزایش متوسط سرعت باد مربوط به فصول بهار و تابستان و پاییز میباشد و در فصل زمستان هم این افزایش سرعت محسوس است. به لحاظ دورهی زمانی بیشترین افزایش با 32 درصد افزایش نسبت به دورهی پایه مربوط به دورهی زمانی 2070-2099 میباشد. همچنین میزان تغییرات فشار محاسبه شده تحت شرایط سناریو B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب 04/0، 10/0 و 16/0 میباشد که نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت. لیکن این کاهش در طی سال بهصورت یکنواخت پراکنده نشده است. بهنحویکه طی فصول زمستان و بهار و تابستان افت فشار روند منظمتری نسبت به فصل پاییز دارد. بررسی سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا نشاندهندهی این امر است که در طول سه دوره مختلف، بیشترین روند کاهشی مربوط به دوره 2040-2069 میباشد که با شیب تندتری نسبت به دو دورهی دیگر مقادیر فشار تراز دریا تضعیف شده است. میزان تغییرات متوسط فشار تراز دریا تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است نشان داد که مقادیر فشار برای دورههای زمانی 2010-2039 و 2040-2069 و 2070-2099 به ترتیب 03/0، 09/0 و 16/0 درصد نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت. تحت شرایط سناریوی مذکور بیشترین کاهش را در دوره پایانی به میزان 16/0 درصد خواهیم داشت. تحت شرایط این سناریو هم کاهش در طی سال بهصورت یکنواخت نخواهد بود. همچنین در بررسی سری زمانی تغییرات فشار، مقادیر کاهش فشار تراز دریا در دورهی زمانی 2040-2069 داری روند کاهشی ملایمتری نسبت به دو دورهی دیگر است. نتایج حاضر با یافتههای صفرراد و همکاران (1394)؛ کردی و همکاران (1395)؛ علیزاده و همکاران (1395)؛ که تغییرات فشار تحت تأثیر گرمایش جهانی را بررسی کردهاند (19 ،17) و همچنین خردادی و همکاران (1386)؛ رحیم زاده و همکاران (1385)؛ خسروی (1387)، که تغییرات سرعت باد را در چند ایستگاه ایران مورد بررسی قرار دادند مطابقت دارد (22، 20). دلیل افزایش سرعت باد در طول قرن 21 را میتوان افزایش دمای کرهی زمین، از بین رفتن پوشش گیاهی، کاهش سطح پهنههای آبی و افزایش روند گرمایش در سطح زمین و در نتیجه افزایش شیب تغییرات فشار بین این منطقه و نواحی مرتفع مجاور دانست.
Reference
علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره سه، خرداد ماه 99
بررسی نقش گرمایش جهانی بر نوسانات فراسنجهای باد و فشار تراز دریا در
منطقهی سیستان
اسمعیل پودینه[1]
برومند صلاحی[2]*
محمود خسروی[3]
محسن حمیدیانپور[4]
تاریخ دریافت:16/8/95 |
تاریخ پذیرش:15/6/96 |
چکیده
زمینه و هدف:تغییرپذیری زمانی بادهای محلی سیستان در دورهی تشدید گرمایش جهانی موضوع پژوهش حاضر است. در دهههای اخیر، گرمایش جهانی سبب بروز تغییرات محسوس در دمای کرهی زمین و عاملی تأثیرگذار بر سایر فراسنجهای جوی از جمله سرعت باد شده است. در مطالعهی فراسنجهای جوی، تخمین میزان تأثیرگذاری گرمایش جهانی بر روی این پارامترها از اهمیت زیادی برخوردار است.
روش بررسی: تغییرات مقادیر سرعت باد محلی سیستان و فشار تراز دریا در منطقه مورد مطالعه تحت شرایط دو سناریو A2 و B2 خروجی مدل جهانی Hadcm3 ریزگردانی شده و برای سه دوره زمانی 30 ساله تا 2099 میزان تغییرات این دو فراسنج تولید و مورد بررسی قرار گرفت.
