به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « downscaling » در نشریات گروه « آب و خاک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «downscaling» در نشریات گروه «کشاورزی»
  • Mahdi Amirabadizadeh *, Mohammad Puyafar, Mostafa Yaghoobzadeh
    Climate is a complex system that is affected by changes in climatic parameters. By predicting and examining the range of changes in meteorological parameters in the future, it is possible to adopt appropriate solutions to reduce the harmful effects of climate change. Using atmospheric general circulation models is the most reliable method. In this study, precipitation, maximum and minimum temperatures of five synoptic stations of Birjand, Qaen, Nehbandan, Ferdows and Tabas, for the base period of 1988 to 2005 as well as the outputs of six climate models of CanESM2, GFDL-CM3, CSIRO-MK3, MPI-ESM - LR, MIROC-ESM and GISS-ES-R, were collected under RCP8.5 and RCP4.5 emission scenarios for a 16-year period (2020-2035) and downscaled using the LARS-WG5.0 model. Then, using the RMSE and MAE statistical indices, the quality of the down-scale representation was evaluated. Afterwards, by calculating the climate classification indices of De Martonne and Amberger, the province was classified with the help of GIS software. De Martonne classification indicates that the climate of the province will not change in the near future compared to the base period while based on the classification of Amberger and under all six models and both scenarios, Birjand, Qaen and Ferdows cities are predicted to have temperate climate and Tabas city is expected have a hot and mild desert climate. For Nehbandan city, the GFDL-CM3, CSIRO-MK3 and GISS-ES-R models of the fifth report under the RCP4.5 scenario predicted a moderate climate and the rest of the large-scale models predicted a moderate desert climate.
    Keywords: Amberger, Climate Change, De Martonne, Downscaling, South Khorasan Province}
  • زهرا فرحناکیان، رضا قضاوی*، سیامک دخانی، ابراهیم امیدوار

    یکی از ابزارهای برنامه ریزی و مدیریت منابع آب، منحنی های شدت- مدت- فراوانی (IDF) است و استخراج این منحنی ها بر اساس شرایط اقلیمی در هر زمان، کارکرد مهمی در پیش بینی احتمالات آینده دارد و می تواند به اقدامات مناسب در مواجه با تغییرات اقلیمی و بلایای طبیعی ناشی از آن منجر شود. هدف از انجام این مطالعه، بررسی تاثیر تغیرات اقلیمی آینده بر منحنی های شدت مدت فراوانی در مناطق خشک است. جهت انجام این مطالعه، تغییرات اقلیمی ایستگاه کاشان با اسستفاده از مدل لارس برای سه دوره (2011-2030)، (2031-2050)و (2051-2070) ریزمقیاس نمائی شد. سپس اثر این تغییرات اقلیمی بر منحنی های IDF در ایستگاه سینوپتیک کاشان با استفاده از رابطه قهرمان- آبخضر مورد بررسی قرارگرفت. نتایج مدل لارس نشان داد که در سناریو 5/4 برای هر سه دوره (2011-2030)، (2031-2050)و (2051-2070) مقدار بارش سالانه در ایستگاه مورد مطالعه افزایشی خواهد بود و در بقیه سناریوها مقدار بارش کاهشی است. مقدار دمای حداقل سالانه و حداکثر سالانه نیز نسبت به دوره پایه تحت سناریوهای مختلف 6/2، 5/4و 5/8 در دوره های (2070-2011) نسبت به دوره پایه روندی افزایشی داشته است. به طوری که در مقیاس سالانه بیش ترین افزایش دمای حداقل و حداکثر سالانه تحت سناریو 5/8 پیش بینی شده است. همچنین شدت بارندگی در دوره بازگشت های 2 ساله تحت سناریو 6/2 در همه دوره های (2011-2070) و تحت سناریو 5/8 در دوره های (2031-2050) و (2051-2070) نسبت به دوره پایه روندی کاهشی دارد، ولی در سایر دوره بازگشت های 5، 10، 25، 50و 100ساله در پایه زمانی (17/0، 33/0، 5/0، 1، 2، 4، 8، 12و 24ساعت) روند افزایشی پیش بینی شده است. نتایج حاصل از مقایسه منحنی های شدت مدت فراوانی نشان داد که تغییرات اقلیمی باعث تغییر شکل منحنی های شدت مدت فراوانی منطقه خواهد شد، بطوری که بین میانگین شدت های بارش با زمان پایه 17/0 تا 24 ساعت در دوره پایه و شدت های محاسبه شده تحت سناریوهای مختلف تفاوت معنی دار وجود دارد (01/0P<). بر اساس نتایج حاصل، تاثیر تغییرات اقلیمی بر تغییرات بارش های کوتاه مدت بیشتر است، به طوری که شدت این بارش ها افزایش بیشتری نسبت به بارش های بلند مدت خواهد داشت.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم, ریزمقیاس‏‏‏‏‏‏‎نمایی, روش قهرمان-آبخضر, مناطق خشک, مدل LARS WG}
    Zahra Farahnakian, Reza Ghazavi *, Siamak Dokhan, Ebrahim Omidvar
    Introduction

    Analysis of the spatial and temporal trends of precipitation is pertinent for the future sustainable management of water resources. Urbanization and climate change affected local rainfall and intensity. As rainfall characteristics are often used to design urban drainage systems, so watershed modeling, and estimate of the flood properties, updating and reviewing rainfall characteristics is necessary. The Intensity-Duration-Frequency (IDF) curves are a suitable tool to estimate the threshold values of precipitation in different return periods. IDF curves should be prepared based on the long-term rainfall statistics in each region and can change under the influence of climate change. These curves which indicate the frequency and maximum intensity of annual rainfall in the different return periods are suitable tools for planning and managing the water resources. IDF curves are broadly used for different purposes, such as the design of flood control and diversion structures in the cities. The main purpose of this research is to investigate the effect of climate change on temperature, precipitation, and IDF curves in the different return periods in an arid environment.

    Materials and Methods

    In this research, the effect of climate change on IDF curves was investigated in Kashan City as a dry region. Kashan city with an area of 9647 km2 is located in the northern part of the Isfahan Province. In this study, RCP8.5, RCP4.5, and RCP2.6 scenarios (which are introduced as optimistic, intermediate, and pessimistic scenarios) reported in the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), were used to predict the impacts of climate change on temperature and precipitation changes. Then, IDF curves were calculated evaluated, and compared for the basic (1993-2017) and future periods (2011-2070). To examine the impact of climate change on the rainfall intensity patterns, it is necessary to extract IDF curves in different climate conditions. Bell's method is a usual method for extraction of the IDF curves, which was promoted by Gharehman-Abkhezr in Iran. In this study, the latest promoted relationships developed were for the desert and southern regions (e.g;Nizar-Salfachgan, Kuhpayeh, Herat, and Jiroft basins in the central Provinces, Qom, Isfahan, Kerman, and Yazd) have been presented and used to extract IDF curves. To investigate the effects of climate change on IDF curves, first, the base period curves were extracted via rainfall data measured at the Kashan synoptic station. Then, using the new climate scenarios (RCP8.5, RCP4.5, and RCP2.6) and the output data of the LARS exponential microscale model, the IDF curves were extracted for different climate scenarios in the future (2011-2030), (2031-2050), and (2051-2070). Finally, the results of these curves were compared with the base period.

    Results and Discussion

    According to the results, for the base period, the precipitation and temperature data were predicated with an acceptable accuracy by the LARS model. The accuracy of the model has been higher in estimating the minimum and maximum temperature. the Nash and explanation coefficients for the maximum and minimum temperatures were 0.99 and 0.99, respectively. While, the explanatory and Nash coefficients for precipitation data were 0.95 and 0.93, respectively. Based on the results, the rainfall intensity will have fewer changes compared to the base period for long-term duration rainfall compared to short-duration rainfall (less than four hr. The maximum changes are related to rainfalls with a duration of less than one hour, whereas the minimum changes are predicted for 24- hr rainfalls. For all studied scenarios, a significant difference (P<0.05) was predicted between the average rainfall intensity of 0.17 to 24 hr in the region. As in the two-year return period and under the 2.6 scenario, rainfall intensity was increased from 10.75 to 30.54 mm hr-1 for the duration time of 0.17 hr.

    Conclusion

    An increase in air temperature, decrease in rainfall, change in the rainfall pattern, decrease in river discharge, and increase in sudden floods, followed by an increase in soil erosion, and a decrease in the amount of agricultural products are the results of climate change. Therefore, the long-term analysis and monitoring of climatic conditions can be very effective for crisis management caused by climate changes such as floods and droughts. Based on the results, the effect of climate change on the intensity of short-term rainfall is greater than long-term duration rainfall, as the intensity of short-term rainfall will increase more than long-term rainfalls.

    Keywords: Arid Lands, Climate Change, Downscaling, Ghahraman- Abkhezr Method, LARS WG Model}
  • مهین نادری، واحدبردی شیخ*، عبدالرضا بهره مند، چوقی بایرام کمکی، عبدالعظیم قانقرمه

    با توسعه فناوری و صنعتی شدن جوامع بشری، شاهد افزایش گازهای گلخانه ای و بروز تغییرات آب وهوایی هستیم. باتوجه به اهمیت تغییرات آب وهوایی برای زمین و ساکنان آن، پیش بینی بلندمدت پارامترهای اقلیمی همیشه موردتوجه بوده است. یکی از رایج ترین روش ها برای ارزیابی اقلیم آینده، استفاده از مدل گردش عمومی جو است. در پژوهش حاضر پس از بررسی خروجی سه مدل گردش عمومی جو از جمله مدل آمریکایی (GFDL-CM3)، مدل کانادایی (CanESM2) و مدل روسی (inmcm4.ncml) و انتخاب مدل بهتر برای پیش یابی اقلیم منطقه موردمطالعه، از داده های سناریو های RCP 2.6، RCP 4.5 وRCP 8.5  مدل کانادایی (CanESM2) برای ارزیابی تغییرات اقلیمی حوزه حبله رود در دوره آتی2020 تا 2051 استفاده شده است. نتایج به دست آمده بیانگر روند افزایشی مجموع بارش ماهانه دوره آتی (2020-2051) نسبت به دوره پایه (1986-2017) در حوزه حبله رود است. نتایج بررسی تغییرات دمای دوره 2020 تا2051 در حوزه حبله رود نیز بیانگر افزایش میانگین ماهانه دمای بیشینه و کمینه در ده های آتی است. پیامدهای این شرایط در منطقه موردمطالعه که رژیم جریان آن به طور عمده توسط نزولات برفی کنترل می شود، از جنبه هیدرولوژیک اهمیت بالایی دارد و نیازمند اتخاذ سیاست های سازگاری با پدیده تغییر اقلیم در این حوزه آبخیز است.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم, بارش, دما, ریزمقیاس سازی, RCP, CanESM2, SDSM}
    M. Naderi, V. Sheikh*, A. Bahrehmand, C.B. Komaki, A. Ghangermeh

    Greenhouse gases and the occurrence of climate change have occurred with the development of technology and the industrialization of human societies. long-term forecasting of climate parameters has always been interesting due to the importance of climate change for the earth and its inhabitants. General Circulation Models (GCMs) are one of the most widely used methods for evaluating future climate conditions. In the present study, the results of three general circulation models including the American model of GFDL-CM3, the Canadian model of CanESM2, and the Russian model of inmcm4ncml for the study area were evaluated and the CanESM2 model was selected as the superior model. The RCP scenarios 2.6, 4.5, and RCP 8.5 were used with the CanESM2 model to assess climate change conditions across the Hablehroud River basin for the period 2020-2051. According to the results, the total monthly precipitation shows an increasing trend in the coming decades 2020-2051 period compared to the period 1986-2017. The results of the study of temperature changes in the period 2020-2051 in the Hablehroud River basin also indicate an increase in the monthly average of maximum and minimum temperatures in the coming decades. The consequences of these conditions are of great hydrological importance in the study area, this condition necessitates the adoption of climate change adaptation policies in this watershed.

