نیوار

نیوار

ارزیابی روند و پایداری بلندمدت متغیرهای اقلیمی شبیه‌سازی‌شده در حوضه زرینه‌رود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 مربی، گروه کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه جامع علمی ـ کاربردی، تهران، ایران.
2 دانشیار، گروه اقلیم شناسی، دانشکده علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران.
3 دانش آموخته رشته دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات،
10.30467/nivar.2026.589829.1385
چکیده
با توجه به زمان‌بر بودن و عدم صرفه اقتصادی مدل‌های دینامیکی، امروزه روش‌های ریزمقیاس‌نمایی آماری بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این پژوهش، ابتدا کارایی مدل LARS-WG در ریزمقیاس‌نمایی پارامترهای اقلیمی حوضه زرینه‌رود (واقع در استان‌های آذربایجان غربی و کردستان) ارزیابی شد. سپس، برای نخستین‌بار در این حوضه، حافظه بلندمدت متغیرهای اقلیمی پیش‌بینی‌شده با استفاده از نظریه فراکتال و شاخص هارست تحلیل گردید. داده‌های روزانه بارش، دمای حداقل و حداکثر چهار ایستگاه سینوپتیک زرینه، تکاب، سقز و مراغه در بازه زمانی ۱۹۹۰ تا ۲۰۱۹ به عنوان دوره پایه (مطابق با استاندارد WMO و گزارش ششم IPCC) در نظر گرفته شد. برای پیش‌بینی اقلیم آینده (دوره ۲۰۶۰-۲۰۳۱)، از خروجی مدل LARS-WG و دو سناریوی SSP2-4.5 (خوش‌بینانه) و SSP5-8.5 (بدبینانه) استفاده گردید. به منظور کاهش عدم‌قطعیت و افزایش دقت پیش‌بینی‌ها، از میانگین خروجی سه مدل گردش عمومی شاملGFDL-ESM4، HadGEM3-GC31-LL و IPSL-CM6A-LR استفاده شد. پس از واسنجی و صحت‌سنجی مدل با معیارهایR²، RMSE و MAE، شاخص هارست برای سری‌های زمانی دما و بارش محاسبه شد. نتایج اعتبارسنجی نشان داد که مدل LARS-WG برای شبیه‌سازی دما در حوضه زرینه‌رود کاملاً قابل اعتماد است (R² > 0.98)، ولی در شبیه‌سازی بارش با خطای قابل‌توجهی همراه است (R² ≈ 0.85) که ضرورت استفاده از رویکرد میانگین‌گیری چندمدلی را تأکید می‌کند. تحلیل شاخص هارست نشان داد که در دوره پایه، دما دارای حافظه بلندمدت قوی (H ≈ 0.80-0.95) و بارش دارای حافظه متوسط (H ≈ 0.65-0.75) است. در دوره آینده، این شاخص برای هر سه متغیر به حدود 0/51 تا 0/56 کاهش می‌یابد که نشان‌دهنده از بین رفتن حافظه بلندمدت و حرکت به سمت رفتار تصادفی در پیش‌بینی‌های مدل است. پیش‌بینی‌ها حاکی از افزایش 3 /0 تا 4/6 درجه‌ای دما در دوره ۲۰۶۰-۲۰۳۱ است. بارش سالانه نیز تحت سناریوی خوش‌بینانه تا ۴ درصد افزایش و تحت سناریوی بدبینانه تا ۲۱ درصد کاهش خواهد یافت. به‌طورکلی، اگرچه مدل LARS-WG برای شبیه‌سازی دما در حوضه زرینه‌رود قابل اعتماد است، ولی در شبیه‌سازی بارش و به‌ویژه در حفظ حافظه بلندمدت سری‌های زمانی ضعیف عمل می‌کند. این یافته، ضرورت استفاده از رویکردهای ترکیبی یا مدل‌های دینامیکی را برای مطالعات آتی اقلیم این حوضه آشکار می‌سازد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluating the Trend and Long-term Stability of Simulated Climatic Variables in the Zarrineh-Rud Basin

نویسندگان English

Mohammad Reza Sheykh Rabiee 1
Mehry Akbary 2
Maliheh Rahvareh 3
1 Instructor, Department of Agriculture and Natural Resources, University of Applied Science and Technology, Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Department of Climatology, Faculty of Geographical Sciences, Kharazmi University, Tehran. Iran.
3 PhD in Watershed Management Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده English

Due to the time-consuming and uneconomical nature of dynamic models, statistical downscaling methods have received increasing attention today. In this study, the performance of the LARS-WG model in downscaling the climatic parameters of the Zarrineh River Basin (located in West Azerbaijan and Kurdistan provinces) was first evaluated. Then, for the first time in this basin, the long-term memory of predicted climatic variables was analyzed using fractal theory and the Hurst exponent. Daily precipitation, minimum temperature, and maximum temperature data from four synoptic stations (Zarrineh, Takab, Saqqez, and Maragheh) during the period 1990–2019 were considered as the baseline period (in accordance with WMO standards and the Sixth IPCC Report). To predict the future climate (2031–2060), the output of the LARS-WG model and two scenarios, SSP2-4.5 (optimistic) and SSP5-8.5 (pessimistic), were used. To reduce uncertainty and increase the accuracy of predictions, the ensemble mean output of three general circulation models, including GFDL-ESM4, HadGEM3-GC31-LL, and IPSL-CM6A-LR, was used. After calibrating and validating the model using R², RMSE, and MAE metrics, the Hurst exponent was calculated for temperature and precipitation time series. The validation results showed that the LARS-WG model is fully reliable for simulating temperature in the Zarrineh River Basin (R² > 0.98), but it is associated with considerable error in simulating precipitation (R² ≈ 0.85), which emphasizes the necessity of using a multi-model ensemble approach. The Hurst exponent analysis showed that in the baseline period, temperature has a strong long-term memory (H ≈ 0.80–0.95) and precipitation has a moderate memory (H ≈ 0.65–0.75). In the future period, this index decreases to approximately 0.51–0.56 for all three variables, indicating the loss of long-term memory and a shift toward random behavior in the model predictions. The projections indicate a temperature increase of 0.3 to 4.6 °C during the period 2031–2060. Annual precipitation will also increase by up to 4% under the optimistic scenario and decrease by up to 21% under the pessimistic scenario. Overall, although the LARS-WG model is reliable for simulating temperature in the Zarrineh River Basin, it performs poorly in simulating precipitation and especially in maintaining the long-term memory of time series. This finding highlights the necessity of using hybrid approaches or dynamic models for future climate studies in this basin.

کلیدواژه‌ها English

Climate change
Fractal theory
Hurst exponent
LARS-WG
Zarrineh-Rud Basin

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 11 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 12 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 07 آبان 1405
  • تاریخ پذیرش 11 آبان 1405
  • تاریخ انتشار 11 آبان 1405