فهرست مطالب

نشریه پژوهشهای تغییرات آب و هوایی
پیاپی 12 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/27
  • تعداد عناوین: 6
|
  • اسما جعفری، حمیده سفیدی، میلاد رحیمی* صفحات 1-20

    شناخت عوامل فیزیکی و مدیریتی موثر بر ذخیره کربن آلی درخاک می توان به ارتقاء باروری خاک و حفظ محیط زیست کمک کند. بنابراین بررسی رابطه تغییرات مکانی ترسیب کربن خاک با عناصر اقلیمی دما و بارش جهت مطالعه و بکارگیری روش های کاربردی برای محاسبه میزان ترسیب کربن مدل های مطالعاتی هم چون RothC اهمیت فراوانی دارند. در مطالعه حاضر کارایی مدل RothC جهت برآورد کربن آلی ذخیره شده در مراتع کوهستانی حوزه مرگ سرفیروزآباد، استان کرمانشاه مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه گیری در قالب یک طرح تصادفی مدیریت شده با  استفاده از 45 نقطه شعاع 20 کیلومتری در خاک سطحی انجام گرفت. ورودیهای مدل شامل متغیرهای مستقل (اقلیمی با آمار 25 ساله؛ بارندگی ماهانه، تبخیر و تعرق ماهانه، متوسط دمای هوا) و بافت خاک و پوشش گیاهی منطقه می باشد. خروجی مدل شامل کربن آلی خاک با چهار بخش فعال ([1]IOM)، ([2]DPM)، ([3]RPM)، ([4]BIO) و یک بخش جدا([5]HUM)  بود که هر بخش بسته به ویژگی های خودش تجزیه می شود. در این پژوهش سه دوره زمانی نمونه برداری گردید که به ترتیب سال های 1380، 1389 و آخرین آمار در پاییز 96 برداشت شده است. نهایتا  مدل RothC بعد از کالیبراسیون در دورهای برداشت 1380 تا 1389 برای 1396 اجراشد و مشخص شد پارامتر تغییرات آب و هوایی اثر شدیدی بر ذخیره کربن آلی دارد. بنابراین خطای RMSE برای مدل مورد نظر کمتر از 0.11 و هم چنین MBI به 0.05 رسیده است که سبب شده فاکتور کارکرد مدل 0.96- باشد و دقت بالای مدل RothC مورد تاکید قرار میگیرد. نتایج نشان می دهد که مقدار کربن کل ذخیره برای مراتع 4.48 تن درهکتار و این مقدار در کشاورزی سطح پایین تری دارد و به مقدار 4.36 تن در هکتار می رسد. در کل کلیه شاخص ها نشان دهنده اثر زراعت بر تضعیف ذخیره کربن در تمام مراحل دارد.

    کلیدواژگان: Roth C، پوشش زمین، تغییرات آب و هوا، کوهستان
  • مصطفی آصفی، علی فتح زاده*، روح الله تقی زاده مهرجردی، محمدعلی زارع چاهوکی صفحات 21-36

    از جمله اثرات مستقیم و مشهود تغییرات آب و هوایی، دگرش در میزان بارش برف در مناطق مختلف جغرافیایی است. این در حالی است که بارش برف در حوضه های کوهستانی همواره به عنوان مهم ترین منبع تامین منابع آب در فصول خشک تلقی می شود. یکی از آشکارترین ویژگی های پوشش برف کوهستان، ناهمگنی مکانی آن می باشد. به دلیل محدودیت های عملی، جمع آوری داده ها به ویژه در مقیاس های وسیع، دشوار و گاهی غیرممکن بوده و استفاده از روش های غیرمستقیم توصیه می شود. در این پژوهش کارایی حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان در مدل سازی عمق برف و همچنین اثر کاهش ویژگی با مدل الگوریتم ژنتیک در منطقه کوهستانی چلگرد ایران مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا با استفاده از روش هایپرکیوب محل 100 نقطه مشخص و داده های عمق برف در نقاط موردنظر و همچنین در 195 نقطه دیگر به صورت تصادفی برداشت گردید. سپس با استفاده از مدل رقومی ارتفاع 25 پارامتر ژیومورفومتری استخراج گردید و همراه با شش باند تصاویر ماهواره لندست هشت و شاخص تفاوت نرمال شده برف به عنوان ورودی های مدل ها انتخاب گردید. در این پژوهش از الگوریتم ژنتیک برای افزایش سرعت و آماده سازی شبکه ماشین بردار پشتیبان که به عنوان یک دسته بندی کننده عمل می کند و همچنین انتخاب متغیرهایی که بیشترین همبستگی را با عمق برف دارند استفاده گردید. ازآنجایی که کاهش ویژگی های غیر موثر می تواند سبب افزایش دقت یادگیری شود، در این پژوهش از الگوریتم ژنتیک برای فرایند بهینه سازی استفاده گردید. نتایج نشان داد روش حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان با میزان ضریب تعیین 36/0 و جذر میانگین مربعات خطای 8/17 مدل سازی عمق برف را انجام داده است؛ اما الگوریتم ژنتیک با انتخاب ویژگی های موثر توانست با ضریب تعیین 95/0 و جذر میانگین مربعات خطا برابر با 97/3 سانتی متر و بادقت بهتری نسبت به استفاده از تمامی ویژگی ها تغییرات عمق برف را مدل کند.