    Keywords: Climate change, Precipitation, Temperature, Downscaling, RCP, CanESM, SDSM}
  • امین حسینی، حسین جهان تیغ*، فرهاد ذوالفقاری، مجتبی محمدی
    در این تحقیق برای بررسی تاثیر تغییراقلیم روی آب سطحی دشت خاش، از دو دسته داده استفاده شد. داده های مربوط به دبی دوره پایه(2010 تا 2020) که از ایستگاه هیدرومتری لادیز بر روی رودخانه سیانجاه دشت خاش اخذ شد، از طرف دیگر داده های بارش دوره پایه نیز از ایستگاه سینوپتیک خاش به دست آمد. براساس مدل رگرسیونی برازش داده شده دوره پایه ارتباط بین دبی و بارش در سطح حوضه خاش مدلسازی سازی گردید. با اجرای مدل ریزمقیاس نمایی آماری SDSM، مقادیر بارش شبیه سازی شده در دوره آماری 2020-2040 ، تحت دو خط سیر انتشار 4.5 و 8.5 به دست آمد که به عنوان ورودی مدل رگرسیونی برای مدلسازی مجدد دبی در دوره تغییر اقلیم استفاده شد. نتایج بیانگر آن بود که در دوره تغییر اقلیم یعنی 2020-2040، علی رغم اینکه بارش سطح حوضه خاش در ماه های سرد سال، افزایش داشته است، اما دبی شبیه سازی شده دوره 2020-2040، در هر دو خط سیر انتشار RCP4.5 و RCP8.5، روند کاهشی داشته است. نتایج بیانگر آن بود که دبی دوره تغییر اقلیم 2020-2040، در خط سیر انتشار RCP4.5، حدود 0.02 مترمکعب در ثانیه نسبت به دوره پایه کاهش داشته است و در خط سیر انتشار RCP8.5 نیز این میزان کاهش برابر 0.016 مترمکعب در ثانیه بوده است. بنابراین این فرضیه تحقیق با توجه به یافته های تحقیق مورد تایید قرار می گیرد.
    کلید واژگان: ریزمقیاس نمایی, سناریوهای اقلیمی, منابع آب سطحی, سیستان و بلوچستان}
    Amin Hosseini, Hossein Jahantigh *, Farhad Zolfaghari, Mojtaba Mohammadi
    In this research, two categories were used to investigate the effect of the change of clarion surface water of Khash plain. The data on 2010 to 2020 obtained from the Liz Hydrometer Station on the Syanjah River Khash Plain, on the other hand, the base rainfall data was obtained from the Khash Station. Based on the measured regression model, the base period of the relationship between Dubai and precipitation at the Khash basin level was modeled. With the implementation of the SDSM statistical microscale model, the simulated rainfall values were obtained in the statistical period of 2020-2040, under two lines of release 4.5 and 8.5, which was used as an input to the regression model for remodeling in the climate change period. The results showed that in the period of climate change 2040-2020, despite the fact that the rainfall of the Khash basin has increased in the cold months of the year, the simulated runoff of the period 2040-2020, in both RCP4.5 release trajectories and RCP8.5, has had a decreasing trend. The results indicated that the climate change period 2020-2040, in the RCP4.5 release, had reduced about 0.02 cubic meters per second to the base period, and in the RCP8.5 release track, this was a decrease of 0.016 cubic meters per second.
    Keywords: Downscaling, Climatic scenarios, Surface water resources, Sistan, Balouchestan}
  • درسا دریکنده، علی شاهنظری، مجتبی خوش روش، گریت هوگنبوم

    مطالعه حاضر، با هدف بررسی تاثیرات تغییر اقلیم بر نیاز آبی، بهره وری آب و ریسک عملکرد برنج رقم هاشمی، تحت سه سناریوی انتشار خوش بینانه، بینابینی و بدبینانه گازهای گلخانه ای شامل: RCP2.6،  RCP4.5و RCP8.5 صورت گرفت. تیمارهای اجرا شده در مزرعه شامل: دو روش کم آبیاری تنظیم شده (آبیاری تمام جویچه ها) و خشکی بخشی ریشه (آبیاری یک در میان جویچه ها) هر یک با سه سطح سطح تنش خشکی 10، 30 و 60 کیلوپاسکال (RDI10، PRD10، RDI30، PRD30، RDI60، PRD60) و تیمار آبیاری کرتی با مدیریت غرقاب دایم (FI) بود. از مدل گیاهی CERES-Rice برای شبیه سازی رشد و توسعه برنج و از مدل گردش عمومی CanESM2 برای پیش نگری تغییر اقلیم آینده نزدیک (2047-2026) نسبت به دوره پایه (2005-1984) استفاده شد. تغییرات نیاز آبی حاکی از آن بود که میانگین نیاز آبی برنج برای همه تیمارهای آبیاری در همه سناریوهای RCP  به جز سناریوی بدبینانه RCP8.5 در آینده نزدیک کاهش خواهد یافت . به دلیل کاهش طول دوره رشد، میزان بهره وری آب نسبت به دوره پایه در سناریوهای RCP  کاهش نشان داد. با این حال، بیشترین میزان بهره وری آب گیاه به تیمار آبیاری FI اختصاص داشت که به دلیل رطوبت زیاد خاک در مقایسه با تیمارهای کم آبیاری بود. ارزیابی ریسک عملکرد نشان داد که درصد ریسک عملکرد برنج نسبت به میانگین دوره پایه افزایش خواهد یافت. به گونه ای که ریسک کاهش 500 کیلوگرم در هکتار عملکرد برنج در تیمار آبیاری سنتی FI، تحت سناریوهای پایه (Baseline)، RCP4.5، RCP8.5 و RCP2.6 به ترتیب 13 درصد، 20 درصد ، 21 درصد و 31 درصد برآورد گردید.  نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که در صورت ثابت ماندن روش های مدیریتی در مزرعه، احتمالا در آینده نزدیک، عملکرد برنج هاشمی کاهش می یابد  و باید به دنبال بهینه سازی روش های مدیریتی و کشت ارقام مقاوم تر به تنش های آبی بود.

    کلید واژگان: کم آبیاری, سناریوهای انتشار گازهای گلخانه ای, ریزمقیاس سازی, مدل گیاهی, DSSAT}
    Dorsa Darikandeh, Ali Shahnazari, Mojtaba Khoshravesh, Gerrit Hoogenboom

    Climate change means any specific change in the long-term average weather state that occurs for a given location or for the entire globe (Goudarzi and Koupaei, 2020). Climate change is one of the most critical factors threatening food security, and it is expected to make food and nutrition security more challenging in the future (Carpena et al., 2019). It will affect the agricultural sector by changing the irrigation water requirements, crop yield, and water productivity (Boonwichai et al., 2018; Liu et al., 2019). Rice is the third most important crop in the world, following wheat and maize (Kapela et al., 2020). The occurrence of water shortages and droughts have raised concerns about the sustainability of rice production, including the main rice cultivation production region of Mazandaran in Iran (Yosefian 2018). Most studies have reported that rice production will decrease in the future due to a projected increase in temperature and a projected decrease in precipitation) Basak et al. 2010; Boonwichai et al. 2018; Nasir et al. 2020; Nicolas et al. 2020). Although many farmers, particularly in Iran, feel that permanent flooding conditions for rice farming are inevitable, climate change forces the use of water-saving technologies to ensure the long-term viability of irrigated rice production in paddy fields (Yosefian 2018; Mirfenderski 2022). Accordingly, it is necessary to find new methods for rice cultivation that reduce water use and make optimal use of the available water for irrigation while maintaining yield under climate change. The goal of this study was to examine the water requirement, water productivity, and risk of rice yield for different irrigation levels under various climate change scenarios using a crop simulation model.

