Simulation and prediction of Iran's future heat waves based on general circulation models

مقدمه موج گرمایی یک رویداد حدی مهم مرتبط با دماست و تاثیر زیادی بر سلامت انسان دارد. با روند کنونی گرمایش جهانی، احتمال دارد امواج گرمایی در آینده با فراوانی و شدت بیشتری در بیشتر نواحی جهان ظاهر شود. کشور ایران به لحا برخورداری از شرایط خاص آب­ و هوایی همواره در معرض هجوم امواج گرمایی قرار داشته است. ازاین­رو پیش­ بینی امواج گرمایی آینده کشور به منظور برنامه­ ریزی محیطی و مقابله با خطرات احتمالی از ضروریات است. هدف اصلی پژوهش حاضر، شبیه ­سازی و پیش­بینی امواج گرمایی ایران بر پایه مدل­های گردش عمومی است. روش ­شناسی در تحقیق حاضر برای شناسایی امواج گرمایی، از «شاخص روزانه بزرگی موج گرما» (HWMId) بر پایه دماهای حداکثر روزانه ۴۴ ایستگاه سینوپتیک کشور در یک دوره ۳۱ ساله (۱۹۸۵ تا ۲۰۱۵) استفاده شده است. نیز برای شبیه­ سازی دمای حداکثر روزانه و پیش­ بینی امواج گرمایی آینده کشور با این شاخص، داده­ های مدل CanESM۲ تحت سناریوی RCP۴.۵ بین سال­های ۲۰۱۵ تا ۲۰۴۵ توسط مدل SDSM ریزمقیاس ­نمایی شده است. داده ­های ورودی مدل SDSM، شامل داده ­های تاریخی مدلCanESM۲  (۱۹۶۱ تا ۲۰۰۵)، داده ­های بازتحلیل NCEP (۱۹۶۱ تا ۲۰۰۵) و داده­ هایCanESM۲  (۲۰۰۶ تا ۲۱۰۰) تحت سناریوی RCP۴.۵ است. بر پایه شاخص HWMId، موج گرمایی موجی است بزرگتر- مساوی سه روز متوالی با حداکثر دمای بالاتر از آستانه روزانه در دوره مرجع. بزرگی موج گرمایی در هر روز، بر اساس دمای حداکثر آن روز و صدک­های ۲۵ام و ۷۵ام سری­های زمانی دمای حداکثر سالانه در دوره مرجع محاسبه می­ شود و بزرگی هر موج گرمایی، مجموع ارقام بزرگی تمام روزهای آن موج است. استخراج امواج در هر فصل، بر اساس آستانه صدکی جداگانه آن فصل در هر ایستگاه، انجام شد. مقادیر سالانه هر ایستگاه نیز از مقادیر فصلی به دست آمد. در نهایت، نقشه­ های سالانه و فصلی میانگین «بزرگی» و «تعداد» امواج گرمایی مشاهداتی و شبیه­ سازی­ شده کشور با شاخص HWMId و نمودارهای روند زمانی آنها تهیه و تحلیل گردید. نتایج در کل انطباق مناسبی بین نقشه ­های دیدبانی و شبیه ­سازی­ شده وجود دارد. میانگین فراوانی امواج پیش بینی شده سالانه در مناطق مختلف کشور بین ۲ تا ۱۲ رخداد است که هسته بیشینه آنها بر روی ایستگاه­های شیراز، شهرکرد و امیدیه قرار می ­گیرد. بیشترین و بزرگ­ترین امواج گرمایی در آینده ابتدا برای فصل تابستان و سپس با فاصله برای فصول زمستان و بهار پیش­ بینی می­ شود. الگوهای متفاوتی از توزیع مکانی امواج گرمایی پیش ­بینی­ شده در ایران مشاهده می­ شود. در فصول بهار و تابستان، و همچنین در مقیاس سالانه، بیشینه «بزرگی» و «تعداد» امواج گرمایی شبیه­ سازی­ شده، بر روی جنوب­غرب و نیمه غربی ایران و ایستگاه گرگان متمرکز است. در فصل پاییز مرکز بیشینه بر روی مناطق داخلی ایران