    کلیدواژگان: عمق برف، هوش مصنوعی، سنجش از دور، هایپرکیوب، چلگرد
  • علی سلمان زاده یزدی، مهدی حیات زاده*، علی فتح زاده، محمدرضا فاضل پور صفحات 37-51

    تاثیر تغییر اقلیم بر هیدرولوژی و چرخه ی آب در اکوسیستم های طبیعی بسیار جدی است و شناخت کمی این اثرها آمادگی بیشتری برای مقابله با تبعات آن ایجاد می کند. هدف از این پژوهش ارزیابی اثر تغییر رژیم بارش به عنوان بخشی از تغییر اقلیم بر رواناب با استفاده از مدل SWAT می باشد. بدین منظور جهت مدل سازی دو حوضه آبخیز تلنگو و حسین آباد در استان کرمان از داده های روزانه بارش، دمای حداقل، حداکثر و متوسط روزانه سه ایستگاه هواشناسی بافت، بم و لاله زار در بازه زمانی 30 سال استفاده گردید. همچنین با استفاده از مدل LARS-WG به پیش بینی متغیرها برای دوره 2021 تا 2060 تحت سناریو  RCP 4.5 پرداخته شد. در ادامه جهت مدل سازی رواناب در حوضه های مورد مطالعه از مدل مفهومی SWAT استفاده گردید. پس از واسنجی و اعتبارسنجی مدل طبق الگوریتم SUFI2 نتایج حاصله مورد آزمون قرار گرفت و در نهایت با استفاده از نتایج مدل سازی اقلیم و مدل مفهومی واسنجی شده، رواناب برای دوره آینده شبیه سازی گردید. نتایج ارزیابی حساسیت پارامترهای مدلSWAT نشان داد که پارامترهای ضریب آبی که از سفره های کم عمق به پروفیل خاک و ضریب نفوذ آبخوان مشترک در هر دو حوضه دارای حساسیت بالایی هستند. همچنین در هر دو حوضه برای هر دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی کارآیی نش۔ ساتکلیف از 65/0 بیشتر می باشد.  نتایج ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر آبدهی حوضه نشان می دهد که آبدهی حوضه آبخیز حسین آباد در آینده نسبت به دوره حال تغییر خواهد داشت. بیشترین کاهش آبدهی مربوط به ماه اسفند با تغییر 13/3 لیتر بر ثانیه و بیشترین افزایش مربوط به ماه بهمن با تغییر 2/18 لیتر بر ثانیه می باشد. همچنین در آینده نزدیک آبدهی حوضه آبخیز تلنگو  افزایشی نسبت به دوره حال خواهد داشت. دبی ماه های دی، اردیبهشت و تیر افزایش و در بقیه ماه ها به جز ماه شهریورکه بدون تغییرات است، کاهش یافته است. نتایج کلی تحقیق حاضر حاکی از آنست که در آینده نزدیک در اکوسیتم های خشک مشابه منطقه مورد مطالعه به دنبال تغییر رژیم بارش های حاصل از گرمایش زمین، رفتار هیدرولوژیکی حوضه ها بویژه در فصل های زمستان و بهار تغییر خواهد نمود و وقوع رخدادهای حدی بارش و سیل در این فصل ها بیش از پیش محتمل می باشد.