    Keywords: deficit irrigation, RCP scenarios, downscaling, crop model, DSSAT}
  • مهدی امیرآبادی زاده*، مهدیه فروزانمهر، مصطفی یعقوب زاده، سعیده حسین ابادی

    افزایش غلظت گازهای گلخانه ای در اتمسفر باعث تغییرات زیادی در مولفه های اقلیمی کره زمین شده است که این تغییرات در پارامترهای اقلیمی به صورت افزایشی یا کاهشی است. امروزه تغییر اقلیم یکی از چالش های بشر در بهره برداری و مدیریت منابع آب است، همچنین شرایط کنونی آب و هوای جهانی نشان دهنده افزایش خطرات ناشی از پدیده خشکی در بسیاری از مناطق جهان در آینده است. مدل های گردش کلی جوی یکی از مهم ترین و پرکاربردترین روش ها در مطالعات تغییرات اقلیمی در مقیاس منطقه ای می باشد. یکی از اولویت های اصلی ریزمقیاس نمایی آماری انتخاب پیش بینی کننده ها به عنوان ورودی به مدل ریزمقیاس نمایی در پژوهش می باشد. برای انتخاب پیش بینی کننده های مهم از بین 26 متغیر جو بالا، از چهار الگوریتم یادگیری ماشین شامل لاسو، ستیغی، GBM، SPSA در ریزمقیاس نمایی آماری دمای بیشینه در ایستگاه بیرجند استفاده گردید و عملکرد این روش ها با سه شاخص نش-ساتکلیف نسبی، کلینگ-گوپتا و بازده حجمی در بخش صحت سنجی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین میزان اهمیت برای مولفه سرعت نصف النهاری نزدیک سطح و کمترین مقدار آن در مولفه سرعت مداری در ارتفاع 500 هکتو پاسکال می باشد که مقادیر آن به ترتیب 2/73% و 15% تعیین شد. همچنین نتایج شاخص های ارزیابی عملکرد نش- ساتکلیف نسبی و کلینگ-گوپتا، نشان دادند که الگوریتم SPSA دارای عملکرد بهتری از سایر الگوریتم ها درانتخاب پیش بینی کننده ها و به تبع آن ریزمقیاس نمایی دمای بیشینه می باشد. مقایسه میانگین و واریانس خروجی ریزمقیاس شده توسط الگوریتم های مورد استفاده و داده های مشاهداتی در بخش صحت سنجی نشان داد که الگوریتم SPSA  نسبت به سایر الگوریتم ها در باز تولید میانگین و واریانس دمای بیشینه مشاهداتی در ایستگاه سینوپتیک بیرجند دارای توانایی بیشتری می باشد.

    کلید واژگان: الگوریتم یادگیری ماشین, پیش بینی کننده, شهرستان بیرجند, مدل گردش عمومی جو- اقیانوس}
    M. Amirabadizadeh *, Mahdieh Frozanmehr, M. Yaghoobzadeh, Saeideh Hosainabadi
    Introduction

    Nowadays, climate change is one of the human challenges in the exploitation and management of water resources. Temperature along with precipitation is one of the most important climatic elements and is one of the main factors in zoning and climatic classification. Due to location of Iran within the drought belt and proximity to the high-pressure tropical zone, this country has an arid and semi-arid climate and suffers from drought in majority of years. Therefore, temperature fluctuations and variability are important issues, and make the study of temperature changes a necessity. In the current study, four data mining algorithms in selecting predictors for downscaling of maximum temperature in Birjand synoptic station have been studied, compared and the superior algorithm has been introduced. As the number of large scale features are high, selection of machine learning algorithm will play as an important role in statistical downscaling of climatic variables such as maximum temperature. 

    Materials and Methods

    Today, the data set is such that many variables are used to describe the climatic phenomenon in environmental studies. As the number of data is huge, choosing the predictors is one of the most important steps in preprocessing machine learning. In this study, four machine learning methods including stochastic approximation of simultaneous turbulence (SPSA), Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO), Ridge and Gradient Boosting Method (GBM) in selecting important features in downscaling of maximum temperature in Birjand synoptic station during the statistical period of 1961-2019 were studied and compared. It is a mechanism to find a combination of predictors that with a minimum number of predictors can produce an acceptable evaluation index in estimating the variable under study. For the present study, the weather information of Birjand Synoptic Meteorological Station has been prepared by the Meteorological Organization of Iran. In order to calibrate and validate the machine learning algorithms, 70% and 30% of the available monthly data, respectively, were allocated for this purpose. To conduct this research, coding in R-Studio environment and Caret and Fscaret packages were used. In this study, to evaluate the performance of the algorithms, three indices includes relative Nash-Sutcliffe Efficiency (rNSE), Volume Efficiency (VE) and Kling-Gupta Efficiency (KGE) were used.

    Results and Discussion

    Before using the algorithms in selecting large-scale predictors, the correlation between these variables and the maximum observational temperature at Birjand station was investigated. Large scale variables mslp, P1_v, P8_v, P8_u, P850 Temp, with a maximum correlation temperature of 0.6 showed that the correlation is acceptable given the complexity of the climate change phenomenon. In addition, these results show that all the algorithms used the important factors including F1, F2, F15, F16, F18, F20 and F26 by more than 50% and the first variable (mean pressure at the ocean surface) was the most important parameter in downscaling of maximum temperature. Also, the highest importance was for P1_v and the lowest value related to P5_u, as 73.2% and 15%, respectively. Violin plots of downscaled maximum temperature in validation step of different algorithms along with the observed maximum temperature in Birjand synoptic station in each of the algorithms showed that the values of the first and third quartiles in the output data of SPSA algorithm compared to other algorithms were closer to the observed data. According to the evaluation criteria, SPSA algorithm has a higher performance than other algorithms in reproducing the maximum monthly temperature values in Birjand synoptic station. Also, based on the volumetric efficiency evaluation criteria and relative Nash-Sutcliffe, GBM algorithm was more successful in selecting predictors than Ridge and LASSO algorithms. It is also observed that SPSA algorithm shows different results than other algorithms. In comparison of mean and variance of downscaled and observed maximum temperature, the results of t-test and F-test showed that SPSA algorithm has higher efficiency than other algorithms in regenerating mean and variance of observed maximum temperature in Birjand synoptic station at the 5% significance level.

    Conclusion

    The data used in this study included large scale atmospheric variables and the maximum observed temperature at Birjand station. The algorithms were used to select important predictors and the performance of these methods in the validation part. According to the results of this study, the highest importance among large-scale variables is related to P1_v and the lowest value is related to P5_u, the values of which were 73.2% and 15%, respectively. The SPSA algorithm also performs better than other algorithms in selecting predictors and consequently the maximum temperature.

    Keywords: Atmosphere- Ocean General Circulation Model, Downscaling, Feature selection, Machine Learning Algorithm, Maximum temperature}
  • فرشاد فتحیان*، محمد قدمی، زهره دهقان

    در این پژوهش، روند تغییرات مکانی نمایه های حدی دما مرتبط با بخش های سلامت و کشاورزی شامل تعداد روزهای یخبندان، تعداد روزهای تابستانی، تعداد روزهای یخی، تعداد شب های حاره ای، طول فصل رویش، دامنه تغییرات شبانه روزی دما، طول مدت سرما و طول مدت گرما برای 54 ایستگاه همدیدی در سرتاسر ایران برای دوره های مشاهداتی (2005-1976) و آینده (2054-2025) بررسی شدند. بدین منظور، داده های دمای کمینه و بیشینه 3 مدل اقلیمی منطقه ای به نام های CCSM4، MPI-ESM-MR و NORESM1-ME پروژه CORDEX تحت دو سناریو RCP4.5 و RCP8.5 با استفاده از روش توسعه یافته تصحیح اریبی چند مقیاسه برای هر ایستگاه ریزمقیاس نمایی شدند. سپس، روند و تغییرات نمایه های حدی دما با استفاده از روش های من-کندال و شیب خط روند شن بررسی شدند. نتایج بررسی ها نشان داد که نمایه های گرم همانند تعداد روزهای تابستانی و تعداد روزهای حاره ای در بیشتر ایستگاه ها برای هر دو دوره مشاهداتی و آینده روند مثبتی داشته اند. در مقابل، نمایه های سرد مانند تعداد روزهای یخبندان در بیشتر ایستگاه ها روند کاهشی داشته اند. نتایج نمایه های طول مدت گرما و سرما نشان داد که بیشتر ایستگاه ها برای هر دو دوره زمانی فاقد روند هستند. طول فصل رویش در بیش از 60 درصد ایستگاه ها (45 درصد معنی دار) که بیشتر در نواحی شمالی، شمال غربی و غرب واقع شده کشور افزایش یافته است. بر اساس نتایج به دست آمده می توان دریافت که بدون درنظر گرفتن اقدامات سازگاری با شرایط اقلیمی، برخی از نقاط کشور ممکن است در آینده با خطر سلامت و قابلیت سکونت و کشاورزی محدود مواجه شوند.

    کلید واژگان: مقادیر حدی دما, تغییر اقلیم, داده CORDEX, ریزمقیاس نمایی, تحلیل مکانی روند, ایران}
    F. Fathian*, M. Ghadami, Z. Dehghan

    In this research, the trend of spatial changes in extreme indices of temperature related to the health and agriculture sectors such as the number of frost days, number of summer days, number of icing days, number of tropical nights, growing season length, diurnal temperature range, cold spell duration index, and warm spell duration index were investigated for 54 synoptic stations throughout Iran for observational (1976-2005) and future (2025-2054) periods. Daily maximum and minimum temperature data of three regional climate models namely, CCSM4, MPI-ESM-MR, and NORESM1-ME from the CORDEX project under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios were downscaled for each station using a developed multiscale bias correction method. Then, trends and changes of extreme temperature indices were investigated using Mann-Kendall and Sen’s trend line slope methods. The results indicated that the warm indices such as the number of summer days and tropical nights indices have had a positive trend at most stations in both observational and future periods. In contrast, cold indices like the number of frost days have had a decreasing trend in most stations. The results of cold and warm spell duration indices showed that most stations have had no trend for both periods. The growing season length has increased in more than 60% of stations (45% having a significant trend) mainly located in the northern, northwestern, and western regions of the country. Based on the results, it can be concluded that without considering thoughtful climate adaptation measures, some parts of the country may face health risks and limited habitability and agriculture in the future.

    Keywords: Temperature extremes, Climate change, CORDEX data, Downscaling, Spatial trend analysis, Iran}
  • نیلوفر رحیمی، محمدامین مداح*، علی محمد آخوندعلی

    با توسعه فناوری و صنعتی شدن جوامع بشری، افزایش گازهای گلخانه ای بروز تغییرات آب و هوایی در سطح زمین و اثرات زیان بار آن (سیل و خشکسالی) بر زندگی بشر و منابع محرز گشته است. کسب اطلاعات از اثر محتمل تغییر اقلیم بر پارامترهای هواشناسی از اهمیت و ضرورت خاص برخوردار است. در این مطالعه سعی بر آن شد که به شیوه جامع با استفاده از ارزیابی مدل های گردش عمومی جو (12 مدل) و ریزمقیاس نمایی برونداد آنها (با کمک شبکه عصبی پرسپترون چندلایه) اثر محتمل تغییرات اقلیم بر پارامترهای هواشناسی شهر شیراز مشخص شود. نتایج ارزیابی ها (MSE، RMSE و R) در دوره پایه 1986-2005 گواه برتری دو مدل CanESM2 و HadGEM2CC بود. درنتیجه، تحت دو سناریو RCP4.5 و RCP8.5 پیش بینی های CanESM2 برای دوره های 2026-2045 و 2046-2065 نشان دهنده کاهش بارش (به ترتیب 19-11 و 36-21 درصد)، افزایش دمای کمینه (1-4/0 و 2-7/0 درجه سلسیوس)، افزایش دمای بیشینه (1-5/0 و 9/0-8/1 درجه سلسیوس)افزایش میزان تابش خورشیدی (7/0-35/0 و 6/0-1/1 کیلووات ساعت بر مترمربع درروز) و پیش بینی های HadGEM2CC نشان دهنده کاهش بارش (به ترتیب 16-7 و 35-16 درصد)، افزایش دمای کمینه (9/0-3/0 و 7/1-7/0 درجه سلسیوس)، افزایش دمای بیشینه (1/1-4/0 و 8/1-9/0 درجه سلسیوس) و افزایش میزان تابش خورشیدی (8/0-3/0 و 3/1-8/0 کیلووات ساعت بر مترمربع درروز) خواهد بود.

