ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر دماهای کمینه، بیشینه و تبخیر تعرق مرجع در حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از مدل‎ های cmip6

مقدمه و هدف: تغییر اقلیم به‎ عنوان پدیده‎ ی تاثیرگذار بر تغییر در سامانه‎های اقلیمی و افزایش دما، افزایش ظرفیت رطوبتی جو است به‎‎طوری که افزایش دمای جهانی باعث افزایش تبخیر از سطح و محتوای آب موجود در جو شده است. بنابراین، افزایش دما و بالا رفتن ظرفیت رطوبتی هوا، در صورت وجود منبع رطوبت، رطوبت ویژه هوا را افزایش و رطوبت نسبی را کاهش می‎دهد. این امر موجب بالا رفتن بخار آب کلی جو می ‎شود و بخار آب در نقش یک گاز گلخانه ‎ای، خود موجب تشدید گرمایش جهانی می ‎گردد. در این رابطه، یکی از مهم‎ترین پیامدهای تغییر اقلیم، تاثیرگذاری بر مولفه‎ های موثر بر وضعیت هیدرولوژیکی حوضه‎ های آبریز همچون دما، بارش و تبخیر تعرق است. بنابراین، اطلاع از میزان تبخیر تعرق هر نقطه به‎ ویژه درمناطق خشک و نیمه‎ خشکی مانند ایران و به ‎طور ویژه ‎تر حوضه دریاچه ارومیه، که عمده ‎ی فعّالیت‎ های آن وابسته به کشاورزی است، برای تعیین نیاز آبی گیاهان و مدیریت منابع آب حائز اهمیت فراوانی است و ضرورت مطالعه‎ ی آن تحت تاثیر تغییر اقلیم بیش از پیش احساس می‌شود. از این‌رو، تغییر اقلیم پدیده‌ای موثر بر تبخیر تعرق مرجع، به‌عنوان مهم‎ترین بخش چرخه هیدرولوژی است زیرا تغییرات اقلیمی می ‎تواند تاثیرات قابل ‎توجهی بر زیست‎ کره داشته باشد.مواد و روش‎ها: در این پژوهش، اثر تغییر اقلیم بر دماهای کمینه، بیشینه و متوسط تبخیر تعرق مرجع حوضه دریاچه ارومیه در مقیاس ماهانه با استفاده از مدل‎ های اقلیمی cmip6 به ‎صورت میلی ‎متر بر ماه مورد ارزیابی قرار گرفت. به این ‎منظور، از داده‎ های مشاهداتی ایستگاه سینوپتیک ارومیه، تبریز و سقز استفاده شد. داده‎ های مورد استفاده برای متغیرهای دمای کمینه و بیشینه به‎ صورت ماهانه، برای دوره آماری 1975 تا 2014 از سازمان هواشناسی دریافت شد. دسته ‎ی دوم داده ‎های مدل‎ های اقلیمی را در برمی ‎گیرند که برای صحّت‎ سنجی متغیرهای مورد بررسی مدل‎ های اقلیمی cmip6 در دوره ‎ی تاریخی مدل که دارای دوره‎ ی مشترک با دوره ‎ی مشاهداتی ‎هستند (2014-1975)، مورد استفاده قرار گرفت. برای بررسی وضعیت آتی دماهای کمینه، بیشینه و تبخیر تعرق مرجع در ایستگاه سینوپتیک ارومیه، تبریز و سقز از مدل‎ های اقلیمی cmip6 استفاده شد. از این‎ رو، مدل‎ های اقلیمی گزارش ششم برای دوره‎ های تاریخی و آینده مدل تحت سناریوهای مورد نظر پژوهش حاضر در مقیاس ماهانه استخراج شدند. دو مدل اقلیمی (cesm2 و ipsl-cm6a-lr) گزارش ششم تحت سناریوهای خوش‎بینانه ssp1-2.6 و بدبینانه ssp5-8.5 در دوره ‎های آینده نزدیک (2059-2020) و دور (2099-2060) برای بررسی اثرات تغییر اقلیم و پیش ‎بینی تغییرات متوسط دمای کمینه و بیشینه و همچنین تغییرات متوسط تبخیر تعرق مرجع در مقیاس ماهانه با استفاده از روش ls ریزمقیاس ‎سازی و سپس صحّت‎ سنجی مدل‎ های اقلیمی با استفاده از سنجه ‎های آماری r2 و mae انجام شد. در نهایت