یافتهها: یافتهها نشان دادند که بهطور متوسط میزان سرعت باد محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 67/0، 88/0 و 15/1 متر بر ثانیه نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. همچنین تغییرات متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است به ترتیب 36/1 و 57/1 و 79/1 متر بر ثانیه برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. همچنین میزان فشار محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 04/0، 10/0 و 16/0 نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت.
بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان داد که کاهش فشار هوا و افزایش سرعت باد در منطقه مورد مطالعه در طی سال بهصورت یکنواخت پراکنده نشده است بهنحویکه طی فصول زمستان و بهار و تابستان افت فشار روند منظمتری نسبت به فصل پاییز دارد.
واژههای کلیدی: بادهای سیستان، پیشبینی اقلیمی، شبیهسازی اقلیمی، گرمایش جهانی، مدل SDSM.
|
Investigating the Role of Global Warming on Wind Speed and Sea Level Pressure Fluctuations in Sistan Region
Esmaeil Poudineh[5]
Bromand Salahi [6]*
Mahmoud Khosravi [7]
Mohsen Hamidianpour[8]
Admission Date:September 6, 2017 |
|
Date Received: August 8, 2017 |
Abstract
Background and Objective: The temporal variability of local winds of Sistan during the period of global warming is the subject of this research. In recent decades, global warming has brought about tangible changes in the temperature of the planet and has influenced other atmospheric parameters such as wind speed.
Method: In the study of atmospheric parameters, estimating the effect of global warming on these parameters is important. For this purpose, variations in the Sistan wind speeds and sea level pressure in the study area under the conditions of the two scenarios A2 and B2 from the output of the global Hadcm3 model were downscaled and for three periods of 30 years up to 2099, the changes in these two parameters were generated and examined.
Findings:The results showed that the average wind speed calculated by scenario B2 for the period 2010-2039, 2040-2069 and 2070-2070 respectively 0.67, 0.88 and 1.15 m / s Relative to the Basic course will increase. Also, the average wind speed variation under A2 scenario Conditions, which is a pessimistic scenario, is 1.36 and 1. 57 and 1.79 m / s for the periods 2039-2039 and 2069-2070 and 2070-2070 Also, the pressure calculated by scenario B2 for the period 2010-2039, 2040-2069, and 2070-2070 will be reduced to 0.04, 0.10, and 0.16, respectively, compared to the base period.
Discussion and Conclusions: The results showed that the decline in pressure and increase in wind speed has not been uniformly distributed throughout the year. However, during the winter and spring and summer, pressure drop is more regular than the autumn season.
Key Words: Climate Forecasting, Climate Simulation, Global Warming, SDSM Model, Sistan Winds.
مقدمه