    کلیدواژگان: مدل SWAT، مدل LARS-WG، بارش، رواناب، دما
  • خلیل قربانی*، صدیقه برارخان پور احمدی صفحات 53-68
    تغییراقلیم به هرگونه تغییرات در شرایط آب و هوایی گفته می شود که در طول زمان اتفاق می افتد. این تغییرات ممکن است در میانگین سری داده ها دیده نشود بلکه در چندک هایی از سری با شدت های مختلف رخ دهد که بررسی آن توسط رگرسیون چندک امکان پذیر است. در این پژوهش به منظور بررسی تغییرات زمانی و مکانی بیشینه و کمینه دمای روزانه در فصل های مختلف در ایران، پس از برازش رگرسیون چندک بر روی 102 ایستگاه هواشناسی با دوره آماری 1395-1366 (1987-2016)، شیب روند در چندک های مختلف محاسبه و پس از مقایسه نتایج آن با نتایج رگرسیون خطی معمولی به صورت مکانی پهنه بندی شدند. نتایج نشان داد که مقادیر حدی کمینه و بیشینه دما در اغلب مناطق ایران دارای روند معنی دار بوده است. بیشترین شیب های روند افزایشی در فصل بهار و تابستان مربوط به چندک پایینی دما (05/0) و در نیمه شرقی ایران (شیب> 1/0 درجه در سال)، اما در پاییز و زمستان به ترتیب مربوط به چندک بالایی دما (95/0) در نواحی شرقی (شیب> 05/0 درجه در سال) و چندک های میانی و بالایی (5/0 و 95/0) در شمال غربی و غرب (شیب> 15/0 درجه در سال) بوده است. با این حال یک روند کاهشی برای مقادیر پایین (05/0) دمای پاییز در نیمه ی شمالی و غرب ایران (شیب< 02/0- درجه در سال)  وجود داشت. همچنین مقایسه نتایج دو روش رگرسیونی بیانگر آن است که بیشتر چندک ها شیبی متفاوت با شیب رگرسیون حداقل مربعات داشتند و اختصاص شیب خط رگرسیون مربعات معمولی برای روند تغییرات دما در کل سری صحیح نمی باشد. در نهایت می توان بیان کرد که تغییر اقلیم در بیشینه و کمینه دمای روزانه در ایران اتفاق افتاده است اما شدت این تغییرات در فصل ها، چندک ها و بخش های مختلف، متفاوت است.
    کلیدواژگان: کمینه و بیشینه دمای روزانه، رگرسیون چندک، رگرسیون خطی معمولی، روند، ایران
  • عبدالعظیم قانقرمه*، دلارام شکرالهی صفحات 69-90
    یکی از مباحث بسیار مهم در میکروکلیمای شهری، نقش کنترلی ارتفاع لایه مرزی آتمسفری است. این بخش از اقلیم از یک طرف متاثر از تغییرات اقلیمی سیاره ای و از طرفی دیگر متاثر از دخالت ها و فعالیت های انسانی در موقعیت های شهری است. بطوری که با افزایش و کاهش ارتفاع آن بعضی متغیرهای های آلوده کننده آتمسفری نقش بیشتری از خود نشان می دهند از جمله آنها دی اکسید نیتروژن (NO2)، دی اکسید گوگرد (SO2)، شاخص آیروسل (AI) می باشد. در این مطالعه برای یک دوره چهار ساله پایش های روزانه ماهواره Sentinel-5P را در موقعیت شهرهای استان اصفهان مورد ارزیابی قرار دادیم. در ادامه به منظور شناسایی تاثیر ارتفاع لایه مرزی،  فراوانی نسبی متغیرهای فوق را در دو حالت استقرار در بالا و پایین آستانه 750 متری لایه مرزی  مورد مقایسه قرار دادیم. بطور کلی نتایج حاکی از آن است که شاخص آیروسل (AI) در بالای آستانه 750 متری لایه مرزی آتمسفری بیشترین تجمع را بر روی موقعیت های شهری استان اصفهان نشان می دهند. در حالیکه این نسبت به گازهای دی اکسید نیتروژن (NO2) و دی اکسید گوگرد (SO2) کاملا متفاوت عمل می کند یعنی اینکه کاهش ارتفاع لایه مرزی آتمسفری فراوانی وقوع آنها را بیشتر نشان می دهد. البته لازم به ذکر است ارزیابی آماری با ضریب کاپا عدم تطابق درونی فراوانی برای هر سه متغیر فوق در بالا و پایین آستانه 750 متری لایه مرزی نشان می دهد. همچنین وزن دهی انجام شده نیز در این دو طبقه نیز، تفاوت وزن ها را کاملا آشکار می کند.
    کلیدواژگان: : ارتفاع لایه مرزی آتمسفری، دی اکسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد، شاخص آیروسل، شهرهای استان اصفهان
  • علیرضا رحمتی، احمد نوحه گر*، غلامرضا نبی بیدهندی صفحات 91-108

