اصلاح روش كاهش مقياس به منظور ارزيابي اثر تغيير اقليم بر رژيم هيدرولوژيكي حوضه آبريز

دكتري

افزايش غلظت گازهاي گلخانه¬اي منجر به تغيير پيوسته ¬اقليم شده¬است. تغيير اقليم مي¬تواند منجر به تغييرات رژيم هيدرولوژيكي حوضه¬هاي آبريز و عملكرد سيستم‌هاي منابع آب در آينده شود. از اين رو بررسي اثرات تغيير اقليم براي دوره¬هاي آينده حائز اهميت است. براي ارزيابي آثار تغييراقليم، از مدل¬هاي جهاني اقليم (GCMs) استفاده مي¬شود. سناريوهاي GCM بزرگ مقياس است و به¬منظور مطالعه در مقياس حوضه-آبريز نياز به كاهش¬مقياس داده¬هاي مربوطه است. دقت نتايج ارزيابي پيامدهاي تغيير اقليم بسيار وابسته به-دقت روش كاهش¬مقياس است. لذا توسعه يك روش مناسب كاهش¬مقياس، گام مهمي در پيش¬¬بيني آثار تغيير اقليم بر رژيم هيدرولوژيكي يك حوضه¬ي آبريز است. مدل¬هاي Weather Generator (WG) از مزاياي منحصر به¬فردي براي كاهش¬مقياس و ارزيابي اثرات هيدرولوژيكي تغيير اقليم برخوردارند. با اين وجود، ضعف اين مدل¬ها در 1- بازتوليد نوسانات كم¬بسامد وقايع مشاهداتي، 2- عدم تطبيق قابل قبول سناريو¬هاي آينده¬ي آن با سناريوهاي مستخرج از GCMs، 3- بازتوليد مقادير حدي وقايع مشاهداتي، كارائي اين مدل¬ها را محدود كرده¬است. در مدل IWG، بسياري از ضعف¬هاي مدل¬هاي WGs (در خصوص بازتوليد مقادير حدي، نوسانات كم¬بسامد دما و اثرات تغيير رخداد بارش بر متغيرهاي ثانويه در كاهش¬مقياس) رفع شده¬است. اما همچنان در اين مدل نوسانات كم¬بسامد بارش¬هاي توليدي نياز به اصلاح بيشتر دارد. با اصلاح ضعف¬ اين مدل¬ مي¬توان به يك ابزار كارآمد براي كاهش¬مقياس متغيرهاي اقليمي در ارزيابي اثرات تغييراقليم به¬ويژه براي اهداف هيدرولوژيكي دست¬يافت. در اين رساله عملكرد مدل IWG با مدل¬هاي SDSM و LARS-WG براي بازتوليد دامنه وسيعي از مشخصات سري¬هاي زماني مشاهداتي مقايسه شده¬است. سپس دو روش براي اصلاح نوسانات كم¬بسامد اين مدل ارائه شده¬است. روش اول مبتني بر استفاده از مقادير پارامترهاي متغير مدل در طول ماه¬هاي مختلف از سري زماني ماهانه است. بدين ترتيب كه آماره¬هاي ماهانه وابسته به متغيرهاي بزرگ مقياس جوي شبيه-سازي، و براي هر ماه در طول سري زماني به مدل وارد مي¬شود. در اعتبارسنجي اين روش مشاهده شد كه نوسانات كم¬بسامد، دست¬بالا توليد مي¬شود. در روش دوم، باياس توزيع تئوري متغيرهاي توليدي در گام زماني ماهانه، توسط روش Quantile Perturbation Method (QPM) اصلاح شد، و توزيع ماهانه متغيرهاي توليدي بر توزيع تئوري برازش شده بر متغيرهاي مشاهداتي، منطبق شد. سپس توسط يك تابع خطي، مقادير روزانه توليدي بر مقادير ماهانه منطبق شد. همچنين يك روش كاهش¬مقياس متناسب با اين روش، براساس آشفتن پارامترهاي مدل بر مبناي سناريوهاي GCM ارائه شد. از طرف ديگر، روشي براي اصلاح نوسانات كم¬بسامد مدل LARS-WG ارائه شد. از آنجا كه در اين مدل از توزيع¬هاي نيمه¬تجربي (به¬جاي توزيع¬هاي تئوري مورد استفاده در ساير WG) استفاده مي¬¬شود، اين روش براي اصلاح نوسانات كم¬بسامد بارش، بر مبناي QPM، براي اين توزيع¬ها مناسب¬سازي شد. همچنين روش كاهش-مقياس بارش ماهانه¬ي اين مدل بر مبناي QPM (به¬جاي آشفتن پارامترها) مطرح ¬شد. براي اصلاح نوسانات كم¬بسامد دماي اين مدل نيز از روش به¬كار رفته در مدل IWG بر مبناي مدل AR چند¬متغيره استفاده شد. دامنه وسيعي از آزمون¬هاي آماري براي ارزيابي عملكرد مدل¬ها و مقايسه آن با عملكرد مدل¬هاي پايه استفاده-شد. اين آزمون¬ها شامل آزمون¬هاي مستقيم (مقايسه مشخصات سري¬هاي هواشناسي توليدي و مشاهداتي) و آزمون¬هاي غيرمستقيم (مقايسه آماره¬هاي جريان رودخانه¬ي شبيه¬سازي شده توسط يك مدل هيدرولوژيكي روزانه بر مبناي سري¬هاي هواشناسي توليدي و مشاهداتي) است. همچنين عملكرد مدل¬ها در كاهش¬مقياس ارزيابي شد. براي اين آزمون¬ها از 15 ايستگاه هواشناسي در شرايط اقليمي مختلف استفاده شده است. نتايج نشان داد كه با روش¬هاي پيشنهادي، نوسانات كم¬بسامد مدل¬هاي IWG و LARS-WG را مي¬توان اصلاح كرد كه موجب بهبود عملكرد مدل¬ها در بازتوليد دامنه وسيعي از ساير آماره¬هاي سري¬هاي مشاهداتي مي¬شود. همچنين مزيت ديگر روش¬ پيشنهادي، قابليت كاربرد آن¬ها براي اصلاح نوسانات كم¬بسامد هر مدل WG (بدون نياز دسترسي به منبع كد و تغيير ساختار مدل) است؛ زيرا اين روش بر خروجي¬هاي WG اعمال مي¬شود. واژه¬هاي كليدي: نوسانات كم¬بسامد، كاهش¬مقياس، تغيير اقليم، Weather Generator، رژيم هيدرولوژيكي، بارش، IWG، LARS-WG، SDSM.

195249

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر محمدرضا خزائي

مهندسي آب

دكتر باقر ذهبيون