افزایش انتشار گازهای گلخانهای در اثر فعالیتهای توسعهای، یکی از مهمترین دلایل اصلی گرمایش جهانی است (1). مطالعات زیادی در خصوص گرمایش جهانی و انتشار گازهای گلخانهای انجام شده است. اندازهگیریها نشان میدهند که دمای جهان نسبت به گذشته به میزان 74/0 درجه سانتیگراد در قرن افزایشیافته است. گرم شدن هوا در نتیجه افزایش گازهای گلخانهای، اثرات زیادی بر محیط طبیعی و فعالیتهای انسانی خواهد داشت. این اثرات میتواند بهصورت افزایش تراز سطح آب دریاها، افزایش سیل، فرسایش سواحل و تخریب بندرها باشد (2، 11). هیأت بینالدول تغییر اقلیم (IPCC) اعلام نمود که در نیمکره شمالی، شواهدی مبنی بر تغییرات میزان بارش در عرضهای جغرافیایی میانه و بالا وجود دارد. دادههای ماهوارهای نیز مبین این است که وسعت پوشش برف از دههی 60 میلادی تاکنون حدود 10 درصد کاهش یافته است (11). بر اساس طراحی مدلهای تغییرات آبوهوایی توسط IPCC، در فاصله سالهای 1990 تا 2100 میلادی میانگین دمای هوای سطح زمین بین 1/1 تا 4/6 درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت (3). دانشمندان معتقدند حتی اگر میزان گازهای گلخانهای جو زمین ثابت بماند، اثرات آن تا پایان هزاره سوم پابرجا خواهد بود (4). مطالعات متعددی در مناطق مختلف جهان در زمینهی بررسی گرمایش جهانی و ارزیابی تغییرات باد انجام شده است. بررسیها نشان داد که در انگلستان میزان افزایش سرعت باد در طی 40 سال حدود 15 الی 20 درصد در فصل زمستان بوده است (5). (Kull, 2005) معتقد است که در استونی، سرعت باد در فصل زمستان افزایش و در فصل تابستان کاهش یافته است (6). (Tuller, 2004) دریافت که میانگین سالانه و فصل زمستان سرعت باد در چهار ایستگاه غرب کانادا کاهش یافته است (7). (Yao Yao et al, 2012) با مدلسازی اثر تغییر اقلیم بر منبع قدرت باد انتاریو، افزایش 5 درصدی سرعت باد در جنوب انتاریو در دورههای 2100-2071 را نشان دادند و به این نتیجه رسیدند که سرعت باد تحت سناریوی A2 شدیدتر از سرعت باد تحت سناریوی B2 خواهد بود (8). (Paul Nolan et al, 2011) با استفاده از مدل اقلیمی منطقهای (RCA3) اثر تغییر اقلیم را بر روی انرژی باد در ایرلند شبیهسازی کردند و نشان دادند که در ماههای زمستانهای آینده افزایش خوبی در انرژی باد اتفاق خواهد افتاد (9). (Mustamin Rahim, 2012) توزیع متوسط سرعت سالانهی باد را در مدت سالهای 2099-1961 در ارتفاع 100-30 متری بالای سطح زمین در ژاپن مرکزی را بر اساس چند پایگاه داده مطالعه کردند و دریافتند که سرعت متوسط باد در ارتفاع 30 متری بالای سطح زمین در سال 2099 اندکی بیشتر از سال 2001 خواهد بود. آنها همچنین دریافتند که اگر گرمایش جهانی به همین روال پیش برود با توجه به سناریوی A1B، IPCC سرعت بادهای سطحی در ژاپن مرکزی افزایش مییابد (10). کامرانزاد (1393) اثر تغییر اقلیم بر سرعت متوسط باد در نزدیکی چابهار را بررسی کردند. نتایج نشان داد که در نزدیکی چابهار تغییرات چندانی در سرعت متوسط باد وجود نخواهد داشت (11). در شرق ایران، سیستان بهواسطه وجود بادهای معروف 120 روزه یا باد سیستان، خشکی هوا و وجود بستر خشک و پهناور دریاچهی هامون بیش از هر جای دیگر از وقوع طوفانها و بادهای شدید رنج میبرد (12،13). این باد بهطور معمول از 15 اردیبهشت تا اواخر مهر از ارتفاعات شمالشرق به سرزمینهای جنوب شرقی ایران میوزد (14،15). با توجه به اهمیت افزایش سرعت باد در منطقه که در نحوه فعالیت و زندگی بشری تأثیرگذار است و برای درک ماهیت پیچیدهی جو و پیشنمایی تغییرات آن در آینده باید آن را مدلسازی نمود.
روش بررسی
مدلهای اقلیمی جهانی برای شبیهسازی اثرات افزایش گازهای گلخانهای در جو و تغییرات جهانی اقلیم ناشی از آن طراحی شدهاند وقادرند سریهای زمانی متغیرهای اقلیمی را بهصورت جهانی مدلسازی کنند که در نوع خود ارزشمند هستند (11). در مدلهای جهانی اقلیم، سناریوهای مختلفی برای بررسی نحوهی تغییر اقلیم آینده تعریف شده است. در این تعریف، میزان تولید گازهای گلخانهای در مدلهای پیشبینی متفاوت بوده و بر این اساس، پیشبینی وضعیتهای متفاوت جوی انجام شده است (11). ریزگردان SDSM یکی از بهترین نرمافزارهایی است که از تلفیق روشهای رگرسیونی و مولدهای آبوهوای تصادفی بهره میگیرد چون الگوهای چرخشی بزرگمقیاس و متغیرهای جوی بهصورت خطی استفاده میشوند. این نرمافزار ارتباط آماری بین پیشبینی کنندهها و پیشبینی شوندهها را بر اساس روش رگرسیون خطی چندگانه برقرار میکند (16).