    کلید واژگان: اقلیم شیراز, ریز مقیاس نمایی, پرسپترون, CanESM2, Hadgem2cc}
    Niloofar Rahimi, Mohammad Amin Maddah *, Ali Mohammad Akhoond-Ali

    With the development of technology and the industrialization of human societies, the increase of greenhouse gases, the occurrence of climate changes on the surface of the earth and its harmful effects (floods and droughts) on human life, and resources have been confirmed. There, obtaining information about the possible effect of climate change on meteorological parameters is of particular importance and necessity. In this study, an attempt was made to determine the potential effect of climate change on the meteorological parameters of Shiraz the synoptic station in a comprehensive way by using the evaluation of General Circulation Models (12 models) and downscaling of their output (with the help of Multilayer Perceptron Neural Network method). The evaluation results (based on MSE, RMSE, and R) in the base period (1986-2005) proved the superiority of the CanESM2 and HadGEM2CC models. As a result, under the two RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, HadGEM2CC outcomes during 2045-2026 and 2046-2065 showed a decrease in precipitation (11-19 and 21-36%, respectively). Also, it depicted an increase in minimum temperature (0.4-1 and 0.7-2°C), an increase in maximum temperature (0.5-1 and 0.9-1.8°C), and an increase in solar radiation (0.35-0.7 and 0.6-1.1 kWh per m2 per day). The HadGEM2CC showed a decrease in precipitation (7-16 and 16-35 %, respectively), an increase in minimum temperature (0.3-0.9 and 0.7-1.7°C), in maximum temperature (0.4-1.1 and 0.9-1.8°C) and in solar radiation (0.3-0.8 and 0.8-1.3 kWh per m2 per day).

    Keywords: CanESM2, Climate of Shiraz, Downscaling, Hadgem2cc, Perceptron}
  • فریبا نیرومندفرد، عباس خاشعی سیوکی*، سید رضا هاشمی هاشمی، خلیل قربانی

    امروزه تغییر پارامترهای دما و بارش یکی از چالش های مهم منابع آب محسوب می شود. دلیل این امر این است که این تغییرات باعث خشکسالی و یا سیلاب های شدید، کوتاه و بلند مدت در آینده می شوند. در این تحقیق از داده های هواشناسی ایستگاه بیرجند استفاده شده است. داده های دمای حداقل روزانه و دمای حداکثر روزانه و مقادیر بارش روزانه ایستگاه بیرجند در طی سال های 1990 تا 2014 میلادی به عنوان داده های دوره پایه از آب منطقه ای بیرجند تهیه و سپس مرتب گردید. جهت بررسی چشم انداز اثر تغییر اقلیم بر پارامترهای حداکثر و حداقل دما و بارش از سه مدل IPSL-CM6A-LR، MIROC-ES2L و MRI-ESM2-0 از مجموعه مدل های گزارش ششم (CMIP6) استفاده شد که با به کار بردن از آزمون های ارزیابی ضریب همبستگی (R)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و کلینگ-گوپتا (KGE)، مدل MIROC-ES2L به عنوان مناسب ترین مدل انتخاب گردید و با استفاده از جدیدترین سناریوهای انتشار که به نام خط سیر اجتماعی-اقتصادی (SSP) معرفی شده است به بررسی چشم انداز اثر تغییر اقلیم بر پارامترهای دما و بارش ایستگاه بیرجند پرداخته شد. جهت مقیاس کاهی داده ها از مدل CMhyd استفاده گردید و از سه سناریوی SSP1-2.6، SSP2-4.5 و SSP5-8.5 برای دوره آینده (2050-2022) نیز استفاده شد. در ادامه همچنین با به کار بردن آزمون من-کندال و شیب سن روند پارامترهای داده های مشاهداتی مشخص گردید. در این آزمون هر کدام از پارامترهای دمای حداکثر، دمای حداقل و بارش در دوره مشاهداتی و آینده در بعضی از ماه ها روند معنی دار وجود دارد و بعضی ماه ها فاقد روند معنی دار می باشند. نتایج این تحقیق نشان داد تغییرات دمای حداکثر و حداقل در دوره آینده (2050-2022) نسبت به داده های مشاهداتی دارای روند افزایشی است و پارامتر بارش دارای روند سینوسی است و در برخی ماه ها افزایشی و در برخی کاهشی است، اما به طور کلی می توان گفت میانگین مجموع بارش های ماهانه در آینده تحت هر سه سناریوی برای مدل MIROC-ES2L روند افزایشی دارد.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم, مقیاس کاهی, سناریوی انتشار, CMIP6, CMhyd}
    Fariba Niroumandfard, Abbas Khashei *, Reza Hashemi, Khalil Ghorbani

    Today, changing temperature and precipitation parameters are the major challenges of water resources. In this study, meteorological data of Birjand station have been used. Data on minimum daily temperature and maximum daily temperature and daily precipitation values of Birjand station during the years 1990 to 2014 were prepared as baseline data from Birjand regional water and then arranged. three models of IPSL-CM6A-LR, MIROC-ES2L, and MRI-ESM2-0 from the set of sixth report models (CMIP6) were used to evaluate the Projection of the effect of climate change on the maximum and minimum temperature and precipitation parameters. Using correlation coefficient (R), root mean square error (RMSE),and Kling-Gupta (KGE) evaluation tests, the MIROC-ES2L model was selected as the most suitable model, and using the latest diffusion scenarios that have been introduced as Socio-Economic Trajectory (SSP), the Projection of the effect of climate change on temperature and precipitation parameters of Birjand station was studied. To reduce the scale of the data, the CMhyd model was used and three scenarios, SSP1-2.6, SSP2-4.5, and SSP5-8.5 (2022-2050), were used for the next period. Then, using Mann-Kendall test and Sen’s Slope, the trend of observational data parameters was determined. In this testm each of the parameters of maximum temperature, minimum temperature and precipitation in the observation period and the future, there is a significant trend in some months and some months do not have a significant trend. The results of this study showed that the maximum and minimum temperature changes in the next period (2022-2050) compared to the observational data have an increasing trend and the precipitation parameter has a sinusoidal trend and is increasing in some months and decreasing in some months, but In general, It can be said that the average total monthly precipitation is increasing in the future under all three scenarios for the MIROC-ES2L model.

    Keywords: climate change, Emission scenario, Downscaling, CMIP6, CMhyd}
  • محمد فشائی*، سید حسین ثنائی نژاد، مرجان قوچانیان

    وقوع خشکسالی در کشاورزی صرفا با اندازه گیری تغییرات بارش قابل رصد نیست بلکه متغیرهای دیگری همچون رطوبت خاک نیز در آن نقش دارند. در میان روش های مختلف دورسنجی، طیف الکترومغناطیس مایکروویو محدودیت‏های فیزیکی سایر امواج رادیومتری در اندازه‏گیری رطوبت خاک را ندارد. با این تفاوت که داده‏های مایکروویو رطوبت خاک غالبا دارای ابعاد پیکسل بسیار بزرگ (بیش از 10 کیلومتر) هستند و این موضوع کاربرد آنها در مقیاس‏های کوچک را با مشکل مواجه می‏سازد. در این پژوهش به منظور محاسبه شاخص خشکی کشاورزی در مقیاس مزرعه، ابتدا با استفاده از داده‏های اندازه‏گیری میدانی رطوبت در محدوده دشت نیشابور طی سال‏های 1396 تا 1398، واسنجی داده‏های بازیابی رطوبت خاک سنجنده AMSR2 انجام شد. سپس با کمک تصاویر سنجنده مودیس روابط خطی ریزمقیاس نمایی تصاویر رطوبت خاک استخراج شده و ابعاد تصویر از 25 کیلومتر به 1000 متر کاهش یافت. در گام بعدی از شاخص خشکی کشاورزی SMADI که تلفیقی از خصوصیات پوشش گیاهی، رطوبت خاک و دمای سطح زمین است برای پایش خشکی کشاورزی در مقیاس مزرعه استفاده شد. به منظور ارزیابی نتایج، شاخص‏های آماری ضریب تعیین ()، میانگین قدرمطلق خطا (MAE) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) در سه کاربری اراضی منتخب شامل زراعت دیم (R1)، مرتع متوسط (R2) و مرتع فقیر (R3) بررسی شد. شاخص های MAE و RMSE در بازه 1.6 تا 4 و شاخص  در بازه 0.73 تا 0.84 قرار گرفت. نتایج نشان داد که الگوریتم استفاده شده در ریزمقیاس نمایی و همچنین برآورد شاخص خشکی کشاورزی SMADI به خوبی قادر به بازتاب اندرکنش‏های بین بارش، رطوبت خاک، پوشش گیاهی و تغییرات پروفیل دمایی کانوپی است و این ویژگی کاربرد آن را در تحلیل‏های هواشناسی کشاورزی توجیه و تقویت می‏کند.

    کلید واژگان: دمای سطح زمین, ریزمقیاس نمایی, کمبود آب گیاه, مایکروویو غیرفعال, AMSR2}
    M. Fashaee *, S.H. Sanaei Nejad, M. Quchanian
    Introduction

     Drought analysis in agriculture can not only be achieved by measuring precipitation changes but also by using other parameters such as soil moisture. Due to the fact that soil moisture affects plant growth and yield, it is often considered for monitoring agricultural drought. Remote sensing data are often provided from three sources: microwave, visible and thermal. Most satellite soil moisture-based algorithms rely on passive microwave images, active microwaves, or a combination of data from several different sensors. Among the various remote sensing methods, the microwave electromagnetic spectrum has fewer physical limitations than other spectrum in measuring soil moisture. However, microwave soil moisture data often have very large pixel dimensions (more than 10 km), making it difficult to use them on a small scale.

