پديد آورندگان :
طاهري تيزرو، عبدالله دانشگاه بوعلي سينا همدان - گروه علوم و مهندسي آب , خدامرادپور، مهرانه دانشگاه بوعلي سينا همدان - گروه علوم و مهندسي آب , مشهديان، محمد جواد دانشگاه بوعلي سينا همدان - گروه مهندسي منابع آب
كليدواژه :
اﻋﺘﺒﺎرﺳﻨﺠﯽ ﻣﺪل ﻫﺎي اﻗﻠﯿﻤﯽ , ﻣﺪل اﻗﻠﯿﻤﯽ ﻣﻨﻄﻘﻪ اي RegCM4 , شاخص هاي ارزيابي مدل , توازن آبي , طرحواره سطح CLM4.5
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: مدل سازي اقليم منطقه‌اي براي ريزمقياس نمايي به دادههاي شرايط مرزي از يك مدل گردش كلي نيازمند است. مدل سازي اقليمي منطقه‌اي نيز در واقع يك روش زير مقياس نمايي ديناميكي است. هدف از اين پژوهش بررسي عملكرد طرحواره‌ي سطح CLM4.5 جفت شده در مدل اقليمي منطقه‌اي RegCM4 در برآورد مؤلفه‌هاي بودجه‌ي انرژي و آبي با استفاده از سناريوي جديد (RCP (RCP4.5 در محدوده‌ي دشت تويسركان است. بدين منظور مدل اقليمي منطقه‌اي RegCM4 جفت شده با طرحواره‌ي سطح CLM4.5 با استفاده از خروجي‌هاي مدل گردش كلي HadGEM2 در محدوده‌ي دشت تويسركان براي دو دوره‌ي پايه (1999-2005) و چشم انداز (2015-2025) اجرا مي‌شود. سپس عملكرد مدل در دوره‌ي پايه ارزيابي شده و مؤلفه‌هاي بيلان آب و توازن آب سطحي در دوره‌ي چشم انداز، با توجه به اهميت منابع آب در منطقه‌ي مورد مطالعه، بررسي مي‌شوند.
مواد و روش‌ها: در دوره‌ي پايه بارندگي، دما و رواناب شبيه‌سازي شده توسط مدل با مقادير اندازه‌گيري شده در ايستگاه‌هاي موجود در منطقه در مقياس زماني روزانه مقايسه شدند. همچنين عملكرد مدل توسط شاخص‌هاي ضريب كارايي مدل، ضريب همبستگي، اريبي، ميانگين قدر مطلق خطا و مجذور ميانگين مربعات خطا بررسي شد. بارندگي شبيه سازي شده با مشاهدات 6 ايستگاه موجود در منطقه مقايسه شد، همچنين دماي اندازه گيري شده در ايستگاه سينوپتيك همدان- فرودگاه به منظور ارزيابي دما مورد استفاده قرار گرفت. براي صحت سنجي رواناب نيز تنها ايستگاه آب‌سنجي موجود در خروجي حوضه مورد بررسي قرار گرفت. پيش‌بيني‌ها با استفاده از سناريوي RCP4.5 از گزارش پنجم هيأت بين الدول تغيير اقليم انجام گرفتند. در دوره‌ي چشم انداز تغييرات زماني و مكاني مؤلفه‌هاي بيلان آب سطحي شامل بارندگي، تبخير-تعرق و رواناب بررسي شدند و سپس معادله‌ي توازن آب سطحي در حوضه مورد ارزيابي قرار گرفت.
يافته‌ها: نتايج ارزيابي عملكرد مدل در دوره‌ي پايه نشان مي‌دهد كه مدل داراي بهترين عملكرد در برآورد بارندگي (براي 5 ايستگاه نخست) و دما به دليل ضرايب كارايي مناسب و خطاهاي كوچك است. در رابطه با رواناب، ضريب كارايي مثبت اما به نسبت كوچك است، ضريب همبستگي نيز داراي مقدار قابل قبولي است كه نشان از عملكرد نسبتاً مناسب مدل در برآورد رواناب دارد. در نخستين سال دوره‌ي چشم انداز (2015) بيشترين مقادير بارندگي در بخش‌هاي شرقي و مركزي (نواحي مرتفع) و كمترين مقادير در جنوب غرب دشت اتفاق مي‌افتد. پيش‌بيني بارندگي در 10 سال آينده (2016- 2025) نشان از كاهش بارندگي در بيشتر بخش‌ها، به جز بخش كوچكي در شرق و جنوب، دارد كه بيشترين مقادير كاهش (حدود 12%)، در شمال شرق و مركز دشت است. از آنجا كه بارندگي تعيين كننده‌ي ميزان رطوبت در دسترس است بالتبع توزيع مكاني و تغييرات تبخير-تعرق، مشابه بارندگي است. بيشترين مقادير رواناب در شرق و شمال شرق (بخش مرتفع) دشت اتفاق افتاده و در دوره‌ي 10 ساله‌ي 2016-2025 يك افزايش 30 تا 50 درصدي در بخش شرقي و يك كاهش 10 تا 20 درصدي در بخش مركزي اتفاق خواهد افتاد. ارزيابي بيلان آب سالانه نشان مي‌دهد كه در 7 سال توازن آبي برقرار بوده اما در 3 سال باقي‌مانده (2017، 2023 و 2024) اختلاف‌ها ميان طرفين معادله‌ي بيلان آب محسوس هستند.
