پیش ‏بینی اثرات تغییر اقلیم به وسیله ریزمقیاس نمایی آماری LARS-WG

در این بخش قصد داریم به معرفی ابزار ریزمقیاس نمایی آماری LARS-WG6 بپردازیم. کاربرد این ابزار در پیش‌بینی اثرات تغییر اقلیم برای دوره‌های آینده برای یک ایستگاه هواشناسی است. به‌منظور آشنایی با این ابزار لازم است ابتدا با مفاهیم زیر آشنا شویم.

GCM

GCM مخفف Global Climate Models یا General Circulation Models به معنای مدل‌های جهانی اقلیم یا مدل‌های گردش عمومی (جو) است. این مدل‌ها فرآیندهای موجود در اتمسفر را با استفاده از قوانین فیزیکی که به‌وسیله روابط ریاضی ارائه می‌شوند، شبیه‌سازی می‌کنند. این روابط در یک شبکه سه‌بعدی در سطح کره زمین محاسبه می‌شوند. شبکه‌بندی جو معمولاً به این صورت است که اتمسفر را به پنج تا بیست لایه باضخامت‌های نامساوی تقسیم می‌کنند. دقت مکانی افقی مدل‌ها در خشکی حدوداً برابر 250 کیلومتر و در اقیانوس‌ها 125 کیلومتر است. کمترین مقیاس زمانی برای حل معادله‌ها 30 دقیقه است. کشورهای مختلف دارای مدل‌های گردش عمومی هستند و آن‌ها را توسعه داده‌اند. این کشورها عبارت‌اند از آمریکا، بریتانیا، کانادا، آلمان، ژاپن، چین، فرانسه، استرالیا، ایتالیا، روسیه و نروژ. علاوه بر این‌ها اتحادیه اروپا یک مدل GCM مستقل دارد.

بزرگ‌ترین مشکل استفاده از مدل‌های گردش عمومی بزرگ‌مقیاس بودن سلول محاسباتی آن‌هاست. این مدل‌ها کل کره زمین را به‌صورت موزائیکی در نظر می‌گیرند. همان‌طور که گفته شد در خشکی‌ها دقت افقی این موزائیک‏ها حدوداً 250 کیلومتر است. البته بسته به مدل‌های GCM این فاصله تغییر می‌کند. با یک مثال به شرح این مشکل می‌پردازیم. فرض کنید (حدوداً) یک گوشه این موزائیک تهران، گوشه دیگر چالوس و سمنان و ساری قرار دارند. همان‌طور که میدانید اقلیم تهران و سمنان با اقلیم چالوس یا ساری بسیار متفاوت است. پس نمی‌توان به‌صورت مستقیم از این مدل‌ها برای بررسی آثار تغییر اقلیم در یک نقطه به‌خصوص (مثلاً چالوس) استفاده کرد. برای حل این مشکل از مدل‌های ریزمقیاس نمایی (downscaling models) استفاده می‌شود.

تصویر شماتیکی از مدل HadCM3 متعلق به کشور بریتانیا

ریزمقیاس نمایی

ریزمقیاس نمایی معمولاً به کی از دو روش آماری یا دینامیکی صورت می‌گیرد. ازجمله ابزارهایی که برای ریزمقیاس نمایی دینامیکی استفاده می‌شود می‌توان به RegCM3، PRECIS و WRF اشاره کرد. روش دینامیکی بر پایه شبیه‌سازی عددی فیزیک جو و فرایندهای اقیانوسی در طبیعت است که دربرگیرنده مدل اقلیم منطقه‌ای (RCM) با وضوح بالا می‌باشد. به‌طورکلی این روش دارای عدم قطعیت زیادی است ازاین‌رو برای حذف عدم قطعیت نیاز به زمان و هزینه است و محدودیت اصلی ان انجام محاسبات بسیار پیچیده می‌باشد. روش دیگر روش آماری است که از مزایای آن می‌توان به کم‌هزینه بودن، کاربرد آسان و مدت زمان کم محاسبات اشاره کرد. از ریزمقیاس نمایی‌های آماری مشهور، می‌توان LARS-WG و SDSM را نام برد.

