Effects of climate change on the potential of water harvesting from air humidity under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios

Document Type : Original Article

Authors

1 Department of Water Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

2 Water Engineering Dept./ Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

3 3. PhD student of Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran. E-mail: zahra73.partoviii@gmail.com, 09198483943.

10.30467/nivar.2023.417155.1264

Abstract

استحصال آب از رطوبت هوا به عنوان یکی از روش‌های نوین و پایدار برای تأمین منابع آب در مناطق با کمبود منابع آب طبیعی و همچنین در شرایط وقوع خشکسالی از اهمیت بالایی برخوردار است. با توجه به تاثیرپذیریِ کمیت آب قابل استحصال از رطوبت هوا از تغییرات متغیرهای جوی هواشناسی همچون دمای هوا، سرعت باد و رطوبت هوا، بنابراین پتانسیل استحصال آب از رطوبت هوا می‌تواند به شدت تحت تاثیر تغییرات اقلیمی قرار بگیرد. لذا پژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرات پتانسیل استحصال آب از رطوبت هوا تحت سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 از گزارش پنجم تغییر اقلیم به انجام رسیده است. نتایج در دوره پایه نشان داد که مدل‌های اقلیمی از کارایی مناسبی برای بررسی پتانسیل استحصال آب از رطوبت هوا برخوردار می‌باشند به‌طوری که متوسط شاخص همبستگی در سطح ایستگاه‌های مطالعاتی بیش از 67/0 و مقدار شاخص خطای RMSE به 83/1 لیتر بر متر مربع در روز به محدود شده است. علاوه بر این پایش شرایط استحصال آب از رطوبت هوا تحت سناریوهای اقلیمی در دوره‌های آتی حاکی از وجود روند افزایشی در سطح اطمینان 95 درصد در مقدار آب قابل استحصال از رطوبت هوا است، چنانکه مقدار آماره آزمون ناپارامتری من‌کندال تحت سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 در دوره‌های 2050-2026 و 2100-2076 بیش از 64/1 برآورد شده است. بطورکلی، براساس نتایج مشخص شد که منطقه‌ی شمال-غرب محدوده مطالعاتی از بیشترین پتانسیل برای اجرای طرح‌های استحصال آب از رطوبت هوا برخوردار می‌باشد. بنابراین با توجه به وقوع گرمایش جهانی در سال‌های اخیر، افزایش نیاز‌های آبی در بخش‌های مختلف و به تبع افزایش فشار بر منابع آب موجود، لزوم توجه به این منبع آبی، برنامه‌ریزی و اقدام جدی به منظور کاربرد آن بیش از پیش احساس می‌شود. نتایج تحقیق حاضر می‌تواند در راستای برنامه‌ریزی برای مدیریت پایدار منابع آب تحت تاثیر گرمایش جهانی مفید باشد.