دادههای مورد استفاده در این پژوهش عبارتاند از: دادههای روزانه متوسط سرعت باد و فشار تراز دریا ایستگاه همدید زابل از سال 2000-1981 بهعنوان متغیر وابسته، دادههای NCEP/NCAR از سال 2099-1961 بهعنوان متغیرهای مستقل و دادههای بازتحلیل شده مرکز ملی پیشبینی متغیرهای محیطی کانادا متعلق به مدل Hadcm3، دادههای NCEP/NCAR و Hadcm3 بهطور مستقیم و بدون هیچ تغییری قابل استفاده در مدل SDSM هستند اما دادههای ایستگاه هواشناسی باید به فرمت قابل قبول مدل SDSM تبدیل شوند
نتایج حاصل از ریزگردانی خروجی مدلHADCM3 توسط SDSM
جهت بررسی توانایی کلی مدل SDSM در شبیهسازی دادههای مشاهداتی از دو روش ترسیمی و معیارهای آماری مرسومMAE و RMSE که نشاندهندهی میزان خطای مدل هست که بهترین مقدار آنها برابر صفر است و ضریب R2 که بهترین مقدار برابر یک است، استفاده گردید و سپس نتایج با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت. مقادیر MAE و RMSE و R2 به ترتیب 35/0، 42/0 و 97/0 محاسبه، بنابراین مدل در برآورد میزان سرعت متوسط باد دارای کارایی و دقت خوبی است. همچنین نتایج حاصل از روش ترسیمی نیز این مطلب را تصدیق میکند که مدل توانسته بهخوبی دادههای دورهی پایه را شبیهسازی کند. مطابق شکل شماره 1 میزان برآورد سرعت متوسط باد در دوره سرد سال در مقایسه با دوره گرم سال بسیار نزدیکتر به دوره دیدهبانی است. ضمن اینکه مقادیر شبیهسازی شده در فصل بهار کمی بیشتر و تابستان کمی کمتر از دوره دیدهبانی است. پس از ارزیابی عملکرد مدل SDSM با استفاده از شاخصهای خطاسنجی و اطمینان از مناسب بودن مدل دادههای سه دوره 30 ساله با استفاده از مدل Hadcm3 تحت شرایط دو سناریوی A2 و B2 تولید گردید.
شکل 1- صحتسنجی پارامتر سرعت باد مشاهداتی و شبیهسازی شده در دوره پایه (2000-1971)
Figure 1. Validation of the observed wind speed parameter simulated during the base period (1971-2000)
تغییرات متوسط سرعت باد در ایستگاه سینوپتیک زابل در سه دوره 30 ساله تحت شرایط سناریوی B2 و A2 در اشکال 2 و 3 نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده میشود بهطور متوسط میزان سرعت باد محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 67/0، 88/0 و 15/1 متر بر ثانیه نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت کمترین میزان افزایش مربوط به فصول پاییز و زمستان هست و بیشترین افزایش هم مربوط به فصول بهار و تابستان است.همچنین تغییرات متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است به ترتیب 36/1 و 57/1 و 79/1 متر بر ثانیه برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. میزان افزایش متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 بهمراتب بیشتر از سناریوی B2 بهخصوص در فصول بهار و تابستان هست همچنین تحت شرایط سناریوی A2 بیشترین افزایش متوسط سرعت باد مربوط به فصول بهار و تابستان و پاییز هست و در فصل زمستان هم این افزایش سرعت محسوس است.
شکل 2- مقایسه سرعت باد شبیهسازی شده توسط سناریو B2 در سه دوره زمانی آتی
Figure 2. Comparison of the wind speed simulated by scenario B2 for the three subsequent periods.
