بررسی عملکرد دو مدل گردش عمومی جو-اقیانوس در ریزمقیاس سازی دمای متوسط در شهرستان بیرجند

چکیده مبسوط مقدمه: تغییر اقلیم تاثیر بسزایی بر منابع آب و محیط زیست دارد که در کشاورزی، جامعه و اقتصاد منعکس می شود. استفاده از مدل گردش عمومی (GCM) با مدل های کاهش مقیاس آماری، روشی برای ارزیابی تغییرات اقلیمی است. با توجه به قرار گرفتن استان خراسان جنوبی و شهرستان بیرجند در منطقه خشک ایران، رشد جمعیت، توسعه صنعتی و معدنی و رسیدن به کشاورزی پایدار، ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر پارامترهای هواشناسی ضروری به نظر می رسید. هدف از این مطالعه مقایسه عملکرد مدل های تاریخی NCEP و ECMWF در ریزمقیاس نمایی پارامتر دما شهرستان بیرجند و بررسی تغییرات این پارامتر تا سال ۲۰۳۰ با استفاده از مدل برتر و سناریو SSP۲۴۵ مدل CanESM۵ است.موارد و روش ها: در این پژوهش به منظور مقایسه عملکرد دو مدل گردش عمومی NCEP و ECMWF در ریزمقیاس سازی پارامتر دما، از اطلاعات دمای روزانه ایستگاه سینوپتیک بیرجند در بازه زمانی سال های ۱۹۹۰ تا ۲۰۲۱ به عنوان دوره پایه استفاده شد. همچنین به منظور بررسی عملکرد این مدل ها از مدل ریزمقیاس نمایی آماری SDSM و به منظور ارزیابی عملکرد این دو مدل از معیارهای ارزیابی NS، KGE، RMSE و BR۲ استفاده شد.نتایج و بحث: به منظور بررسی و مقایسه عملکرد دو مدل گردش عمومی NCEP و ECMWF از داده های روزانه دمای متوسط، از روز اول ماه ژانویه سال ۱۹۹۰ تا پایان ماه سپتامبر سال ۲۰۲۱ ایستگاه سینوپتیک شهرستان بیرجند استفاده شد. به طوری که از داده های سال ۱۹۹۰ تا روز اول از ماه ژانویه سال ۲۰۰۸ به عنوان بخش واسنجی و از روز اول ماه ژانویه سال ۲۰۰۸ تا پایان ماه سپتامبر سال ۲۰۱۵ به عنوان بخش اعتبارسنجی در نظرگرفته شد. دو مدل NCEP و ECMWF دارای ۲۶ پارامتر بوده که به منظور انجام ریزمقیاس سازی ابتدا میزان همبستگی هریک از پارامترها با پارامتر دمای مشاهداتی در محیط نرم افزار R و با استفاده از پکیج HydroGof کدنویسی و محاسبه و پارامترهایی که بیشترین همبستگی را با پارامتر دما داشته اند، از میان ۲۶ پارامتر استخراج گردید. همچنین به منظور ارزیابی عملکرد مدل ها از معیارهای NS، RMSE، KGE و BR۲ در بخش های واسنجی و اعتبارسنجی استفاده شد. برای بررسی نزدیکی مقدار واریانس و میانگین سری های زمانی تولیدشده توسط دو مدل و سری زمانی مشاهداتی درکل بازه شبیه سازی به ترتیب از آزمون های F و T استفاده و فرض صفر در این آزمون ها به ترتیب نزدیکی مقادیر واریانس و میانگین سری های زمانی تولیدشده توسط دو مدل NCEP و ECMWF به واریانس و میانگین سری زمانی مشاهداتی در نظر گرفته شد. نتایج بخش واسنجی نشان داد که هر دو مدل عملکرد مشابهی از خود نشان داده اند به چراکه مقادیر معیارهای ارزیابی NS، RMSE، KGE و BR۲ در مدل ECMWF به ترتیب ۶۹/۰، ۸۶/۴، ۸۵/۰، ۷/۰ و در مدل NCEP به ترتیب ۷/۰، ۷۹/۴، ۸۵/۰ و ۷/۰ محاسبه شده است. ازآنجایی که نمودار جعبه ای، مقدار میانگین و انحراف معیار در تصمیم گیری در خصوص میزان نزدیکی و شباهت دو سری زمانی قابلیت بالایی دارند، به منظور بررسی شباهت و نزدیکی سری های زمانی تولیدشده توسط دو مدل ها با مقادیر مشاهداتی در دوره واسنجی و اعتبارسنجی از مقایسه نمودارهای جعبه ای، مقادیر میانگین و انحراف از معیار سری های زمانی تولیدشده و سری زمانی مشاهداتی استفاده شد. نتایج محاسبه معیارهای ارزیابی در بخش صحت سنجی نشان داد که مدل ECMWF عملکرد بهتری نسبت به مدل NCEP در بخش اعتبارسنجی داشته است، چراکه مقادیر معیارهای ارزیابی NS، RMSE، KGE و BR۲ در مدل ECMWF به ترتیب ۶۹/۰، ۹/۴، ۸۵/۰، ۷۳/۰ و در مدل NCEP به ترتیب ۶۷/۰، ۳/۵، ۸۳/۰ و ۷/۰ محاسبه شده است. درمجموع با نتایج نشان داد که مدل ECMWF عملکرد بهتری داشته و به عنوان مدل برتر انتخاب می گردد. درنتیجه به منظور شبیه سازی و پیش بینی مقدار دمای متوسط از پارامترهای mslp، P۵۰۰، P۵-f، P۵-u، P۸۵۰ و P۸-u مدل ECMWF استفاده گردید؛ بنابراین پیش بینی می شود میزان متوسط دما در بازه ۸ سال آینده، افزایش حدودا ۳ درجه ای نسبت به متوسط دوره پایه آماری داشته باشد.نتیجه گیری: نتایج نشان داد با توجه به معیارهای ارزیابی NS، RMSE، KGE و BR۲، مدل ECMWF نسبت به مدل NCEP در برآورد مقدار دمای متوسط شهرستان بیرجند نسبتا عملکرد بهتری دارد. همچنین بررسی نمودارهای جعبه ای، مقدار میانگین و انحراف از معیار سری های زمانی تولیدشده توسط دو مدل در بخش واسنجی و اعتبارسنجی نشان داد که هر دو مدل ازنظر میزان پراکندگی، مقدار کمینه و بیشینه و میانگین داده های تولیدی مقادیر مشابهی نسبت به سری زمانی مشاهداتی تولید کرده اند و ازنظر مقدار میانگین و واریانس داده های تولیدشده در هرماه در بازه واسنجی و اعتبارسنجی، مدل ECMWF عملکرد نسبتا بهتری را از خود ارائه داد. بنابراین مدل ECMW به عنوان مدل برتر انتخاب و شبیه سازی دمای متوسط شهرستان بیرجند در بازه سال های ۲۰۲۲ تا ۲۰۳۰ با استفاده از این مدل و تحت سناریو انتشار SSP۲۴۵ مدل CanEcm۵ انجام شد. نتایج پیش بینی نشان داد که دمای متوسط شهرستان بیرجند افزایش حدودا ۳ درجه ای نسبت به متوسط دوره پایه آماری دارد.

کلیدواژه ها:

تغییر اقلیم ، ریزمقیاس نمایی ، گزارش ششم تغییر اقلیم (CMPI۶) ، مدل SDSM