نتيجه گيري: با توجه به مساحت كوچك حوضه و دوره‌ي زماني كوتاه چشم انداز كه در آن آثار تغيير اقليم قابل تشخيص نيست حصول مقدار متوسط 1/3 ميلي‌متر اختلاف در معادله‌ي بيلان براي اين دوره‌ي 10 ساله مي‌تواند حاكي از عملكرد مطلوب مدل در برقراري توازن آبي حوضه باشد. به طور كلي مي‌توان نتيجه گرفت علي‌رغم بهبود توازن آب، عملكرد طرحواره‌ي سطح هنوز در پارامتره‌سازي بودجه‌ي آبي، به ويژه رواناب مطلوب نيست، در حالي‌كه در برآورد بودجه‌ي انرژي، با توجه به برآورد خوب در شبيه‌سازي ميانگين دما، عملكرد مناسبي دارد.
چكيده لاتين :
Background and objectives: In regional and local climate studies usually coarse-resolution outputs of global climate models are downscaled to produce necessary fine scale data. Regional climate modeling is a dynamical downscaling method. In this study HadGEM2 general circulation model outputs have been downscaled by RegCM4 Regional Climate Model coupled CLM4.5 land surface scheme. The model was run over Toyserkan plain for a reference period (1999-2005) for model evaluation and a projection period (2015-2025). In the projection period, regarding to the importance of water resources in the study area, water budget components and surface water balance equation have been evaluated.
Materials and methods: For the reference period, daily modeled precipitation, temperature and runoff were compared with observed values at available meteorological stations in the region. Modeling efficiency, correlation coefficient, bias, mean absolute error and root mean squared error statistical indices were used to evaluate model’s simulations. Modeled precipitation was compared with observations of 6 available stations in the region, Observed temperatures of the station of Hamedan- Airport were also used for modeled temperature verification; For runoff verification, the only river station at the outlet of the catchment was used. Projections are based on RCP4.5 scenario of the Fifth Assessment Report of Intergovernmental panel on climate change. For the projection period spatiotemporal variations of surface water budget components including precipitation, evapotranspiration and runoff have been studied and water balance equation in the catchment has been evaluated.
Results: Model evaluation results showed that the model has its worst performance for runoff, because of low modeling efficiency and relatively large errors while has its best performance in simulating precipitation (especially for the first five stations) and temperature. Finally, the model shows its best performance for temperature and precipitation respectively, regarding to more positive efficiency, higher correlation and smaller errors. For the first year of projection period (2015) the highest values of precipitation occur in eastern and central parts while the lowest values occur in southwestern part of the catchment. Through the next 10 years (2016-2025), precipitation decreases in most parts except small parts in east and south of the catchment. The highest values of precipitation decrease (about %12) also occur in northeastern and central parts. Since the amount of precipitation determines available moisture, spatial distribution and variation of evapotranspiration are same as those for precipitation. The highest values of runoff occur in eastern and northeastern (high elevation) parts and during 2016-2025 a %30-50 increase in eastern part and a %10-20 decrease in central part will occur. Annual water budget evaluation shows that for 7 years there is a water balance, but for the remaining 3 years (2017, 2023 and 2024) differences between two sides of the water balance equation are large.
Conclusion: Considering small area of the catchment and short time of projection period that does not allow to detect impacts of climate change, small amount of mean 10-year difference between two sides of the equation (1.3 mm) shows that the model performance in estimating water balance for the catchment is acceptable. Generally, although the water balance estimation has been improved, the land surface scheme has shortcomings in water budget parametrization especially for runoff. But regarding to improvement of mean temperature simulation, model has an appropriate performance in simulating the energy budget.