    Materials and Methods

     In this study, in order to calculate the agricultural drought index at the field-scale, AMSR2 Retrieval data were calibrated first using field moisture measurement data in the Neishabour plain during 2017 to 2019. During the research period, 560 soil samples (20 samples in 28 shifts) were collected and soil moisture was measured in the laboratory of the Department of Water Science and Engineering, Ferdowsi University of Mashhad. LPRM_AMSR2_ SOILM3_001 is one of the third level products of the AMSR2 sensor, which is produced on a daily basis with a spatial resolution of 25 × 25 km2. Land surface parameters including surface temperature, surface soil moisture and plant water availability were obtained by passive microwave data using the Land parameter Retrieval Method (LPRM). Then, by using Modis sensor images (NDVI and LST), linear downscaling equations were extracted. The dimensions of the AMSR2 images were reduced from 25 kilometers to 1000 meters using these equations. In next step, SMADI Agricultural Drought Index, which is a combination of vegetation characteristics, soil moisture and land surface temperature, was used to monitor agricultural drought at the field-scale. Statistical indicators such as coefficient of determination (R^2), mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE) were also used to evaluate the statistical performance.

    Results and Discussion

    By visual analysis of the role of vegetation and land unevenness, it was found that these two factors affect the regression relationships extracted for calibration of remote sensing data. The RMSE and MAE values for the regression equations used in the calibration process were calculated in the range of 1.6 to 4%, which can be considered acceptable in comparison with the mean values of the soil moisture data (15 to 20). The results showed that changes in SMADI index in three land use zones including rainfed cultivation (R1), medium rangeland (R2) and poor rangeland (R3) have experienced a similar trend to precipitation changes, illustrating that precipitation is one of the most effective factors in major changes in SMADI agricultural drought index fluctuations. It was also observed that SMADI index changes with a delay of 1 to 8 days compared to the precipitation changes in all three zones. In all three zones, the SMADI index followed a similar trend to in-situ soil moisture changes. At mot 80% of the changes in SMADI-R1 index can be explained by in-situ SM-R1, and the rest of the changes were related to other environmental factors or measurement error. This decreases to 68% in the R3 zone. It should be noted that soil moisture monitoring can more accurately reflect the impact of environmental factors on the changes in agricultural drought index such as SMADI than other variables; because the rainfall recorded at the meteorological station does not necessarily occur uniformly throughout the study area. On the other hand, any amount of precipitation will not necessarily lead to an effective change in soil moisture storage. This also renders assessment of the performance of agricultural drought indicators difficult.

    Conclusion

     Examination of statistical indices of coefficient of determination (R2), mean absolute error value (MAE) and root mean square error (RMSE) showed that the algorithm used in downscaling as well as estimating SMADI agricultural drought index is well able to reflect the interactions between precipitation, soil moisture, vegetation and changes in canopy temperature profile. This feature justifies and strengthens its application in agrometeorological analysis.

    Keywords: AMSR2, Downscaling, Land surface temperature, Passive Microwav, Water deficit}
  • بهاره بهمن آبادی، عباس کاویانی*، هادی رمضانی اعتدالی، اصغر عزیزیان قطار
    به دلیل محدودیت های فنی بیشتر ماهواره ها نمی توانند به طور همزمان، تصاویر با قدرت تفکیک های مکانی، زمانی و طیفی بالا جمع آوری کنند. در این مقاله امکان استفاده از روش های ریزمقیاس سازی DisTrade و TsHARP و روش STI-FM به منظور دستیابی به وضوح مکانی بالا برای تصاویر MODIS و Landsat8 مورد بررسی قرار گرفت. مقدار RMSE برای تصاویر شارپ شده 1کیلومتری به 30 متری کمتر از 93/3 درجه سانتی گراد بود. همچنین در این تحقیق الگوریتم بیلان انرژی سطح (SEBAL) به منظور برآورد توزیع تبخیروتعرق واقعی با استفاده از تلفیق تصاویر ماهواره های لندست7 و مودیس براساس روش ریزمقیاس T-Sharp مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر این بود که تلفیق تصاویر ماهواره ای منجر به بهبود دقت در برآورد تبخیر و تعرق واقعی نسبت به تصاویر لندست 7 شده است. میانگین مربعات خطا تبخیر و تعرق برآوردی در طول دوره رشد در مقایسه با داده های لایسیمتری برای تصاویر مودیس 91/1-24/1 میلی متر بر روز و برای تصاویر تلفیقی 1-81/0میلی متر در روز تعیین گردید. به طور کلی نتایج این تحقیق نشان داد که برآورد تبخیر و تعرق با استفاده از الگوریتم SEBAL و براساس تلفیق تصاویر با دقت های متفاوت زمانی و مکانی می تواند نتایج قابل قبولی را ارایه دهد.
    کلید واژگان: ریزمقیاس, تبخیر و تعرق, DisTrade, T-sHARP}
    Bahareh Bahman Abadi, Abbas Kaviani *, Hadi Ramezani Etedali, Asghar Azizian Ghatar
    Due to technical limitations, most satellites cannot simultaneously collect images with high spatial, temporal, and spectral resolution. In this paper, the possibility of using DisTrade and TsHARP downscaling methods and STI-FM method in order to achieve high spatial resolution for MODIS and Landsat8 images was investigated. The RMSE value for sharpened images of 1 km to 30 meters was less than 3.93 ° C. In this study, the surface energy balance algorithm (SEBAL) was investigated to estimate the actual evapotranspiration distribution using a combination of Landsat 7 and MODIS satellite images based on the T-Sharp downscale method. The results showed that the integration of satellite images improved the accuracy of estimating actual evapotranspiration compared to Landsat 7 images. The mean squared error of estimated evapotranspiration during the growth period was determined in comparison with lysimetric data for Modis images of 1.24-2.91 mm / day and for integrated images of 0.81-1.1 mm / day. In general, the results of this study showed that the estimation of evapotranspiration using SEBAL algorithm and based on the combination of images with different temporal and spatial accuracy can provide acceptable results.
    Keywords: evapotranspiration, Downscaling, DisTrade, T-sHARP}
  • ادیب روشنی، مهدی حمیدی*

    تغییرات اقلیمی بر تمامی فرآیندهای محیط زیستی و جامعه تاثیرگذار است. در این مطالعه سه مدل ACCESS-CM2، HadGEM3-GC31-LL و NESM3 از مجموعه مدل های برونداد اقلیمی سری ششم (CMIP6) صحت سنجی شده و از مناسب ترین مدل (ACCESS-CM2) با استفاده از جدیدترین سناریوهای انتشار که به اسم خط سیر اجتماعی-اقتصادی (SSP) نام گذاری شده است، به شبیه سازی پارامترهای آب و هوایی ایستگاه ساری پرداخته شد. برای ریزمقیاس سازی از مدل LARS-WG6 استفاده شد و دو سناریو انتشار SSP2-4.5 و SSP5-8.5، برای دو دوره زمانی (2060-2041) و (2100-2081) بکار گرفته شد. در ادامه از آزمون های آماری F-test، t-student، Kolomogrov-Smirnov، ضریب تعیین (R2) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، جهت صحت سنجی مدل LARS-WG بهره گرفته شد و نتایج حاصل از صحت سنجی نشان از کارایی مناسب مدل دارد. همچنین با بکار بردن آزمون من-کندال و شیب سن روند پارامترهای مشاهداتی اقلیمی مشخص شد. نتایج به طور کلی نشان داد که میانگین تغییرات دما از 16/1 تا 09/4 درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت و میانگین مقدار بارش سالانه نیز در حدود 24 درصد تا 36 درصد افزایش می یابد. نتایج آزمون شیب سن برای دمای حداکثر و حداقل نشان دهنده صعودی بودن روند این پارامتر دارد و برای بارش روند مذکور نزولی است. تغییرات بلند مدت آب و هوایی یکی از عناصر تاثیر گذار بر منابع آب های زیرزمینی و سطحی می باشد، که ضروری است برای حفظ زیست بوم و سازگاری انسان با تغییر اقلیم، توسعه استراتژی های مدیریتی مناسب برای آینده در نظر گرفته شود.

    کلید واژگان: ریزمقیاس سازی, سناریوی انتشار, LARS-WG, SSP}
    Adib Roshani, Mahdi Hamidi *

    Climate change has many impacts on all environmental processes and society. In this study, three models selected from Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) including ACCESS-CM2, HadGEM3-GC31-LL, and NESM3 are validated. The best model (i.e. ACCESS-CM2) is selected to simulate the climatic parameters of the Sari Station using the latest emission scenarios called “shared socioeconomic pathways (SSP).” The LARS-WG is adopted for downscaling, and two emission scenarios SSP2-4.5 and SSP5-8.5 are used for two periods 2041-2060 and 2081-2100, respectively. Several statistical tests are conducted including F-test, T-student, Kolomogrov-Smirnov, coefficient of determination (R2), and root mean square error (RMSE) to validate the LARS-WG model. The verification results indicate the efficiency of the LARS-WG model. The Man-Kendal and Sen’s slope tests are adopted to determine the trend of climatic observational parameters. In general, the results show that the average temperature change increases in the range of 1.16-4.09 °C and also the average annual rainfall increases by 24-36 percent. The Sen’s slope results in terms of maximum and minimum temperatures show an ascending trend in this parameter, but it is descending in the rainfall. Since long-term climate change is one of the factors affecting groundwater and surface resources, it is necessary to develop proper management strategies for the future, preserving ecosystems, and adapting humans to these changes.