تبخیر تعرق مرجع برای دوره ‎های پایه، آینده ‎ی نزدیک و دور به روش ‎های ماکینگ و تورک محاسبه گردید. یافته‌ها: در پژوهش حاضر، نتایج مدل‎های cesm2 و ipsl-cm6a-lr نسبت به دوره پایه با استفاده از r2 و mae برای دوره‎ ی آتی نشان داد که در هر دو مدل، سناریوهای خوش‎بینانه در آینده نزدیک عملکرد بهتری دارند. در مدل‎ های مذکور و در ایستگاه‎های ارومیه، تبریز و سقز، سناریوی خوش‎بینانه در دوره ‎های موردنظر به‎ ترتیب با r2 بالا (0/99،0/99 و 0/99 برای دمای کمینه و 0/99، 0/99 و 1/00 برای دمای بیشینه) و mae پایین (1/48، 1/27 و 1/37 برای دمای کمینه و 1/54، 1/49 و 1/55 برای دمای بیشینه) عملکرد مناسب مدل ‎ها را نشان داد. نتایج بررسی تغییرات دماهای کمینه و بیشینه و تبخیر تعرق به‎صورت جداول و نمودارهای مختلف ارائه شدند. با توجه به آن‎ها می‎توان دریافت که در ایستگاه‎های ارومیه، تبریز و سقز به‎ترتیب دامنه‎ی تغییرات دمای کمینه و بیشینه و به‎ تبع آن تبخیر تعرق مرجع حاصل از روش‎های ماکینگ و تورک در سناریوهای خوش‎بینانه و بدبینانه و در دوره‎های آینده نزدیک و دور افزایشی خواهد بود. با توجه به نتایج پژوهش حاضر، در ایستگاه‎های مورد بررسی مطابق سناریوهای خوش‎بینانه و بدبینانه در دروه‎های آتی متوسط دماهای کمینه و بیشینه افزایش خواهد یافت. یکی از اثرات تغییر اقلیم افزایش دما است که از پیامد‎های آن می‎توان به افزایش تبخیر تعرق مرجع و نیاز آبی گیاهان اشاره نمود. همچنین، بخش عمده‎ی فعّالیت‎های حوضه دریاچه ارومیه بر کشاورزی متمرکز است و نقش حائز اهمیتی در اشتغال و اقتصاد این منطقه دارد. تغییر اقلیم با تاثیر بر دما و تبخیر تعرق مرجع در سال‎‏های آتی مشکلات زیست‎محیطی بسیاری را خواهد داشت. نتیجه‌گیری: در این پژوهش، به ‎منظور آگاهی از تغییرات متوسط دمای کمینه، بیشینه و تبخیر تعرق مرجع در منطقه ‎ی مورد مطالعه، اقدام به ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر دماهای کمینه، بیشینه و تبخیر تعرق مرجع حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از مدل ‎های cmip6 شد. جهت پیش‎ بینی متغیرهای مذکور از داده ‎های مشاهداتی ایستگاه‎ های سینوپتیک ارومیه، تبریز و سقز و مدل‎ های cesm2 و ipsl-cm6a-lr گزارش ششم استفاده شد. ریزمقیاس ‎سازی با روش ls طی دوره ‎ی پایه (2014-1975) و دو دوره ‎ی آتی (2059-2020 و 2099-2060) تحت سناریوهای خوش‎بینانه و بدبینانه انجام شد. جهت صحّت‎ سنجی مدل ‎های اقلیمی از سنجه‎ های r2 و mae استفاده شد. در نهایت جهت محاسبه ‎ی تبخیر تعرق مرجع از روش‎ های ماکینگ و تورک استفاده شد. نتایج حاکی از آن است که متوسط دمای کمینه در ایستگاه‎ های مورد بررسی در آینده‎ی نزدیک و دور بین 0/05 تا 3/02 و 0/60 تا 4/31 ℃ و دمای بیشینه بین 0/25 تا 3/84 و 0/55 تا 5/41 ℃ نسبت به دوره ‎ی پایه افزایش خواهد داشت. همچنین مقادیر تغییرات متوسط تبخیر تعرق مرجع در آینده ‎ی نزدیک و آینده ‎ی دور در روش‎ های ماکینگ بین 0/72 تا 4/68 و 0/08 تا 4/80 و تورک 0/24 تا 5/23 و 0/71 تا 5/59 میلی‌متر بر ماه افزایش خواهد داشت.  