Keywords

Main Subjects


1.    Alizadeh, A., 2010. Principle of applied hydrology. Emam Reza University Press. (In Persian).
2.    Bani Habib, M. E., Asadi, M., and Ezzati Amini, M., 2017. Water extraction for agriculture in dry areas. University of Tehran. (In Persian).
3.    Brown, C. E., 1998. Coefficient of variation. In Applied Multivariate Statistics in Geohydrology and Related Sciences. Heidelberg: Springer.
4.    Gandhidasan, P., Abualhamayel, H. I., and Patel, F., 2018. Simplified Modeling and Analysis of the Fog Water Harvesting System in the Asir Region of the Kingdom of Saudi Arabia. Aerosol and Air Quality Research, 18, pp.200-213.
5.    Ghiasi, B., Kazeroni, H., and Hasanloo, H., 2022. Conventional technologies of harvesting from surface water resources. (In Persian).
6.    Giorgi, F., and Gutowski, W. J., 2016. Coordinated experiments for projections of regional climate change. Current Climate Change Reports, 2, pp.202–210.
7.    Hamed, A. M., Aly, A. A., and Zeidan, E.-S. B., 2011. Application of solar energy for recovery of water from atmospheric air in climatic zones of saudi arabia. Natural Resources, 2, pp.8–17. 
8.    Hyndman, R. J., and Koehler, A. B., 2006. Another look at measures of forecast accuracy. International Journal of Forecasting, 22(4), pp.679–688.
9.    IPCC. 2013. Climate change 2013: The physical science basis IPCC working group I contribution to AR5. Retrieved October 18.
10.    Jiang, R., Liang, J., Zhao, Y., Wang, H., Xie, J., Lu, X., and Li, F., 2021. Assessment of vegetation growth and drought conditions using satellite-based vegetation health indices in Jing-Jin-Ji region of China. Scientific Reports, 11(1), pp.1–18.
11.    KarimpourReihan, M., Alizadeh, M., and Kamalian, S., 2016. Selection of suitable sites for water harvesting from air humidity in Bushehr province using GIS. Quarterly of Geography & Regional Planning, 6(25), pp.43–51. (In Persian).
12.    Kendall, M. G., 1975. Rank Correlation Methods (4th Editio). London : Griffin. https://www.worldcat.org/title/rank-correlation-methods/oclc/3827024.
13.    Koohi, S., and Ramezani Etedali, H., 2022. Future meteorological drought conditions of southwestern Iran based on the NEX-GDDP climate dataset. Journal of Arid Land.
14.    Kumar, M., and Yadav, A., 2015. Experimental investigation of solar powered water production from atmospheric air by using composite desiccant material “CaCl2/saw wood.” Desalination, 367, pp.216–222. 
15.    Li, H.-J., Cheng, L., Sun, P., Li, F.-F., and Qiu, J., 2023. Potential analysis of atmospheric water harvesting technologies from the perspective of “Trading-in Energy for Water.” Water, 15.(878) 
16.    Mahmodi, P., Khaje Amiri Khaledi, C., and Salari Fanodi, M. R., 2016. Examining the feasibility of water harvesting from air humidity in the southern province of Sistan and Baluchistan. Journal of Soil and Water 
17.    Conservation, 23(2), pp.253–263. (In Persian).
18.    Mahmoudi, P., KhajehAmiriKhaledi, C., and SalariFanodi, M. R., 2016. Examining the feasibility of water harvesting from air humidity in the southern province of Sistan and Baluchestan. Journal of Water and Soil Conservation, 23(2). (In Persian).
19.    Maleki, H., SolaimaniMotlagh, M., Jaedaei, A., and Shater, S., 2013. Analysis of the precipitation and drought trend variations using Mann-Kendall and Sen Tests in Tehran province. Journal of meteorological Organization. 37(80-81), pp.43-54. (In Persian).
20.    Mann, H. B., 1945. Nonparametric tests against trend. Econometrica, 13(3), pp.245–259. 
21.    Mekonnen, M. M., and Hoekstra, A. Y., 2016. Four billion people facing severe water scarcity. Science Advances, 2(2). 
22.    Morichi, G., Calixto, L. B., and Zanelli, A., 2018. Novel applications for fog water harvesting. Journal of Geoscience and Environment Protection, 6(03).
23.    Mostafazadeh, R., and Mehri, S., 2018. Determination of the precipitation regime and the seasonality index variations in the central part of the Ardabil province. Watershed Management Research, 31(3), pp.28-39. (In Persian).
24.    Mousavi-Baygi, M., 2008. The implementation of fog water collection systems in northeast of Iran. International Journal of Pure and Applied Physics, 4(1), pp.13–21. (In Persian).
25.    Murray, F. W., 1967. On the computation of saturation vapour pressure. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 6, pp.203–204. 
26.    Nascimento Prada, S., and Oliveira da Silva, M., 2001. Fog Precipitation on the Island of Madeira (Portugal). Environmental Geology, 41, pp.384–389.
27.    Nikandish, N., and Akbari Qamsari, H., 2019. Analysis of geomorphoclimatic factors in the creation of Manjil local   wind. Natural Geography Quarterly, 11(42), pp.125-140. (In Persian).
28.    Pearson, K., 1894. On the dissection of asymmetrical frequency curves. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 185, pp.71–100. 
29.    Pearson, K., 1896. Mathematical contributions to the theory of evolution.–on a form of spurious correlation which may arise when indices are used in the measurement of organs. Proceedings of the Royal Society of London, 60, pp.489–498.
30.    Shi, W., Anderson, M. J., Tulkoff, J. B., Kennedy, B. S., and Boreyko, J. B., 2018. Fog harvesting with harps. ACS Applied Materials & Interfaces, 10(14), pp.11979–11986. 
31.    Solaimani, K., and Shokrian, F., 2020. Suitable site selection of fog water harvesting based-on RS data in upstream of vazrud watershed in Iran. Sari Agricultural Scineces and Natural Resources University, 11(21), pp.249–258. (In Persian).
32.    Song, Y. H., Chung, E. S., and Shiru, M. S., 2020. Uncertainty analysis of monthly precipitation in GCMs using multiple bias correction methods under different RCPs. Sustainability (Switzerland), 12(18). 
33.    Stanski, H. R., Wilson, L. J., and Burrows, W. R., 1989. Survey of common verification methods in meteorology (2nd ed.). World Meteorological Organization.
34.    UN-Water, T. I., 2006. Coping with water scarcity: a strategic issue and priority for system-wide action. In Water and Wastewater International (Vol. 22).
35.    Wang, Y., Danook, S. H., AL-bonsrulah, H. A. Z., and Veeman, D. F. W., 2022. A recent and systematic review on water extraction from the atmosphere for arid zones. Energies, 15.(2). 
36.    Xia, H., Zhuang, J., and Yu, D., 2013. Combining crowding estimation in objective and decision space with multiple selection and search strategies for multi-objective evolutionary .
37.    optimization. IEEE Transactions on Cybernetics, 44.(3)
38.    Yang, F. g., Cao, S.y., Liu, X.n. and Yang, K.j., 2008. Design of groundwater level monitoring network with ordinary kriging. Journal of Hydrodynamic Ser. B, 20(3), pp.339-346.
39.    Yousefi, B., and BoroomandNasab, S., 2015. Desalination using the condensation irrigation system, a case study of the research farm of Shahid Chamran University of Ahvaz. Water and Wastewater Consulting Engineers, 26(3), pp.127–133.
Volume 47, 122-123 - Serial Number 122
September 2023
Pages 63-81
  • Receive Date: 19 September 2023
  • Revise Date: 07 October 2023
  • Accept Date: 11 October 2023
  • First Publish Date: 11 October 2023