    Keywords: Downscaling, Emission scenario, LARS-WG, SSP}
  • محمد فشائی، سید حسین ثنایی نژاد*

    رطوبت خاک از اهمیت ویژه ای در مطالعات منابع آب و کشاورزی برخوردار است. طیف الکترومغناطیس مایکروویو، محدودیت‏ های فیزیکی سایر امواج رادیومتری در اندازه ‏گیری رطوبت خاک را ندارد، اما غالبا دارای ابعاد پیکسل بسیار بزرگ (بیش از 10 کیلومتر) هستند. در این پژوهش به منظور کاربرد داده‏ های رطوبت خاکی دورسنجی در مقیاس مزرعه، با استفاده از داده ‏های اندازه‏ گیری میدانی رطوبت خاک در محدوده دشت نیشابور طی سال ‏های 1396 تا 1398، واسنجی داده ‏های بازیابی سنجنده AMSR2 انجام شد. معلوم شد تغییرات ارتفاعی و پوشش گیاهی از جمله عوامل کلیدی تاثیرگذار بر دقت واسنجی به شمار می ‏آیند. مبتنی بر نظریه اینرسی حرارتی و با کمک تصاویر سنجنده مودیس، اندرکنش‏ های میانگین روزانه رطوبت خاک و اختلاف دمای روزانه سطح زمین در دو سنجنده MODIS و AMSR2 بررسی شد و با استفاده از آن روابط خطی ریزمقیاس نمایی تصاویر رطوبت خاک برای تبدیل ابعاد تصویر از 25 کیلومتر به 1000 متر به دست آمد. بررسی شاخص ‏های آماری R^2 با کمینه 0.73 و بیشینه 0.84، MAE و RMSE با دامنه تغییرات 1.6 تا 4، نشان داد که الگوریتم استفاده شده در ریزمقیاس نمایی به خوبی قادر به بازتاب اندرکنش‏ های بین بارش، رطوبت خاک، پوشش گیاهی و تغییرات پروفیل دمایی کانوپی بوده و این ویژگی کاربرد آن را در تحلیل ‏های هواشناسی کشاورزی تقویت می‏ کند.

    کلید واژگان: سنجش از دور, رطوبت خاک سطحی, شاخص پوشش گیاهی, امواج مایکروویو, AMSR2}
    Mohammad Fashaee, Seyed Hossein Sanaei Nejad *

    Soil moisture is of particular importance in the study of water resources and agriculture. The microwave electromagnetic spectrum does not have the physical limitations of other radiometric spectral in measuring soil moisture, but they often have very large pixel dimensions (more than 10 km). In this study, in order to apply soil moisture remote sensing data at the farm scale, using field soil moisture measurement data in the Nishabour plain during 2017-2019, calibration of AMSR2 retrieval data was performed. It turned out that altitude and vegetation changes are among the key factors affecting calibration accuracy. Based on the theory of thermal inertia and with the help of MODIS sensor images, the interactions of the average daily soil moisture and the daily surface temperature difference between the two MODIS and AMSR2 sensors were investigated. Using it, downscaling linear relationships of soil moisture images were obtained to convert the image dimensions from 25 km to 1000 m. Validation of R2 statistical indices with a minimum of 0.73 and a maximum of 0.84, MAE and RMSE with a range of 1.6 to 4, showed that the algorithm used in the downscaling is well able to reflect the interactions between rainfall, soil moisture, vegetation and changes in canopy temperature profile and this feature reinforces its application in agrometeorological studies.

    Keywords: Remote Sensisng, Surface soil moisture, Microwave Spectra, Downscaling, AMSR2}
  • حمید صالحی، علی شمس الدینی*
    روش های ریزمقیاس نمایی راه حل مناسبی را جهت رفع مشکل عدم وجود داده های ماهواره ای با قدرت تفکیک مکانی و زمانی بالا ارایه می دهند و می توان با استفاده از این روش ها، تاحدودی نیاز به داده های ماهواره ای با قدرت تفکیک مکانی- زمانی بالا را، به منظور پایش پدیده های طبیعی مانند تبخیر- تعرق،برطرف نمود. ماهواره سنتینل-2 در سال 2015 در مدار قرار گرفت و از آن تاریخ امکان دسترسی به داده هایی با قدرت تفکیک مکانی 10 متر را برای دوره بازگشت 5 روزه فراهم آورده است. هرچند، سنسور این ماهواره قادر به برداشت داده های سنجش از دور در طول موج حرارتی نیست. هدف این مطالعه تهیه نقشه های تبخیر- تعرق روزانه با قدرت تفکیک مکانی 10 متر براساس ترکیب داده های مادیس و سنتینل-2 برای اراضی کشت و صنعت امیرکبیر می باشد. بدین منظور از دو روش STARFM و TSHARP اصلاح شده به منظور ریزمقیاس نمایی داده های مادیس به داده های سنتینل-2 استفاده گردید. بدین منظور ابتدا با استفاده از روش STARFM ،باندهای مریی و مادون قرمز نزدیک تصاویر مادیس به باندهای متناظر خود در تصاویر سنتینل-2 ریزمقیاس نمایی شدند. سپس باندهای حرارتی با قدرت تفکیک مکانی 10 متر با استفاده از روش TSHARP اصلاح شده تهیه گردیدند و در پایان با استفاده از الگوریتم سبال و باندهای ریزمقیاس نمایی شده سنتینل-2 ، نقشه های تبخیر- تعرق روزانه با قدرت تفکیک مکانی 10 متر تولید شدند. مقایسه تبخیر- تعرق های ریزمقیاس نمایی شده با تبخیر- تعرق های بدست آمده با روش فایو- پنمن- مانتیث بیانگر میزان مجذور میانگین مربعات خطای 64/0 میلیمتر در روز بود که نشان دهنده عملکرد خوب روش ارایه شده جهت تولید نقشه های تبخیر-تعرق واقعی روزانه با قدرت تفکیک مکانی 10 متر می باشد.
    کلید واژگان: ریزمقیاس نمایی, تبخیر- تعرق, TSHARP, STARFM}
    Hamid Salehi, Ali Shamsoddini *
    Downscaling methods seem to be a reasonable solution to solve the problem of having no simultaneous high spatial and temporal satellite data, and it is possible somehow to meet the requirement of having high spatial-temporal resolution satellite data for monitoring the natural phenomena such as evapotranspiration, through these methods. Sentinel-2 satellite launched in 2015 enables to provide 10-m spatial resolution data with a 5-day revisit time; however, its sensor does not acquire data in thermal infrared wavelength. This study aims to generate 10-m daily evapotranspiration maps based on Sentinel-2 and MODIS data fusion for Amir-Kabir Agroindustry farms. For this purpose, STARFM and improved TSHARP methods were applied for downscaling MODIS data to Sentinel-2 data. To achieve this goal, First, MODIS visible and near and middle infrared bands were downscaled by STARFM to 10-m spatial resolution. Then, improved TSHARP was applied for downscaling MODIS thermal band to 10-m spatial resolution and SEBAL algorithm fed by the downscaled bands, was used to produce daily evapotranspiration map with 10-m spatial resolution. Assessing downscaled evapotranspiration maps with those derived from FAO Penman-Monteith equation indicated a RMSE of 0.64 mm/day showing efficient performance of the downscaling framework proposed for 10-m daily evapotranspiration mapping in this study.
    Keywords: Downscaling, evapotranspiration, TSHARP, STARFM}
  • محمدحسن ماهوتچی*، اسماعیل عباسی

    سابقه و هدف:

     با توجه به بزرگ مقیاس بودن شبکه ی محاسباتی مدل های سیاره ای این مدل ها قادر به پیش بینی متغیرهای آب و هواشناختی در مقیاس منطقه ای نیستند. به عبارت دیگر این مدل ها در ارایه پیش بینی های مربوط به نزولات منطقه ای تحت تاثیر فرایندهای با مقیاس ریزتر از شبکه مدل قرار می گیرند، که می بایست خروجی آن ها را به مقیاس منطقه ای تبدیل نمود. با این تفاسیر هدف از پژوهش حاضر، بررسی پیکربندی های مختلف مدل WRF در شبیه سازی بارش پنج روزه اسفندماه 1397 و فرورودین 1398 استان گلستان است که وقوع سیلاب ویرانگر و خسارات سنگین را در استان در پی داشته است.

    مواد و روش ها

    به منظور دست یابی به اهداف اشاره شده داده های دیدبانی و کنترل کیفی شده بارش در 13 ایستگاه همدیدی استان گلستان برای دوره ی 5 روزه ی 26 اسفند 1397 تا 2 فروردین 1398 به صورت 24 ساعته (از ساعت 06 UTC روز قبل تا ساعت 06 UTC روز بعد) و 6 ساعته (ساعت های 00، 06، 12 و 18 UTC به ترتیب برابر با 3:30، 9:30، 15:30 و 21:30 محلی) مورد واکاوی قرار گرفت. سپس به منظور اجرای مدل WRF دو نوع داده ورودی شامل داده های شرایط اولیه و داده های شرایط مرزی استفاده گردید. از داده های سامانه ی پیش بینی جهانی با تفکیک 5/0 درجه به عنوان داده های شرایط مرزی بهره گرفته شده است. همچنین در راستای اجرای مدل، دو دامنه 1- بزرگ (مادر) دارای تفکیک افقی 18 کیلومتر و 2- دامنه درونی که دامنه ی اصلی و دارای تفکیک افقی 6 کیلومتر است، استفاده گردید.

    یافته ها

    با بررسی داده های بارش تجمعی دوره ی بارشی 5 روزه که منجر به رخداد سیل گردید، مشخص شد که بیشینه ی بارش 24 ساعته در طول دوره 5 روزه به ساعت 06 UTC روز 27 اسفند تا ساعت 06 UTC روز 28 اسفند و بیشینه ی بارش تجمعی 6 ساعته نیز به ساعت 06 تا 12 UTC روز 27 اسفند 1397 اختصاص دارد. سپس با بررسی پژوهش های یادشده در ارتباط با بارش ایران، پیکربندی های مختلف استخراج و با به کارگیری و ترکیب این پیکربندی ها در اجراهای متنوع، پیکربندی های متفاوتی برای پیش-بینی بارش اواخر اسفند سال 1397 استان گلستان حاصل شد. در ادامه به منظور تشخیص دقت مدل، مقادیر حاصل از مدل در پیکربندی های مختلف با مقادیر ایستگاه های همدیدی مقایسه شدند که برای اطمینان از این مقایسه از آماره های خطاسنجی MAE، d، R و ENS استفاده گردید.

    نتیجه گیری

    در بین تمامی پیکربندی ها، دو پیکربندی خروجی های بهتری را به نمایش گذاشتند. نتایج نشان داد که مدل WRF در اغلب ایستگاه ها با بیش برآوردی همراه بوده است. در هر دو پیکربندی هسته های بارشی به خوبی به تصویر کشیده شده است و از منظر مقادیر بارشی نیز دقت مدل مناسب بوده است. در رابطه با مقادیر بیشینه ی بارش پیکربندی نوع اول از دقت بهتری برخوردار است؛ و در مجموع پیکربندی نوع اول عملکرد بهتری را نسبت به پیکربندی نوع دوم به نمایش گذاشته است.