    تغییرات اقلیمی و افزایش جمعیت شهرها سبب بروز مشکلات متعدد محیط زیستی شده است. کاهش کارکرد کشاورزی شهری نیز کارایی زیر ساخت های سبز و خدمات اکوسیستمی آنها را به طور طبیعی ناکارآمد کرده است. هدف از این پژوهش ارایه الگوی کشت پایدار گیاهان مثمر در شهرها جهت تعدیل اثرات تغییرات آب و هوایی و کاربری اراضی در منطقه 22 شهرداری تهران می باشد. در این مطالعه نقشه کاربری اراضی سال 2000 و 2020 با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست، تهیه شد. سپس با مدل LCM به پیش بینی تغییرات کاربری اراضی سال 2050 پرداخته شد. برای بررسی تغییرات اقلیمی سناریوهای RCP شبیه سازی گردید. برای به دست آوردن وزن معیارهای انتخاب گیاهان مثمر از 4 معیار و 21 زیرمعیار و روش بهترین- بدترین (BWM) و از روش ارزیابی نسبت تجمعی (ARAS) برای رتبه بندی این گیاهان مثمر استفاده شد. بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که فضاهای سبز و کشاورزی به ترتیب از سال 2000 تا 2050 مقدار 12% و 4.5%- تغییر خواهند داشت. ریسک تغییرات اقلیمی نیز گرمایش 1.32 تا 2.27 درجه را پیش بینی کرد. بر همین اساس نقشه تناسب منطقه برای کشاورزی شهری و مساحت طبقات تناسب با توجه به معیار سازگاری با شرایط محیط زیستی منطقه (با وزن 472/0)، شرایط اکولوژیک (0.268)، سازگاری با محیط زیست شهری (با وزن 179/0) و زیبایی- شناختی (با وزن 081/0) تهیه گردید. بر اساس نظرکارشناسان گونه های گیاهی مثمر، بنه، کنار، بادامک، پسته و زیتون خوراکی بالاترین اولویت جهت کشت در مقیاس کلان و متوسط شهری را پیدا کرده اند. حدود 40 درصد منطقه دارای تناسب خوب و بالا برای کاشت این گیاهان می باشد.

    کلیدواژگان: کشاورزی شهری، گیاهان مثمر، RCP، BWM، تناسب کشاورزی شهری
|
  • Asma Jafari, Hamideh Sefidi, Milad Rahime * Pages 1-20

    Therefore, investigating the relationship between the spatial changes of soil carbon deposition with the climatic elements of temperature and precipitation in order to study and apply practical methods to calculate the amount of carbon deposition, study models such as RothC are very important. In the present study, the efficiency of the RothC model to estimate the organic carbon stored in the mountain pastures of Mereg Serfirouzabad, Kermanshah province has been investigated. Sampling was done in the form of a managed random design using 45 points with a radius of 20 km in the surface soil. Model inputs include independent variables (climate with 25-year statistics; monthly rainfall, monthly evaporation and transpiration, average air temperature) and soil texture and vegetation of the region. The output of the model included soil organic carbon with four active parts (IOM), (DPM), (RPM), (BIO) and a separate part (HUM), each part is decomposed depending on its characteristics. In this research, three time periods were sampled, which were collected in the years 1380, 1389 and the last statistics in the fall of 1396 respectively. Finally, after calibration, the RothC model was implemented in 1380 to 1389 harvesting cycles for 1396 and it was found that the climate change parameter has a strong effect on organic carbon storage. Therefore, the RMSE error for the model in question is less than 0.11 and MBI has reached 0.05, which has caused the model performance factor to be -0.96 and the high accuracy of the RothC model is emphasized. The results show that the amount of total carbon stock for pastures is 4.48 tons per hectare, and this value is lower in agriculture and reaches 4.36 tons per hectare. In general, all indicators show the effect of agriculture on the weakening of carbon storage in all stages.

