بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر خشکسالی با شاخص های SPI و SPEI (مطالعه موردی حوضه آبریز کارون سه)

امروزه پدیده تغییر اقلیم از جمله معضلاتی است که همواره در جهان مورد توجه قرار گرفته است. یکی از دلایل وقوع پدیده تغییر اقلیم، افزایش گازهای گلخانه ای است که تاثیر به سزایی بر پدیده های حدی دارد. پیش بینی خشکسالی یکی از راهکارهای مدیریتی است که به برنامه ریزی صحیح برای استفاده از منابع محدود آب کمک شایانی می نماید. همچنین بررسی تغییرات خشکسالی بر اساس تغییرات اقلیمی از جنبه های گوناگون حائز اهمیت است؛ زیرا در بسیاری از برنامه های بلندمدت، لازم است که چشم اندازی از وضعیت آینده بارندگی و دوره های خشکسالی و ترسالی برای منطقه تدوین شود. شاخص  SPEI توانایی محاسبه خشکسالی در مقیاس های زمانی مختلف را دارد و همچنین می تواند اثرات تغییرات درجه حرارت را در ارزیابی خشکسالی لحاظ نماید و برای پایش تغییرات اقلیمی دوره های فعلی و آتی بر مبنای سناریوهای اقلیمی به کار رود. همچنین شاخص استاندارد بارش (SPI) یکی از مهم ترین شاخص ها در تحلیل خشکسالی است. این شاخص به دلیل سادگی محاسبات، استفاده از داده های در دسترس بارندگی، قابلیت محاسبه برای هر مقیاس زمانی دلخواه به عنوان مناسب ترین شاخص برای تحلیل خشکسالی شناخته می شود. افزایش خشکسالی های اخیر در حوضه آبریز کارون سه باعث کمبود آب و خسارت های اقتصادی و اجتماعی شده است. از این رو بررسی اثر تغییر اقلیم و تحلیل فراوانی خشکسالی از اهمیت زیادی برخوردار است. در راستای این هدف، در این پژوهش ابتدا به شبیه سازی مقادیر بارش، دمای حداکثر و دمای حداقل هشت ایستگاه هواشناسی با استفاده از سه مدل اقلیمی EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M تحت دو سناریو انتشار RCP4.5 و RCP8.5  برای دوره (2030-2055) پرداخته شد.

در این پژوهش ابتدا داده های دما (حداکثر و حداقل) و بارش خروجی مدل های اقلیمی EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M  تحت پروژه CORDEX برای سناریوهای انتشار RCP4.5 و RCP8.5  به کمک نرم افزار CMhyd ریزمقیاس شده و سری های زمانی دمای حداکثر، حداقل و بارش برای هشت ایستگاه هواشناسی در دوره آتی (2030-2055) تولید شد. سپس تغییرات دما و بارش در دوره آتی نسبت به دوره پایه (1995-2020) مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت بررسی خشکسالی (فراوانی و تداوم) در دوره آتی تحت دو سناریو انتشار RCP4.5 و RCP8.5 توسط شاخص های (SPI) و (SPEI) در سه مقیاس زمانی سه، شش و 12 ماهه با استفاده از نرم افزار DIP انجام گرفت. به منظور ارزیابی کارایی و دقت عملکرد سه مدل گردش عمومی EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M  شبیه سازی داده های اقلیمی، میانگین ماهانه متغیرهای اقلیمی در دوره (1990-2005) حاصل از خروجی مدل با مقادیر مشاهداتی متناظر مقایسه شد. بدین منظور از معیارهای عملکرد نش ساتکلیف (NS)، شاخص اریب (Bias) و ضریب تعیین (R2) استفاده شد.

نتایج و بحث:

نتایج نشان داد بیشترین افزایش دمای حداکثر مربوط به ایستگاه شوشتر بوده است. در این ایستگاه دمای حداکثر در سناریوی انتشار RCP8.5، 46/1 درجه سانتی گراد و در سناریوی انتشار RCP4.5، یک درجه سانتی گراد به نسبت دوره پایه افزایش خواهد یافت. ایستگاه مسجد سلیمان بیشترین افزایش دمای حداقل را دارد. در این ایستگاه افزایش دمای حداقل تحت سناریو انتشار RCP8.5، 41/2 درجه سانتی گراد و در سناریو RCP4.5، 92/1 درجه سانتی گراد بوده است. همچنین بارش در کل محدوده در دوره آتی روند نزولی داشته است. مقدار کاهش بارندگی در کوهرنگ در سناریو RCP8.5،  3/146 میلی متر و در سناریوی RCP4.5، 6/53 بوده است که به ترتیب حدود  7/11 و 3/4 درصد است. ازنظر فراوانی خشکسالی در دوره آماری (2030-2055) در مقیاس سه ماهه، در سناریوی RCP4.5  ایستگاه ایذه دارای بیشترین فراوانی با 14 بار تجربه خشکسالی، در مقیاس شش ماهه، در سناریوی RCP4.5،  حداکثر دفعات خشکسالی در شهرکرد با 16 بار و در مقیاس دوازده ماهه، در سناریوی RCP4.5 ایستگاه کوهرنگ با 15 بار، بیشترین فراوانی را نشان می دهد. در سناریوی RCP8.5 ایستگاه ایذه دارای بیشترین فراوانی با 20 بار تجربه خشکسالی بوده است. همچنین در دوره آتی تحت سناریو انتشار RCP4.5 در مقیاس سه، شش و دوازده به ترتیب ایستگاه شهرکرد، یاسوج و لردگان با هشت، 11 و 27 ماه و در سناریو RCP8.5 نیز به ترتیب مسجد سلیمان و شوشتر و لردگان بیشترین تداوم خشکسالی را خواهند داشت.

نتایج نشان داد میانگین دراز مدت سالانه دمای حداکثر و حداقل در دوره آتی به نسبت دوره پایه در هر هشت ایستگاه روند صعودی داشته است. همچنین نتایج نشان داد دمای حداکثر تحت سناریو 8.5RCP افزایش بیشتری به نسبت سناریو انتشار 4.5RCP دارد. همچنین نتایج نشان داد ایستگاه کوهرنگ متاثر از تغییر اقلیم بیشترین کاهش بارش را در محدوده مطالعاتی طی دوره آتی خواهد داشت. همچنین نتایج نشان داد در هر سه مقیاس زمانی سه، شش و 12 ماهه در دوره آتی به نسبت دوره پایه در سری زمانی شاخص های خشکسالی SPI و SPEI نوسانات زیادی وجود دارد. همچنین حالت های حدی خشکسالی در دوره آتی افزایش یافته است. پیش بینی می شود در دوره آتی تعداد ماه های خشک نسبت به تعداد ماه های با وضعیت نرمال و مرطوب کمتر بوده است. همچنین در بررسی وضعیت خشکسالی با استفاده از شاخص SPEI مشاهده می شود که همانند شاخص SPI الگوی تغییرات دوره خشکسالی در ایستگاه ها قابل تشخیص است. قابل ذکر است شدت خشکسالی های محاسبه شده با استفاده از شاخص SPEI به ندرت از مقدار عددی دو بالاتر است. با مقایسه تداوم و فراوانی خشکسالی در ایستگاه های مورد بررسی و در مقایس های زمانی مختلف، مشخص شد که شاخص SPI به نسبت شاخص SPEI تداوم و فراوانی خشکسالی را در اغلب موارد بیشتر نشان می دهد.