    کلید واژگان: شبیه سازی, مقیاس کاهی, مدل WRF, بارش, سیل گلستان}
    MohammadHasan Mahoutchi *, Esmail Abbasi
    Background and purpose

    The large-scale computational network of planetary models are not able to predict climatic variables on a regional scale. In other words, these models are affected by processes with a smaller scale than the model network in providing predictions of regional precipitation. Therefore, the model outputs should convert into a regional scale. The research purpose is to investigate the different configurations of the WRF model in the simulation of 5-days rainfall in March 17 to 22 March 2019 in Golestan province, which has caused devastating floods and heavy damage in the province.

    Materials and Methods

    The observation and quality control precipitation data was analyzed in 13 synoptic stations of Golestan province for a 5-days period from March 17 to 22 March 2019 in the form of 24 Hours (From 06 UTC the day before to 06 UTC the next day) and 6 hours (00, 06, 12 and 18 UTC are 3:30, 9:30, 15:30 and 21:30 local time, respectively). Also, two types of input data including initial condition data and boundary condition data were used in the WRF model. The boundary condition data was GFS data with 0.5-degree resolution. Furthermore, two domains were used in WRF model, 1) the large (mother) with a horizontal resolution of 18 km and 2) internal domain, which is the main domain and has 6 km horizontal resolution.

    Results

    Two configuration was selected which showed better output results. The 5-days cumulative precipitation data which caused the flood show that the maximum 24-hour precipitation during the 5-days period is 06:00 UTC on March 18 to 06:00 UTC March 19 and the maximum cumulative rainfall of 6 hours is related to 06 to 12 UTC on March 18, 2019. Subsequently, by study similar research in Iran, different configurations for precipitation prediction were extracted and modeled. Then, in order to determine the accuracy of the model, the values obtained from the model in different configurations were compared with the values of synoptic stations. To ensure this comparison, MAE, d, R and ENS test statistics were used.

    Conclusion

    The results showed that the WRF model overestimate the precipitation data in most stations. In both configurations, results convey the precipitation cores well illustrated and the model accuracy was good enough in predicting precipitation. In maximum values of precipitation, the configuration of the first type show better results. Overall, the first type configuration performed more accurate than the second type configuration.

    Keywords: simulation, Downscaling, WRF model, Precipitation, Golestan flood}
  • مهدی ولیخان، سعید فرزین*، سید فرهاد موسوی، حجت کرمی

    در پژوهش حاضر، با استفاده از روش های یادگیری شامل الگوریتم هیبریدی ماشین بردار پشتیبان حداقل مربعات و الگوریتم بهینه سازی نهنگ (LSSVM_WOA)، K نزدیکترین همسایه (KNN) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) اقدام به ریز مقیاس نمایی بارش در شش ایستگاه حوزه کارون 3 پرداخته شده است. برای ریز مقیاس نمایی بارش، ابتدا روز های سال با استفاده الگوریتم های MARS و درخت مدل M5 به روز های تر و خشک تقسیم می شوند. سپس، مقدار بارش برای روز های تر با استفاده از هر یک از روش های LSSVM_WOA، KNN و ANN تخمین زده می شود. نتایج پژوهش حاکی از برتری الگوریتم MARS نسبت به M5 می باشد. همچنین، براساس میانگین بارش شش ایستگاه الگوریتم ANN با 5/0 درصد ضریب نش بیشتر، اندکی بهتر از الگوریتم LSSVM_WOA عمل می کند. در حالی که با در نظر گرفتن میانگین انحراف معیار مقدار ضریب نش برای الگوریتم ANN تا 04/5 درصد دقیق تر از الگوریتم LSSVM_WOA است. در نهایت مقدار بارش برای افق های 2020-2040 و 2070-2100 تحت سناریو های مدل CanESM2 شامل RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 پیش بینی شده است. نتایج حاصل از الگوریتم LSSVM_WOA حاکی از کاهش بارش نسبت به دوره پایه (1972-2001) تحت هر سه سناریو می باشد. بیشترین مقدار کاهش بارش برابر با 18 درصد و برای سناریو RCP8.5 در افق 2070-2100 محاسبه شده است. کمترین مقدار کاهش بارش (1 درصد) نیز مربوط به سناریو RCP2.6 در افق 2020-2040 می باشد. اما مقدار تغییرات بارش پیش بینی شده توسط ANN در دوره آینده نسبت به دوره پایه از 43- درصد تا 72 درصد تغییر می کند. بنابراین، جواب های حاصل از LSSVM_WOA به دلیل عدم قطعیت کمتر، قابل اعتماد تر است.

    کلید واژگان: LSSVM, WOA, بارش, ریز مقیاس نمایی, پیش بینی, تغییر اقلیم}
    Mahdi Valikhan Anaraki, Saeed Farzin *, Sayed Farhad Mousavi, Hojat Karami

    In the present study, precipitation in six stations of Karun3 basin is downscaled by using the hybrid of least squares support vector machine and whale optimization algorithm (LSSVM-WOA), K nearest neighbor (KNN), and artificial neural network (ANN). For downscaling precipitation, first, the days of year are classified into wet and dry days by using MARS and M5 algorithms. Then, the amount of precipitation for wet days is estimated by using each of LSSVM-WOA, KNN and ANN methods. Based on the findings, MARS algorithm is superior over M5 algorithm. Based on the mean precipitation in the six stations, ANN is a little bit better than LSSVM-WOA (0.5 percent more accurate). While, by regarding the mean of standard deviations, the Nash-Sutcliff for Ann is up to 5.04 percent more accurate than LSSVM-WOA. Eventually, the amount of precipitation is predicted based on the CanESM2 model under RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios for 2020-2040 and 2070-2100 periods. Based on the results of applying LSSVM-WOA, the precipitation in each three scenarios is decreased compared to the base period. Maximum decrease of precipitation (18%) is calculated by RCP8.5 for 2070-2100 period. Minimum decrease of precipitation (1%) is related to RCP2.6 scenario for 2020-2040 future period. But, the precipitation variation amount that is predicted by ANN is between -43 and 72 percent. Therefore, the results of LSSVM-WOA are more reliable and less uncertain

    Keywords: LSSVM, WOA, Precipitation, Downscaling, prediction, climate change}
  • Massoud Goodarzi *, MohamadHosein Mahdian, Bagher Qermezcheshmeh

    Climate change impacts are very dependent on regional geographic features, local climate variability and socio-economic status. Therefore, impact assessment researches on climate change must be launched at the local or at the regional level so that the evaluation of consequences can take place. Climate scenarios are produced by Global Circulation Models for the entire Globe with spatial resolutions of several hundred kilometers. For this reason, downscaling methods are used to bridge the gap between the large-scale climate scenarios and the fine scale where local impacts happen. In order to overcome limited computing power and for catchments with limited data, statistical downscaling is the most feasible approach in obtaining climate data for future impact investigations. So a decision support model named SDSM was used to downscale the data. Model errors and uncertainties were estimated using non-parametric statistical methods at the 95% confidence interval for precipitation, maximum temperature and minimum temperature for the mean and variance for a single site in Kermanshah in the western part of Iran. The comparison between the observed dataset and the simulations showed that the SDSM model was able to better represent the minimum and maximum temperature while for precipitation simulations are slightly under-estimated but still acceptable according to statistical tools. It is also presented simulations for the A2 SRES scenario for the 2041-2069 periods showing that the method can produce similar general tendencies.

    Keywords: AOGCMs, downscaling, greenhouse gases, SDSM, SRES scenarios}
  • فاطمه شعبان پور، جواد بذرافشان*، شهاب عراقی نژاد

    روش های تصحیح اریبی از جمله روش های آماری متداول برای پس پردازش خروجی مدل های اقلیمی هستند. در این تحقیق، تاثیر پنج روش تصحیح اریبی بر مهارت پیش بینی بارش (فصل پاییز) مدل اقلیمی CFSv2 بر مبنای 12 ایستگاه واقع در حوضه آبریز گرگانرود (شمال ایران) مورد ارزیابی قرارگرفته است. روش های تصحیح اریبی مورد استفاده در این تحقیق شامل دو روش  ناپارامتری (نسبت گیری خطی(LS) ، نگاشت چندکی تجربی (EQM))، یک روش پارامتری (تبدیل توانی (Ptr)) و دو روش پارامتری مبتنی بر توزیعهای آماری (نگاشت پارامتری چندک (PQM)، نگاشت چندکی پارامتری تعمیم یافته (GPQM)) می باشند. از سنجه های متنوعی برای ارزیابی تاثیر این روش ها بر مهارت پیش بینی فصلی بارش استفاده شده است که شامل متوسط اریبی، متوسط ضریب همبستگی پیرسون و همچنین دو سنجه مهارت پیش بینی احتمالاتی شامل امتیازهای مهارتی، ویژگی عملیاتی نسبی (ROCSS) و رتبه احتمال (RPSS) می باشد. نتایج این تحقیق نشان می دهد بیشتر روش های تصحیح اریبی و در موارد بالایی به خوبی توانستند اریبی موجود در پیش بینی ها را کاهش دهند. تاثیر استفاده از روش های مختلف تصحیح اریبی بر مهارت پیش بینی احتمالاتی با استفاده از سنجه های RPSS و ROCSS نیز وابسته به محل و زمان متفاوت است و هر یک از روش ها می توانند این سنجه ها را برای محل یا زمانی بهبود دهند و یا تضعیف کنند. از اینرو نتیجه این تحقیق پیشنهاد می کند ارزیابی روش های مختلف تصحیح اریبی و شناسایی مناسب ترین روش با توجه به هدف هر مطالعه می تواند به ارتقاء مهارت پیش بینی فصلی بارش کمک کند.

    کلید واژگان: پیش بینی بارش فصلی, تصحیح اریبی, مهارت, ریزمقیاس نمایی, اقلیم شناسی}
    Fatemeh Shabanpour, Javad Bazrafshan *, Shahab Araghinejad

    Bias correction methods are one of the most common statistical post-processing methods which are utilized on the output of climate models. This study evaluates the effect of five bias correction methods on the skill of seasonal precipitation forecast (fall season) from the CFSv2 climate model based on 12 stations located in Gorganrud basin in Iran. Bias correction methods that have been used in this study consists of two non-parametric methods (Linear Scaling (LS), Empirical Quantile Mapping (EQM)), one parametric method (Power Transformation (Ptr)), and two parametric methods based on the statistical distribution (Parametric Quantile Mapping (PQM), Generalized Parametric Quantile Mapping (GPQM)). Various metrics have been used for evaluating the effects of these methods on the skill of seasonal precipitation forecast which consists of bias, Pearson correlation coefficient, ranked probability skill score (RPSS), and the relative operating curve skill score (ROCSS). The Results of this study revealed that most of bias correction methods decreased the biases of the raw forecasts. The effect of each bias correction method on the RPSS and ROCSS (below and above normal events) scores may vary based on location and time, and each method can improve or worsen these two scores based on location and time. The results of this study suggest that the evaluation of various bias correction methods and distinguishing the most suitable method based on the goal of each study would be helpful in the improvement of seasonal precipitation forecast skill.