evaluation of the climate change effect on minimum and maximum temperatures and the reference evapotranspiration in the lake urmia basin using cmip6 models

background: climate change as an influential phenomenon causes changes in climate systems, increasing both the temperature and the moisture capacity of the atmosphere so that the increase in global temperature has increased the evaporation from the surface and the atmosphere water content. therefore, an increase in temperature and the moisture capacity of the air, when there is a moisture source, increases the specific humidity of the air and decreases relative humidity. this causes the total water vapor in the atmosphere to rise, and water vapor, as a greenhouse gas, causes global warming. in this regard, one of the most important consequences of climate change is its influence on factors affecting the hydrological status of basins, such as temperature, precipitation, and reference evapotranspiration (et). therefore, knowing the rate of evapotranspiration in each point, especially in arid and semi-arid regions such as iran, and more specifically in the lake urmia basin, where its activities are mainly related to agriculture, is very important for determining the water needs of plants and managing water resources, hence the study of et is more necessary under the influence of climate change. therefore, climate change is a phenomenon affecting reference et as the most important part of the hydrological cycle because climate changes can have significant effects on the biosphere.methods: in this research, the effect of climate change on minimum and maximum temperatures and average reference evapotranspiration in the lake urmia basin was evaluated on a monthly scale with cmip6 climate models in mm per month using the observation data of urmia, tabriz, and saghez synoptic stations. the minimum and maximum temperatures on a monthly scale and for the statistical period of 1975 to 2014 were received from the iran meteorological organization (irimo). the second category is the data of cmip6 climate models in the historical period of the model, which have a common period with the observation period (1975-2014), the periods of the near future (2020-2059), and the far future (2060-2099). sixth report models were obtained from historical and future periods on a monthly scale. two climate models (cesm2 and ipsl-cm6a-lr) under the optimistic ssp1-2.6 and pessimistic ssp5-8.5 scenarios in the near future (2020-2059) and far future (2060-2099) were used to investigate the effects of climate change and predict minimum and maximum temperature changes as well as changes in reference et on a monthly scale. downscaling was done using the ls method, and climate models were validated using r2 and mae statistics. finally, the crop reference et was calculated for basic, near, and far future by makkink and turc methods.results: in the present study, the results of cesm2 and ipsl-cm6a-lr models using r2 and mae for the future period compared to the base period showed that the optimistic scenario would perform better in the near future in both models. in the mentioned models and in urmia, tabriz, and saghez stations, the optimistic scenario showed the proper performance of the models with a high r2 (0.99, 0.99, and 0.99 for tmin and 0.99, 0.99, and 1.00 for tmax) and a low mae (1.48, 1.27, and 1.37 for tmin and 1.54, 1.49, and 1.55 for tmax), respectively. the results of examining the changes in minimum and maximum temperatures and reference et were presented in different tables and graphs. accordingly, the minimum and maximum temperature ranges and, accordingly, the reference et obtained from the makkink and turc methods will increase in optimistic and pessimistic scenarios and in the near and far future periods in urmia, tabriz, and saghez stations. according to the results, the average minimum and maximum temperatures will increase in future periods and under both scenarios. moreover, the average minimum and maximum temperatures will increase in the investigated stations according to optimistic and pessimistic scenarios. an effect of climate change is the increase in temperature, and one of its consequences is the increase in et and the water requirement of plants. furthermore, the main part of activities in the lake urmia basin is focused on agriculture and plays an important role in the employment and economy of this region. therefore, climate change will cause many environmental problems by affecting the temperature and reference et in the coming years.conclusion: to know the average minimum and maximum temperature changes and reference et in the study area, the effect of climate change on minimum and maximum temperatures and reference et in the lake urmia basin was evaluated using cmip6 models. the mentioned variables were predicted using the observation data of urmia, tabriz, and saghez stations as well as cesm2 and ipsl-cm6a-lr models of the sixth report. downscaling was done by the ls method during the base period (1975-2014) and two future periods (2020-2059 and 2060-2099) under optimistic and pessimistic scenarios. r2 and mae statistics were used to validate climate models. finally, the makkink and turc methods were used to calculate reference et. the results indicate that the minimum temperature will increase from 0.05 to 3.02 and 0.60 to 4.31 ℃, and the maximum temperature will increase from 0.25 to 3.84 and 0.55 to 5.41 ℃ in the near and far future compared to the base period, respectively. moreover, the average reference et will increase from 0.72 to 4.68 and 0.08 to 4.80 mm/month by the makkink method and from 0.24 to 5.23 and 0.71 to 5.59 mm/month by the turc method in the near and far future, respectively.