قرار می­ گیرد و به صورت یک بیضی از شمال­غرب تا جنوب­شرق کشور کشیده می ­شود. از نظر ارتباط با عوامل جغرافیایی، در فصل تابستان با حرکت به عرض­های جغرافیایی بالاتر و در فصل بهار با حرکت به سمت شرق کشور، شاهد کاهش معنی ­دار امواج گرمایی هستیم. تعداد و بزرگی امواج گرمایی کشور در مقیاس­های سالانه و فصلی تا سال ۲۰۴۵ افزایش می ­یابد که بیشترین نرخ افزایشی متعلق به فصل تابستان است. بیشترین تعداد امواج گرمایی برای سال ۲۰۴۳ با ۱۰/۵ واقعه پیش­ بینی شده است. بحث در حالت عادی، انتظار بر این است که شدت و فراوانی امواج گرمایی در مناطق جنوبی کشور بیشتر باشد. اما طبق خروجی مدل به­ کار برده شده در این تحقیق، الگوهای متفاوتی از توزیع فصلی و سالانه امواج گرمایی پیش­ بینی ­شده در ایران مشاهده می­ شود. این امر به شاخص مورد استفاده برای تعریف امواج گرمایی در این تحقیق، یعنی شاخص HWMId برمی­گردد که مبنای صدکی دارد و به همین علت الگوهای توزیع پدیده را در کشور از حالت یکنواختی و مورد انتظار خارج می ­کند؛ به نحوی که حتی در فصول سرد سال نیز امواج گرمایی در مناطق مختلف کشور رخ می­ دهد. به عنوان مثال فصل زمستان ۲۳ درصد از مجموع امواج گرمایی و ۲۶ درصد از امواج گرمایی شدید پیش­ بینی ­شده را به خود اختصاص می­ دهد. با این وجود هنوز فصل تابستان پیشرو تعداد امواج گرمایی پیش بینی شده در کشور با ۴۱ درصد فراوانی است. علیرغم مفهوم نسبی شاخص صدک ­محور HWMId در تعریف موج گرمایی، ارتباط بین رخداد امواج گرمایی و برخی عوامل مهم جغرافیایی در کشور مطابق با انتظار است، به طوری که در فصل تابستان با حرکت به عرض­های جغرافیایی بالاتر و در فصل بهار با حرکت به سمت شرق کشور، شاهد کاهش معنی ­دار امواج گرمایی هستیم. به احتمال زیاد این امر منعکس ­کننده اثر عوامل بیرونی در رخداد امواج گرمایی ایران به ­خصوص موقعیت استقرار غالب زبانه­ های پرفشار جنب­حاره­ای آزور در جنوب­غرب و جنوب کشور است که البته نیازمند انجام مطالعات بیشتری است. نتیجه ­گیری هر چند امواج گرمایی در بیشتر مناطق کشور رخ می ­دهد، اما در تمام نقشه ­ها، هسته­ های بیشینه امواج گرمایی مشخصی در مرکز و جنوب­غرب کشور حوالی استان­های فارس، خوزستان و هرمزگان و در مواردی غرب کشور مشاهده می­ شود که در تابستان فراوانی و شدت بیشتری پیدا می ­کند. باید اذعان کرد که توانایی تمام مدل­ها از جمله مدل به­ کاربرده ­شده در این تحقیق در برقراری ارتباط بین همه عوامل و عناصر تاثیرگذار روی امواج گرمایی ایران چه در بعد زمان و چه در بعد مکان، محدود است. لذا برای دستیابی به نتایج بهتر پیشنهاد می­ شود توانایی سایر مدل­ها و سناریوها در برآورد امواج گرمایی کشور مورد آزمون قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

Heat waves ، Iran ، GCMs ، CanESM۲ ، SDSM ، امواج گرمایی ، ایران ، مدل های گردش عمومی جو ، مدل CanESM۲ ، مدل SDSM