    Keywords: Roth C, Landcover, climate change, mountains
  • Mostafa Asefi, Ali Fathzadeh *, Ruhollah Taghizadeh-Mehrjardi, MohammadAli Zare Chahooki Pages 21-36

    One of the direct and evident impacts of climate change is the change in the amount of snowfall in different geographical areas. It is worth mentioning that snowfall in mountain basins is always taken into account as the most important source of water supply in dry seasons. Due to some restrictions, data collection, particularly on a large scale, is difficult and at sometimes impossible. Consequently, using indirect methods is recommended. In this study, the efficiency of least squares support vector machine in modeling the depth of snow and the impact of feature reduction with genetic algorithms model in Chelgerd , Iran was investigated. At first, with using the Hypercube model, the locations of 100 points were specified, and the data of snow depth at certain points as well as other 195 points were randomly collected. Afterwards, with using DEM,, 25 Geomorphomety parameters were extracted, and these parameters with six bands, eight Landsat satellite images and the difference index of normalized snow were chosen as the inputs of models. In this study, genetic algorithm is used to increase the speed of support vector machine which is considered as a classifier and make it ready. Also, genetic algorithm is utilized to choose the variants having the most coherence with the snow depth. Since the reduction of ineffective features can increase the accuracy of learning, genetic algorithm was used in this study for the optimization process. The results showed that the least squares method of the S.V.M with the coefficient of determination of 0.36 and the SMSE of 17.8 has modeled the snow depth. However, the genetic algorithm by selecting the effective features was able to model snow depth changes better with a determination coefficient of 0.95 and RMSE equal to 3.97 cm which is more accurate than using all features.

    Keywords: Snow depth, Artificial intelligence, Remote Sensing, Hypercube, Chelgerd
  • Ali Salmanzadeh Yazdi, Mehdi Hayatzadeh *, Ali Fathzadeh, MohammadReza Fazelpoor Pages 37-51

    The impact of climate change on hydrology and water cycle in nature is very serious and a little knowledge of these effects to deal with its consequences. In order to model the two watersheds of Telangu and Hosseinabad in Kerman province,. Also, by using the LARS-WG model, variables were predicted for the period from 2021 to 2060. In the other part of this study, to run from the SWAT model, sensitivity analysis was performed using the global sensitivity analysis method using 29 parameters. The results showed that in general, the temperature has increased in the next period compared to the previous period in the whole month, in all three stations this increase was less in the warm months of the year than in the cold months. Precipitation has generally increased and the highest monthly precipitation increase for all three cases is April, March and March, respectively Sutcliffe (ENS) is greater than 0.65. The results of evaluating the effect of climate change on the discharge of the basin show that in general the discharge of the Telango Bam watershed has been much lower than the Hosseinabad Rain watershed in the current period and in the future. In the next 60 years, the discharge of the Telango Bam watershed will increase compared to the current period, the discharges of January, May and July will increase and will decrease in the other months except September, which is unchanged. The general results of the present research indicate that in the near future in dry ecosystems similar to the study area, following the change in the rainfall regime resulting from global warming, the hydrological behavior of the basins will change, especially in the winter and spring seasons, and the occurrence of extreme rainfall and flood events in These seasons are more likely than before.