    Keywords: Seasonal Precipitation Forecast, Bias correction, skill, Downscaling, climatology}
  • علی عارفی نیا، خالد احمدآلی*، مساعد نصیری مریان
    پدیده تغییر اقلیم، با افزایش تقاضای آب به خصوص در بخش کشاورزی، مدیریت منابع آبی را به شدت با چالش مواجه کرده است. گندم جزء محصولات اصلی و استراتژیک در سراسر جهان و علی الخصوص کشور ایران است. در این تحقیق به شبیه سازی اثرات تغییر اقلیم بر نیاز آبی گندم زمستانه رقم کوهدشت در دشت گرگان با استفاده از داده های تاریخی 1985 تا 2005 پرداخته شد. پارامترهای مورد نیاز جهت محاسبه نیاز آبی گیاه تحت شرایط تغییر اقلیم با استفاده از مدل SDSM و داده های مدل CanESM2 تحت سه سناریوی انتشار RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 در چهار بازه زمانی (2039-2020)، (2059-2040)، (2079-2060) و (2099-2080) ریزمقیاس شدند. مدل هارگریوز-سامانی که متغیرهای ورودی کمتری نسبت به مدل فایو-پنمن-مونتیث دارد، جهت ریزمقیاس نمایی نیاز آبی استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که بیشترین و کمترین مقدار نیاز آبی سالانه گندم زمستانه تحت RCP2.6 برابر 403 و 286 میلی متر به ترتیب مربوط به بازه های (2059-2040) و (2039-2020) است. همچنین این مقادیر در RCP4.5 برابر 361 و 336 میلی متر به ترتیب مربوط به بازه های (2039-2020) و (2059-2040) و در RCP8.5 برابر 336 و 199 میلی متر به ترتیب در بازه های (2039-2020) و (2079-2060) پیش بینی شد. طول دوره رشد در هر سه سناریوی مورد بررسی کاهش می یابد و روند کاهشی آن، در RCP8.5 شدیدتر از RCP4.5 است. به طور کلی بر اساس نتایج این تحقیق انتظار می رود که تغییرات اقلیمی با کاهش میزان تجمعی نیاز آبی گندم زمستانه باعث کاهش میزان مصرف آب در بخش کشاورزی در دشت گرگان شود.
    کلید واژگان: مدل CanESM2, ریزمقیاس نمایی, رابطه هارگریوز-سامانی, بارش موثر}
    Ali Arefinia, Khaled Ahmadaali *, Mosaed Nasiri Maryan
    Climate change through increased water demand, especially in agricultural sector, is the main challenge facing water resources management. Wheat is one of the staple and strategic crop throughout the world, particularly in Iran. In this study, historical observations from 1985-2005 were used to simulate the effects of climate change on the winter wheat water requirement across Gorgan plain. SDSM4.2 and CanESM2 models were used to downscale winter wheat water requirement under three concentration pathway scenarios; RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 in four periods (2020-2039, 2040-2059, 2060-2070, and 2080-2099). The Hargreaves-Samani (HS) model with less input variables in comparison with FAO-Penman-Monteith (PMF-56), was used for downscaling water requirement. The results of RCP2.6 scenario showed that the maximum and minimum annual water requirement of winter wheat are 403 and 286 mm in 2040-2059 and 2020-2039 periods, respectively. These values for RCP4.5 scenario were predicted to be 361 and 336 mm in 2020-2039 and 2040-2059 periods, respectively. For RCP8.5 scenario, they were predicted to be 336 and 199 mm in 2020-2039 and 2060-2079 periods, respectively. The growing period will be reduced in all three proposed scenarios and the reduction rate in RCP8.5 scenario is more than that in RCP4.5 scenario. According to the results, climate change is generally expected to reduce agricultural water consumption in Gorgan plain by reducing the cumulative winter wheat water requirement.
    Keywords: CanESM2, Downscaling, Hargreaves-Samani, Effective Rainfall}
  • زهرا نوری، علی طالبی*، بابک ابراهیمی

    تغییر اقلیم اثرات قابل توجهی بر چرخه آبی دارد، به گونه ای که می تواند تهدیدی بزرگ برای سامانه های آبی در جهان قلمداد شود. هدف از این مطالعه بررسی اثر احتمالی تغییر متغیر های اقلیمی بر رواناب و تبخیر و تعرق حوزه آبخیز مهرگرد است. برای این منظور با استفاده از مدل SDSM5.2 و سناریویRCP8.5  خروجی مدل تغییر اقلیم CanESM2 ریزمقیاس نمایی و برای دوره 2017 تا 2030 شبیه سازی شد. از داده های روزانه حداقل و حداکثر دما در ایستگاه بروجن و بارش ایستگاه تنگ زردآلو برای دوره پایه 2005-1984 به عنوان ورودی های مدل اقلیمی استفاده شد. هم چنین برای شبیه سازی شرایط هیدرولوژیکی حوزه آبخیز از مدل SWAT2012 استفاده شد. عملیات واسنجی برای دوره 2012-2004 و اعتبارسنجی برای دوره 2016-2013 با استفاده از الگوریتم SUFI-2 انجام شد. نتایج حاصل از ارزیابی مدلSDSM5.2  براساس معیارهای آماری NS،  R2و RMSE نشان داد که مدل در شبیه سازی متغیر دما نسبت به بارش از دقت بالاتری برخوردار بوده است. بر این اساس برای آینده کاهش 48/53 درصدی بارش و افزایش 84/0 و 99/3 درجه سانتی گراد به ترتیب برای حداقل و حداکثر دما پیش بینی شد. ضریب نش-ساتکلیف و ضریب تعیین برای رواناب در مرحله واسنجی به ترتیب 69/0 و 73/0 و برای مرحله اعتبارسنجی به ترتیب 58/0 و 71/0 به دست آمدند. هم چنین تغییراقلیم باعث کاهش 82/23 درصدی رواناب، کاهش 03/26 درصدی تبخیر و تعرق واقعی و افزایش 20/10 درصدی تبخیر و تعرق پتانسیل خواهد شد.

    کلید واژگان: بیلان آب, تغییر اقلیم, ریزمقیاس نمایی, سناریوهای اقلیمی, مدل SWAT}
    Z. Nouri, A. Talebi*, B. Ebrahimi
    Introduction

    In the past century, the climate has been changing on both regional and global scales over the earth. It is also expected that such changes will continue in the near future. Climate change is due to increased greenhouse gas emissions in the atmosphere. The concentration of these gases is directly related to the temperature increase. Climate change affects the hydrological cycle through changes in time, amount, the shape of precipitation, evaporation rates and transfer, soil moisture, runoff, etc. Today, the use of hydrological models have been developed to have the factors affecting the hydrological cycle in the watershed. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) is an example of these models. The common method of assessing the effects of climate change on flow is using hydrological models along with general circulation models (GCMS) or regional weather models (RCMS). The purpose of this study is to investigate the effect of climate change on runoff and evapotranspiration (real and potential) of Mehrgerd Watershed using the SWAT hydrologic model and the CanESM2 climatic model.

    Materials and Methods

    For modeling the change rate of regional climate parameters in the future period (2017-2030) and the effect of these changes on hydrological parameters, the daily data of minimum and maximum temperature of the Borujen station and precipitation of the Tange Zardaloo station for the base period (1984-2005) were used as inputs of the CanESM2 model. Accordingly, using the model of SDSM5.2 under the scenario of RCP8.5 was performed the downscaling operation. To evaluate the efficiency of the SDSM model were used statistical criteria R2, RMSE, and NS. In the next step, the SWAT 2012 model was used to simulate the hydrologic conditions. After introducing the DEM map with a precision of 20 meters, the region was divided into 18 sub-basins. From the combination of land use maps, soil, and slope, 54 units of hydrological response (HRU) were obtained. Then, climatic data including precipitation, minimum and maximum temperature, relative humidity, wind speed, and solar radiation were introduced to the model. Due to the presence of the dam and the two water transfer lines in the area, physical data and discharge were calculated and introduced into the model. The calibration and validation of the model were done by Sufi-2 algorithm. The calibration process was conducted for the period 2004 to 2012 while the validation process was from 2013 to 2016. In order to evaluate the performance of the model, coefficients NS, R2, P-Factor and R-Factor were used. For this purpose, the model was restarted to obtain the appropriate range for each parameter. After calibrating the hydrological model was introduced the simulated climate to the SWAT model. Finally, the effect of climate change was investigated on runoff and evapotranspiration (real and potential) of Mehrgerd Watershed.

    Results and Discussion

    The results of the downscaling of the climatic model in this region indicate a decrease of 53.48% of precipitation and increase minimum and maximum temperatures for a future period (2017-2030), 0.84 and 3.99%, respectively. Based on the results of the sensitivity analysis of the SWAT model, 10 parameters were identified as the most sensitive parameters. In the hydrological section, the statistical criteria of R2, NS, P-Factor and R-Factor were obtained for the calibration period 0.73, 0.69, 0.52 and 0.24, respectively and for the validation period, 0.71, 0.58, 0.45 and 0.29, respectively. Comparing runoff simulation in the future period under the influence of climate change and comparison of its values with the base period showed a decrease of 23.82% in an annual average of runoff. Climate change will also reduce actual evapotranspiration by 26.03% and increase potential evapotranspiration by 10.20%.

    Conclusion

    Based on the results of the SDSM model, it was determined that the precipitation is strongly reduced in comparison with the observation period, and the minimum and maximum temperatures increase with a slight difference compared to the observation period. According to statistical criteria, the SDMS model has succeeded in simulating the parameters for the future period. Accordingly, the values of R2, RMSE, and NS for precipitation, were equal to 0.92, 5.81 and 0.39, respectively, and for the minimum and maximum temperatures were obtained 0.99, 0.16, 0.99 and 0.99, 0.21, 0.99, respectively. In the hydrological section, the statistical criteria were acceptable values for the calibration period and the validation. Finally, it was found that under the influence of climate change, runoff decreases. Real evapotranspiration is also declining due to a lack of available water, but potential evapotranspiration is increasing due to the close relationship with temperature.

    Keywords: Climate change, Climate scenarios, Downscaling, SWAT Model, Water balance}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال