Journal of Watershed Management Research

fa بررسی نمایه‌های مبتنی بر بارش در پهنه مازندران تحت سناریوهای اقلیمی گزارش ششم Investigation of Precipitation-Based Indices in the Mazandaran Region Under Climate Scenarios of the Sixth Report هواشناسی هواشناسی پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: یکی از اثرات مهم گرمایش جهانی افزایش پدیده های حدی هواشناختی است که از مهمترین آنها می توان به تغییر ناگهانی دما، گرمای بیش از حد، سرمای غیرعادی، بارش های سنگین و سیل آسا، خشک سالی و گرد و غبار ناشی از خشک شدن تالاب ها اشاره نمود. تغییر در مولفه های اقلیمی در اثر تغییر اقلیم بر روی شدت و فراوانی وقایع حدی بارش و نیز به متعاقب آن بر جامعه و محیط زیست طبیعی تأثیرگذار بوده است؛ بنابراین بررسی تغییرات آینده نمایه های مختلف بارش جهت اعمال برنامه های مدیریتی بیش از پیش ضرورت دارد به ویژه برای ایران که نیاز به پیشرفت در مطالعات مدل سازی آب و هوا با هدف بهبود دانش در مورد تغییرات آب و هوا و تأثیرات آن در کل کشور دارد. در این پژوهش تغییرات روند و نقطه شکست نمایه های مبتنی بر بارش با استفاده از مدل سری CMIP6 تحت سه سناریوی خوش‌بینانه، میانه و بدبینانه در استان مازندران برای دو دورهی زمانی آینده نزدیک (2060-2021) و آینده دور (2100-2061) مورد مطالعه قرار گرفت. مواد و روش‌ها: در این پژوهش، برای بررسی مکانی-زمانی روند و نقطه شکست بارش استان مازندران (15 ایستگاه) در دورهی آینده، از داده های بارش سناریوهای (SSP126, SSP245, SSP585) در دو دورهی 2060-2021 و 2100-2061 استفاده شد. با استفاده از نرم افزار R-Climdex در محیط نرم افزارR، نمایه های حدی بارش برای سناریوها و دوره های مختلف تعیین شد و سپس برای بررسی روند و نقطه شکست، از آزمون های من کندال، سن و پتیت استفاده شد. نمایه‌های بارش توسط یک گروه کارشناسی زیر نظر سازمان جهانی هواشناسی به‌عنوان نمایه‌های حدی و نمایه‌های تغییرات آب و هوایی تعریف شده است. لذا در این پژوهش پس از دریافت خروجی مدل &rlm;ها و ریزمقیاس‌نمایی آن‌ها، داده‌ها در دوره آینده و بر اساس سه سناریوی مورد نظر در تمامی ایستگاه&rlm; های مورد مطالعه گروه‌بندی شد. برای استخراج نمایه های بارش روزانه با برنامه‌نویسی تحت R و به کمک بسته ارائه شده توسط زانگ و یانگ در شعبه تحقیقات اقلیمی سرویس هواشناسی کانادا توسعه یافت، استفاده شد. لذا از بین 27 ‌نمایه موجود‌، 11 ‌نمایه‌ مربوط به بارش و 16 ‌نمایه‌ مربوط به دما بوده است. یافته‌ها: نتایج حاکی از آن است که در آینده ی نزدیک تحت سناریو خوش بینانه (SSP126)، نمایه تعداد روزهای تر متوالی، روزهای با بارش سنگین و روزهای خیلی مرطوب در نیمه شرقی استان  به&lrm;صورت معنی دار افزایش اما بر اساس سناریوی بدبینانه (SSP585) نمایه روزهای مرطوب و مقدار سالانه بارندگی در نواحی مختلف استان کاهش خواهد یافت. از نظر وقوع نقطه شکست، تنها در سناریوی بدبینانه نمایه روزهای تر متوالی، شدت روزانه بارش و روزهای مرطوب دارای نقطه شکست به ترتیب افزایشی در دهه 2060، افزایشی در سال 2061 و کاهشی در سال 2051 نواحی در نیمه شرقی خواهد بود. در حالی که تحت سناریوهای دیگر هیچ تغییر ناگهانی در سری داده ها مشاهده نخواهد شد. بر اساس سناریوی میانه، تغییرات چندانی در نمایه های بارش به&lrm;صورت منطقه ای رخ نخواهد داد و تنها نمایه شدت روزانه بارش در تعداد محدودی از ایستگاه های ساحلی در آینده ی نزدیک افزایش خواهد یافت. با اینحال تحت سناریوی بدبینانه، تغییرات نمایه های حدی در اغلب مواقع کاهشی خواهد بود؛ به طوری که در آینده ی نزدیک، نمایه تعداد روزهای مرطوب (با بارش 1 میلی متر) در اغلب مناطق استان با شدت بالایی کاهش خواهد یافت. همچنین مقدار سالانه بارندگی در روزهای مرطوب در نواحی ساحلی و غربی، و نیز دو نمایه تعداد روزهای با بارش سنگین و خیلی سنگین در ایستگاه های مرتفع نواحی غربی کاهش خواهد یافت؛ بنابراین اگرچه ممکن است در آینده ی نزدیک احتمال خطر رخداد وقایع سیلابی کاهش یابد، اما با توجه به کاهش </div> <div style="text-align: justify;">نمایه های رطوبتی در حالت بدبینانه، احتمال وقوع خشکسالی های گسترده افزایش می یابد. در آینده دور، نمایه‌های بارشی تغییرات معنی‌داری نخواهند داشت و تنها تعداد روزهای با بارش سنگین در نواحی مرتفع شرق استان کاهش خواهد یافت. از نظر وقوع تغییرات ناگهانی نیز می‌توان بیان کرد با حرکت به سمت سناریوی خوش‌بینانه و میانه، تغییر ناگهانی یا نقطه شکست معنی‌داری در سری داده‌های هیچ‌یک از ‌نمایه‌های بارش تا سال 2100 رخ نخواهد داد. اما با حرکت به سمت