شکل 3- مقایسه سرعت باد شبیه سازی شده توسط سناریو A2 برای سه دوره متوالی
Figure 3. Comparison of the wind speed simulated by scenario A2 for the three subsequent periods
فشار
نتایج حاصل از ریزگردانی خروجی مدلHADCM3 توسط SDSM
در این مدل از میان متغیرهای مستقل دمای متوسط در ارتفاع 2 متری، فشار سطح دریا و ژئوپتانسیل hpa850 بیشترین همبستگی را با پارامتر فشار تراز دریا داشتند . درنهایت نسبت به واسنجی مدل بر اساس روش حداقل مربعات خطا اقدام شد. جهت بررسی توانایی کلی مدل SDSM در شبیهسازی دادههای مشاهداتی از دو روش ترسیمی و معیارهای آماری MAE و RMSE که نشاندهندهی میزان خطای مدل هست که بهترین مقدار آنها برابر صفر است و ضریب R2 که بهترین مقدار برابر یک است، استفاده گردید و سپس نتایج با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت. مقادیر فوق به ترتیب برای سناریوی A2، 5/1 و8/1 و0.94 و برای سناریوی B، 6/1، 2 و 93/0 محاسبه گردید. همچنین نتایج حاصل از روش ترسیمی نیز این مطلب را تصدیق میکند که مدل توانسته بهخوبی دادههای دورهی پایه را شبیهسازی کند.
شکل 4- مقایسه فشار دیدهبانی و شبیهسازی شده در دوره پایه (2000-1971)
Figure 4. Comparison of the monitored and simulated pressure in the base period (1971-2000)
میزان فشار تولید شده برای سناریویB2 در شکل شماره 5 ترسیم شده است. بهطور متوسط میزان فشار محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 04/0، 10/0 و 16/0 نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت. لیکن این کاهش در طی سال بهصورت یکنواخت پراکنده نشده است. بهنحویکه طی فصول زمستان و بهار و تابستان افت فشار روند منظمتری نسبت به فصل پاییز دارد. نکته قابل توجه در این سناریو این است که مقادیر فشار تراز دریا در دورهی ابتدایی یعنی 2010-2039 در فصل پاییز نسبت به پایه افزایش نشان میدهد. بررسی سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا هم در شکل 6 مؤید این نکته است که خط روند طی دورهی زمانی 2010-2039 یک سیر صعودی محسوسی را داراست. مطابق این شکل در طول سه دوره مختلف، بیشترین روند کاهشی مربوط به دوره 2040-2069 هست که با شیب تندتری نسبت به دو دورهی دیگر مقدار فشار تراز دریا تضعیف شده است و نهایتاً در دوره زمانی 2070-2099 خط روند تغییرات سری زمانی با شیب ملایمتری تضعیف شده است.
شکل 5-مقایسه فشار شبیهسازی شده توسط سناریو A1B در سه دوره زمانی آتی
Figure 5. Comparison of pressure simulated by A1B scenario in the next three periods
شکل 6- سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا طی سه دوره زمانی آینده
Figure 6. Time series of seawater pressure changes over the next three periods
در شکل 7، میزان تغییرات متوسط فشار تراز دریا تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است نشان داده شده است. طبق این شکل مقادیر فشار برای دورههای زمانی 2010-2039 و 2040-2069 و 2070-2099 به ترتیب 03/0، 09/0 و 16/0 نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت. تحت شرایط سناریوی مذکور بیشترین کاهش را در دوره پایانی به میزان 16/0 درصد خواهیم داشت. تحت شرایط این سناریو هم کاهش در طی سال بهصورت یکنواخت نخواهد بود. مقادیر فشار در دورهی زمانی 2010-2039 در اواخر فصل تابستان و اوایل پاییز مقداری افزایش خواهد یافت؛ و در دو دورهی بعدی میزان افت فشار روند منظمتری را خواهد داشت. در شکل 8 سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا تحت شرایط سناریو A2 درج گردیده است. مطابق این شکل در طول سه دوره مختلف، مقادیر کاهش فشار تراز دریا در دورهی زمانی 2040-2069 داری روند کاهشی ملایمتری نسبت به دو دورهی دیگر است.
شکل 7- مقایسه فشار شبیهسازی شده توسط سناریو A1B در سه دوره زمانی آتی
Figure 7. Comparison of pressure simulated by A1B scenario in the next three periods
شکل 8- سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا طی سه دوره زمانی آینده
Figure 8. Time series for sea level pressure changes over the next three periods
نتیجهگیری
مطابق نتایج به دست آمده بهطور متوسط میزان سرعت باد محاسبه شده توسط سناریوی B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب به 67/0، 88/0 و 15/1 متر بر ثانیه نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. کمترین میزان افزایش مربوط به فصول پاییز و زمستان میباشد و بیشترین افزایش هم مربوط به فصول بهار و تابستان است. همچنین تغییرات متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است به ترتیب 36/1 و 57/1 و 79/1 متر بر ثانیه برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. میزان افزایش متوسط سرعت باد تحت شرایط سناریوی A2 به مراتب بیشتر از سناریوی B2 بهخصوص در فصول بهار و تابستان میباشد. همچنین تحت شرایط سناریوی A2 بیشترین افزایش متوسط سرعت باد مربوط به فصول بهار و تابستان و پاییز میباشد و در فصل زمستان هم این افزایش سرعت محسوس است. به لحاظ دورهی زمانی بیشترین افزایش با 32 درصد افزایش نسبت به دورهی پایه مربوط به دورهی زمانی 2070-2099 میباشد. همچنین میزان تغییرات فشار محاسبه شده تحت شرایط سناریو B2 برای دورههای زمانی 2010- 2039 و 2040-2069 و 2070-2099 میلادی به ترتیب 04/0، 10/0 و 16/0 میباشد که نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت. لیکن این کاهش در طی سال بهصورت یکنواخت پراکنده نشده است. بهنحویکه طی فصول زمستان و بهار و تابستان افت فشار روند منظمتری نسبت به فصل پاییز دارد. بررسی سری زمانی تغییرات فشار تراز دریا نشاندهندهی این امر است که در طول سه دوره مختلف، بیشترین روند کاهشی مربوط به دوره 2040-2069 میباشد که با شیب تندتری نسبت به دو دورهی دیگر مقادیر فشار تراز دریا تضعیف شده است. میزان تغییرات متوسط فشار تراز دریا تحت شرایط سناریوی A2 که یک سناریوی بدبینانه است نشان داد که مقادیر فشار برای دورههای زمانی 2010-2039 و 2040-2069 و 2070-2099 به ترتیب 03/0، 09/0 و 16/0 درصد نسبت به دوره پایه کاهش خواهد یافت. تحت شرایط سناریوی مذکور بیشترین کاهش را در دوره پایانی به میزان 16/0 درصد خواهیم داشت. تحت شرایط این سناریو هم کاهش در طی سال بهصورت یکنواخت نخواهد بود. همچنین در بررسی سری زمانی تغییرات فشار، مقادیر کاهش فشار تراز دریا در دورهی زمانی 2040-2069 داری روند کاهشی ملایمتری نسبت به دو دورهی دیگر است. نتایج حاضر با یافتههای صفرراد و همکاران (1394)؛ کردی و همکاران (1395)؛ علیزاده و همکاران (1395)؛ که تغییرات فشار تحت تأثیر گرمایش جهانی را بررسی کردهاند (19 ،17) و همچنین خردادی و همکاران (1386)؛ رحیم زاده و همکاران (1385)؛ خسروی (1387)، که تغییرات سرعت باد را در چند ایستگاه ایران مورد بررسی قرار دادند مطابقت دارد (22، 20). دلیل افزایش سرعت باد در طول قرن 21 را میتوان افزایش دمای کرهی زمین، از بین رفتن پوشش گیاهی، کاهش سطح پهنههای آبی و افزایش روند گرمایش در سطح زمین و در نتیجه افزایش شیب تغییرات فشار بین این منطقه و نواحی مرتفع مجاور دانست.
Reference