LARS-WG

نرم‌افزار LARS-WG مولد آب و هوایی بر پایه روش سری‏‏‏‏‎ها است که می‌تواند به‌منظور شبیه‏‎سازی داده‎‏های هواشناسی در یك ایستگاه، تحت شرایط اقلیمی فعلی و آتی استفاده شود. این مولد با استفاده از داده‏‎های آب و هوایی مشاهداتی در یك ایستگاه مفروض، پارامترهای توزیع‏‎های احتمالاتی متغیرهای آب و هوایی و نیز با دست‏یابی به رابطه بین آن‏ها، داده‏3های مربوط به دوره آینده را تولید می‎‏کند. درواقع هدف اصلی از کاربرد و ایجاد نرم‌افزار LARS-WG برای برطرف نمودن محدودیت‏‎های زنجیره مارکف است. LARS-WG برای هر یک از متغیرهای بیشینه و کمینه دما، بارش، تابش خورشیدی (یا تعداد ساعات آفتابی)، توزیع نیمه تجربی جداگانه‎‏ای در نظر می‏‎گیرد.

LARS-WG چهار پارامتر هواشناسی شامل T_min، T_max به درجه سلسیوس، بارش به میلی‌متر و تابش خورشیدی به مگاژول بر متر مربع بر روز، را به‌عنوان ورودی دریافت می‌کند. اگر چنانچه تابش خورشیدی در دسترس نبود می‌توان به‌جای آن از ساعات آفتابی استفاده کرد. LARS-WG با استفاده از روش “ریتولد” ساعات آفتابی را به تابش خورشیدی تبدیل می‌کند. تمام پارامترهای فوق باید در مقیاس روزانه باشد. چنانچه داده‌ای مفقود بود می‌توان از عدد 99- استفاده کرد.

پس از آماده کردن فایل ورودی، LARS-WG اقدام به صحت سنجی داده‌ها می‌کند. پس از آن کاربر می‌تواند با انتخاب یک مدل GCM و سناریو و تعیین دوره زمانی اقدام به تولید داده کند. از ویژگی‌های مهم نسخه ششم LARS-WG این است که این ابزار از مدل‌های GCM موجود در گروه مدل‌های جفت شده CMIP5 و سناریوهای RCP که هیئت بین‌الدول تغییر اقلیم سازمان ملل متحد (IPCC) در جدیدترین گزارش خود (گزارش پنجم) ارائه کرده است، پشتیبانی می‌کند. در بالا مدل‌های GCM شرح داده شد. اینجا به دو سناریوی پرکاربرد اشاره می‌شود.

سناریوی اول RCP4.5 هست که توسط گروه مدل‏سازی MiniCAM طراحی شده است و در آن واداشت تابشی ناشی از گازهای گلخانه‎‏ای پس از سال 2100 در مقدار 4.5 وات بر متر مربع فرض می‏شود. سناریوی دوم RCP8.5 هست که توسط تیم مدل‏سازی MESSAGE به سرپرستی پرفسور کیوان ریاحی در موسسه بین‌المللی آنالیز سیستم‏‎های کاربردی IIASA اتریش ارائه شده است که وجه مشخصه آن روند افزایش گازهای گلخانه‎‏ای است. بدون اتخاذ سیاست‏‎های کاهش گازهای گلخانه‎‏ای و مقابله با پیامدهای تغییر اقلیم، آب و هوای کره زمین در خط سیر سناریوی RCP پیش خواهد رفت. به‏‎طوری‏‎که ادامه این روند منجر به واداشت تابشی به میزان 8.5 وات بر متر مربع در سال 2100 می‏‎شود. در این هنگام غلظت دی اکسید کربن به بیش از ppm 1000 رسیده و همچنان روند افزایشی خواهد داشت.

لازم به ذکر است که نسخه ششم LARS-WG به صورت پرتابل است (نیازی به نصب برنامه نیست).

در قسمت بعدی، آموزش جامع جدیدترین نسخه LARS-WG (نسخه ششم) به‌صورت ویدیویی، در این سایت قرار خواهد گرفت. منتظر ما باشید….

امین صادقی، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب دانشگاه تبریز

آدرس ریسرچ گیت:

https://www.researchgate.net/profile/Amin_Sadeqi

ایمیل:

aminsadeqi95@ms.tabrizu.ac.ir

aminn19@gmail.com