سناریوی بدبینانه، نقطه تغییر افزایشی برای نمایه تعداد روزهای تر متوالی در تعدادی از ایستگاه‌های استان برای دهه 2070-2060 وجود خواهد داشت. همچنین نمایه‌های شدت روزانه بارش و تعداد روزهای مرطوب (با بارش 1 میلی‌متر) به ترتیب یک تغییر ناگهانی افزایشی در سال 2061 و کاهشی در سال 2051 را در نواحی نیمه شرقی استان تجربه خواهند نمود که بیانگر افزایش ناگهانی در شدت بارش‌های نزولی و کاهش وقوع تعداد روزهای با بارندگی کم است. نتیجه‌گیری: به&lrm;طور کلی با قرار گرفتن در مسیر سناریو خوش‌بینانه و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، می‌توان شاهد افزایش رخدادهای بارشی و افزایش نمایه‌های رطوبتی به خصوص در نیمه شرقی استان بود حال‌آنکه با ادامه مسیر کنونی و چه بسا حالت بدبینانه (افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای)، در آینده‌ی نه چندان دور می‌توان شاهد کاهش در مقدار و فراوانی بارندگی بود که متعاقب آن، با کاهش منابع آبی در استان و افزایش وقوع خشکسالی‌های خفیف تا گسترده مواجه خواهیم شد. بنابراین تدوین برنامه‌ریزی‌های مناسب در زمینه مدیریت خاک، آب و کشاورزی در سطح استان توصیه می‌شود.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: One of the important effects of global warming is the increase in extreme atmospheric phenomena, the most important of which are sudden changes in temperature, excessive heat, abnormal cold, heavy rains and floods, drought, and dust caused by the drying up of wetlands. Changes in climatic components due to climate change have impacted the intensity and frequency of extreme rainfall events and, subsequently affecting society and the natural environment. Therefore, examining the future modifications of different precipitation indices is more necessary to implement management plans, especially for Iran, which needs progress in climate modeling studies aiming at improving knowledge about climate change and its effects on the whole country. In this study, changes in the trend and breaking point of rainfall-based indices were studied using the CMIP6 series model under three optimistic, medium, and pessimistic scenarios in Mazandaran province for two periods: the near future (2021-2060) and the far future (2061-2100). Methods: In this research, the spatiotemporal trend and breaking point of the precipitation in Mazandaran province (15 stations) were investigated in the future period from the precipitation data of SSP scenarios (126, 245, and 585) in the two 2021-2060 and 2061-2100 periods.  Using the R-Climdex software in the R software environment, the precipitation limit indices were determined for different scenarios and periods. Then, the trend and breaking point were examined using the Mann-Kendall, Sen, and Pettitt tests. Precipitation indexes were defined by an expert group under the supervision of the World Meteorological Organization as limit indexes and climate change indexes. After receiving the output of models and their micro scaling, data were grouped in the future period based on three scenarios in all studied stations. The daily rainfall indexes were extracted using R programming developed by Zhang and Yang at the Canadian Meteorological Service Climatic Research Branch. Therefore, 11 and 16 indices out of 27 existing indexes were related to precipitation and temperature, respectively. Results: Under the optimistic scenario (SSP126), the indexes of the number of consecutive wet days, days with heavy rain, and very wet days in the eastern half of the province will increase significantly. Based on the pessimistic scenario (SSP585), the profile of wet days and the annual amount of rainfall will decrease in different areas of the province. In terms of the occurrence of the breaking point, the daily intensity of precipitation and wet days will have a breaking point in the order of increasing in the 2060s, rising in 2061, and decreasing in 2051 in the eastern half of the region only in the pessimistic scenario of the profile of consecutive wet days. Under the other scenarios, however, no sudden changes will be observed in the data series. According to the median scenario, there will be no changes in precipitation indexes regionally, and only the daily intensity index of precipitation will increase in a limited number of coastal stations in the near future. Under a pessimistic scenario, however, changes in limit indexes will often be reduced so that the index of the number of wet days (with 1 mm rainfall) will decrease in the near future in most parts of the province with high intensity. The annual amount of rainfall on wet days in coastal and western regions, as well as two indexes of the number of days with heavy and very heavy rain, will decrease in the high stations of the western areas. However, the risk of flooding events may be reduced in the near future, and the probability of widespread droughts increases due to the reduction of wetness profiles in pessimistic conditions. In the distant future, precipitation indexes will not change significantly, and only the number of days with heavy rainfall will decrease in the high areas of the eastern province. In terms of sudden changes, there will be no sudden change or significant breaking points in the data series of all the precipitation indexes until 2100 by moving toward an optimistic and median scenario. Moving toward a pessimistic scenario, there will be an incremental change point for indexing the number of consecutive days at a few provincial stations for the 2070-2060s. The daily intensity of precipitation and the number of wet days (with 1 mm precipitation) will also experience a sudden incremental change in 2061 and a decrease in 2051 in the eastern half of the province, indicating a sudden increase in the intensity of downpours and a reduction of the number of days with low rainfall. Conclusion: According to the results, it can be concluded that the study of the occurrence of severe meteorological events, including rainfall, as one of the main issues in the field of water resources, agriculture, and natural hazards in Mazandaran province, is necessary for long-term planning in various fields. Knowledge of the future perspective of extreme rainfall events can be used in soil, water, and agriculture management planning, especially in the economic development plans of the province.  </div> تغییر اقلیم, روند مکانی-زمانی, مازندران, نمایه‌های حدی بارش Climate Change, Extreme Precipitation Indices, Spatial-Temporal Trend, Mazandaran 131 146 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1076-4&slc_lang=fa&sid=1 Reza Norooz-valashedi رضا نوروز ولاشدی rezanorooz@yahoo.com 100319475328460014161 100319475328460014161 Yes grometeorology, Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran هواشناسی کشاورزی، گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Sedigheh Bararkhanpour Ahmadi صدیقه برارخانپور احمدی rbararkhan@gmail.com 100319475328460014162 100319475328460014162 No Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran هواشناسی کشاورزی، گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Hadigheh Bahrami-Pichaghchi حدیقه بهرامی پیچاقچی hadigheh.bahrami70@gmail.com 100319475328460014163 100319475328460014163 No Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran هواشناسی کشاورزی، گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Sara Mazloom Babanari سارا مظلوم باب اناری sara.mazloom94@gmail.com 100319475328460014164 100319475328460014164 No Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran هواشناسی کشاورزی، گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Fatemeh Vatanparast فاطمه وطن پرست Fatemehvp@hotmail.com 100319475328460014165 100319475328460014165 No Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran هواشناسی کشاورزی، گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Fatemeh Esfandiar فاطمه اسفندیار fatemehsfandiar3@gmail.com 100319475328460014166 100319475328460014166 No Water Engineering Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران