ارزيابي داده‌هاي مدل‌هاي اقليمي CMIP5 در مقابل داده‌هاي مشاهده‌اي ايران

Assessment of CMIP5 climate models with observed precipitation in Iran

با توجه به تغييرات اقليمي رخ‌داده آگاهي از مقدار و شدت بارش در شرايط حال حاضر و آينده به‌ويژه در مناطق خشك و نيمه‌خشك مانند ايران كه همواره از كمبود آب رنج مي‌برد، بسيار ضروري است. ازاين‌رو پژوهش پيش رو با هدف ارزيابي دقت داده‌هاي بارش مجموع مدل‌هاي CMIP5 طي دوره پايه (2005-1985) و همچنين داده‌هاي پيش‌بيني‌شده براي آينده ايران (2050-2005) تدوين ‌شده است. در اين راستا داده‌هاي بارش 8 مدل (BCC-CSM1.1، CCSM4، CESM1-BGC، CESM1-CAM5، CMCC-CM، EC-EARTH، MIROC5 و MIR- CGCM3) با استفاده از آماره‌هاي نظيرRMSE, BIAS, EF و... بررسي شدند. نتايج حاصل از ارزيابي دقت 8 مدل مورد مطالعه نشان داد كه مدل‌هاي بررسي‌ شده از توانايي بالايي در برآورد بارش كشور برخوردار نيستند و با توجه به نتايج آماره‌هايي نظير ضريب همبستگي (r) و شيب خط (slope) از دقت متوسط تا ضعيفي برخوردارند. با وجود اين مدل‌هاي BCC-CSM1.1 و CCSM4 نسبت به ساير مدل‌ها در پهنه ايران از دقت بالاتري برخوردار هستند. بر اساس نتايج شاخص‌هايي كه ميزان توافق سري‌هاي زماني و اختلافات مدل‌ها را ارزيابي مي‌نمايند، مي‌توان گفت كه گرچه مدل‌هاي مورد استفاده در محاسبه مقدار بارش كشور با دقت مناسب، توانايي بالايي ندارند اما به‌خوبي دوره‌هاي زماني بارش را برآورد و توانايي مناسبي در تشخيص افت‌وخيزها و روندهاي بارش در اكثر نقاط كشور را دارند. نتايج صحت‌سنجي بارش آينده دو مدل منتخب نيز همسو با نتايج ارزيابي داده‌هاي مدل مي‌باشد. در مجموع صحت پيش‌بيني‌ها در نيمه شمالي (به‌جز سواحل خزر) بيش از نيمه جنوبي است. نتايج حاصل از روند بارش مدل CCSM4 تحت دو سناريو 4.5 و 8.5 نشان داد كه روند تغييرات بارش آتي كشور براي هيچ منطقه‌اي معنادار نخواهد بود و شيب روند در حد ضعيف تا متوسط است. بر اساس هر دو سناريو روند بارش در جنوب شرق، شمال شرق، گوشه شمال غرب و شرق خزر منفي و در نواحي مركزي و برخي استان‌هاي غربي (همدان، مركزي و چهارمحال و بختياري) مثبت خواهد بود.

The changes in precipitation that depend on future climatic changes highly affect environmental processes and the use of ecosystem services, especially water sources. Because providing necessary material for human beings is mostly dependent on water sources, the reliable prediction of precipitation and water sources, affected by climate change, is of considerable importance. Nowadays, there are centers and various models worldwide that simulate the state of future climate of the earth by different scenarios, e.g., the scenario of release physical and computational structure. Simulations of world climate models have been archived by CMIP project, which are regarded as one of the most important sources to study the climate condition of the 21st century. The simulations from models of general atmospheric circulation, which is a part of CMIP5, are as the basis for the conclusions of international committee related to future climatic changes. The data can be used to assess future climatic changes in local or regional scales, whether directly or after presenting downscale. Although the predictions of general circulation models are reliable enough, ignoring some important features of each region, especially developing countries and the ones with high environmental diversity like Iran, make the data of these models need accurate assessment in various spatial and temporal scales. Therefore, the present study aims to assess the accuracy of precipitation data from eight models (BCC-CSM1.1, CCSM4, CESM1-BGC, CESM1-CAM5, CMCC-CM, EC-EARTH, MIROC5and MIR- CGCM3) of general atmosphere circulation according to high spatial accuracy for Iran applying statistical tests. Statistic indices like R, R^2, RMSE, BIAS, EF, NARMSE, SLOPE, and IA were applied to choose the most appropriate model, out of eight, up close to real data of the country. The findings reveal that Although the models used to calculate rainfall has not high reliability, but also it is too weak to estimate the stations’ extreme events. Besides, in a similar study, Hidalgo and Alfaro (2014) believe that most of the CMIP5 models have low ability to estimate the precipitation of central regions of the USA. Regionally, output accuracy for north-eastern and western regions is more than other parts of the country. Besides, the accuracy for coastal regions of Iran (Oman and Caspian) is very low and practically useless, which is due to the special geographical condition and the contrast of land and water in these regions. In fact, the assessment of future precipitation output of these models under scenario 4.5 and 8.5 presents the same findings; the correctness of predictions in northern half (except for Caspian beaches) is more than the southern half. Scenario 4.5 shows better results in northeast and west while scenario 8.5 shows better results in southern beaches, especially southeast of the country. The findings from the process of precipitation from CCSM4 model, under scenarios 4.5 and 8.5, show that the process of future precipitation changes will not be significant for any region and the slope is from weak to average.