    Keywords: SWAT model, LARS-WG software, Rainfall, runoff, Temperature
  • Khalil Ghorbani *, Sedigheh Bararkhanpour Ahmadi Pages 53-68
    Climate change is a condition that refers to any change in climate that occurs over time. These changes may not be seen in the average of the data series but occur in quantiles of the series with different intensities that can be examined by quantile regression. In this research, to investigate Spatio-temporal changes of maximum and minimum temperature in different seasons in Iran, after fitting quantile regression on 102 meteorological stations with the statistical period of 2016-1986, the slope of the trend was calculated in the different quantiles, and by comparing its results with the results of the ordinary linear regression, they were spatially zoned. The results showed that in the spring season, the highest slope of the increasing trend is in the lower quantiles and the eastern half of Iran, but in the winter season, it was in the middle and upper quantiles and the northwest and west of Iran. In the summer season, the lower quantiles had an increasing trend, but in the autumn season, they had a decreasing trend. However, in spring and summer, the lower quantiles of daily temperature and in autumn and winter, the upper quantiles increased more strongly. Also, the comparison of the two regression methods shows that most of the quantiles had a slope different from the slope of the least square regression, and it’s not correct to assign the slope of the ordinary square regression line for the trend of temperature changes in the whole series. Finally, it can be stated that climate change has occurred in the maximum and minimum daily temperatures in Iran, but the intensity of these changes varies according to different seasons, quantiles, and locations.
    Keywords: Minimum, Maximum Daily Temperature, quantile regression, Ordinary linear regression, Trend, Iran
  • Abdolazim Ghanghermeh *, Dellaram Shokrollahi Pages 69-90
    The role of atmospheric boundary layer height in urban microclimate is one of the most important topics. As a consequence of planetary climate change and human intervention and activities in urban settings, this part of the climate is affected. When its height increases or decreases, some atmospheric polluting variables become more relevant, including nitrogen dioxide (NO2), sulfur dioxide (SO2), and aerosol index (AI). In this study, we evaluated the daily monitoring of Sentinel-5P for a period of four years in Isfahan's cities. After comparing the relative frequency of the variables above and below the boundary layer threshold of 750 meters, we identified the effect of the height of the boundary layer on the variables. Results indicate that the highest concentrations of aerosol index (AI) are observed in urban areas of Isfahan province above the threshold of 750 meters. In this case, nitrogen dioxide (NO2) and sulfur dioxide (SO2) gases are completely different, but the decrease in height of the boundary layer indicates their frequency. Statistically, the Kappa coefficient reveals a high number of internal inconsistencies for all three variables above and below 750 meters of the boundary layer. Also, the weighting done in these two floors also completely reveals the difference in weights.
    Keywords: Atmospheric boundary layer height, Nitrogen Dioxide, Sulfur Dioxide, Aerosol index, Cities of Isfahan province
  • Alireza Rahmati, Ahmad Nohegar *, Gholamreza Nabi Bidhendi Pages 91-108

    Climate change and the increase in the population of cities have caused many environmental problems. The decrease in the function of urban agriculture has also made the efficiency of green infrastructures and their ecosystem services naturally inefficient. The purpose of this research is to provide a model of sustainable cultivation of productive plants in cities to moderate the effects of climate change and land use in District 22 of Tehran Municipality. In this study, the land use map of 2000 and 2020 was made using Landsat satellite images. Then, the LCM model was used to predict land use changes in 2050. RCP scenarios were simulated to investigate climate change. 4 criteria and 21 sub-criteria and the best-worst method (BWM) and the cumulative ratio evaluation method (ARAS) were used to obtain the weight of the selection criteria of fruitful plants. Based on the obtained results, it was determined that green and agricultural areas will change by 12% and -4.5% from 2000 to 2050, respectively. The risk of climate change also predicted a warming of 1.32 to 2.27 degrees. Based on this, the suitability map of the region for urban agriculture and the area of suitability classes according to the criterion of compatibility with the environmental conditions of the region (with a weight of 0.472), ecological conditions (0.268), compatibility with the urban environment (with a weight of 0.179) and aesthetic-cognitive (with a weight of 0.081) was prepared. According to the opinion of experts, fruitful plant species such as Wild Pistachio, Christs thorn, Wild almond, Pistachio, Olive have found the highest priority for cultivation in large and medium urban scale. About 40% of the area has good and high suitability for planting these plants.

    Keywords: urban agriculture, productive plants, RCP, BWM, suitability of urban agriculture