بررسي تأثير تغيير اقليم بر خشكسالي با شاخص‌هاي SPI و SPEI(مطالعه موردي حوضه آبريز كارون سه)

مقدمه امروزه پديده تغيير اقليم از جمله معضلاتي است كه همواره در جهان مورد توجه قرار گرفته است. يكي از دلايل وقوع پديده تغيير اقليم، افزايش گازهاي گلخانه اي است كه تأثير به سزايي بر پديده هاي حدي دارد. پيش بيني خشكسالي يكي از راهكارهاي مديريتي است كه به برنامه ريزي صحيح براي استفاده از منابع محدود آب كمك شاياني مي‌نمايد. همچنين بررسي تغييرات خشكسالي بر اساس تغييرات اقليمي از جنبه هاي گوناگون حائز اهميت است؛ زيرا در بسياري از برنامه هاي بلندمدت، لازم است كه چشم اندازي از وضعيت آينده بارندگي و دوره‌هاي خشكسالي و ترسالي براي منطقه تدوين شود. شاخص  SPEI توانايي محاسبه خشكسالي در مقياس هاي زماني مختلف را دارد و همچنين مي تواند اثرات تغييرات درجه حرارت را در ارزيابي خشكسالي لحاظ نمايد و براي پايش تغييرات اقليمي دوره هاي فعلي و آتي بر مبناي سناريوهاي اقليمي به كار رود. همچنين شاخص استاندارد بارش (SPI) يكي از مهم ترين شاخص ها در تحليل خشكسالي است. اين شاخص به دليل سادگي محاسبات، استفاده از داده هاي در دسترس بارندگي، قابليت محاسبه براي هر مقياس زماني دلخواه به عنوان مناسب‌ترين شاخص براي تحليل خشكسالي شناخته مي شود. افزايش خشكسالي هاي اخير در حوضه آبريز كارون سه باعث كمبود آب و خسارت هاي اقتصادي و اجتماعي شده است. از اين رو بررسي اثر تغيير اقليم و تحليل فراواني خشكسالي از اهميت زيادي برخوردار است. در راستاي اين هدف، در اين پژوهش ابتدا به شبيه سازي مقادير بارش، دماي حداكثر و دماي حداقل هشت ايستگاه هواشناسي با استفاده از سه مدل اقليمي EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M تحت دو سناريو انتشار RCP4.5 و RCP8.5  براي دوره (2030-2055) پرداخته شد. مواد و روش ها در اين پژوهش ابتدا داده هاي دما (حداكثر و حداقل) و بارش خروجي مدل هاي اقليمي EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M  تحت پروژه CORDEX براي سناريوهاي انتشار RCP4.5 و RCP8.5  به كمك نرم‌افزار CMhyd ريزمقياس شده و سري هاي زماني دماي حداكثر، حداقل و بارش براي هشت ايستگاه هواشناسي در دوره آتي (2030-2055) توليد شد. سپس تغييرات دما و بارش در دوره آتي نسبت به دوره پايه (1995-2020) مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت بررسي خشكسالي (فراواني و تداوم) در دوره آتي تحت دو سناريو انتشار RCP4.5 و RCP8.5 توسط شاخص هاي (SPI) و (SPEI) در سه مقياس زماني سه، شش و 12 ماهه با استفاده از نرم‌افزار DIP انجام گرفت. به منظور ارزيابي كارايي و دقت عملكرد سه مدل گــردش عمومي EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M  شبيه‌سازي داده هاي اقليمي، ميانگين ماهانه متغيرهاي اقليمي در دوره (1990-2005) حاصل از خروجي مدل با مقادير مشاهداتي متناظر مقايسه شد. بدين منظور از معيارهاي عملكرد نش ساتكليف (NS)، شاخص اريب (Bias) و ضريب تعيين (R2) استفاده شد. نتايج و بحث نتايج نشان داد بيشترين افزايش دماي حداكثر مربوط به ايستگاه شوشتر بوده است. در اين ايستگاه دماي حداكثر در سناريوي انتشار RCP8.5، 46/1 درجه سانتي‌گراد و در سناريوي انتشار RCP4.5، يك درجه سانتي‌گراد به نسبت دوره پايه افزايش خواهد يافت. ايستگاه مسجد سليمان بيشترين افزايش دماي حداقل را دارد. در اين ايستگاه افزايش دماي حداقل تحت سناريو انتشار RCP8.5، 41/2 درجه سانتي‌گراد و در سناريو RCP4.5، 92/1 درجه سانتي‌گراد بوده است. همچنين بارش در كل محدوده در دوره آتي روند نزولي داشته است. مقدار كاهش بارندگي در كوهرنگ در سناريو RCP8.5،  3/146 ميلي‌متر و در سناريوي RCP4.5، 6/53 بوده است كه به ترتيب حدود  7/11 و 3/4 درصد است. ازنظر فراواني خشكسالي در دوره آماري (2030-2055) در مقياس سه‌ماهه، در سناريوي RCP4.5  ايستگاه ايذه داراي بيشترين فراواني با 14 بار تجربه خشكسالي، در مقياس شش‌ماهه، در سناريوي RCP4.5،  حداكثر دفعات خشكسالي در شهركرد با 16 بار و در مقياس دوازده‌ماهه، در سناريوي RCP4.5 ايستگاه كوهرنگ با 15 بار، بيشترين فراواني را نشان مي‌دهد. در سناريوي RCP8.5 ايستگاه ايذه داراي بيشترين فراواني با 20 بار تجربه خشكسالي بوده است. همچنين در دوره آتي تحت سناريو انتشار RCP4.5 در مقياس سه، شش و دوازده به ترتيب ايستگاه شهركرد، ياسوج و لردگان با هشت، 11 و 27 ماه و در سناريو RCP8.5 نيز به ترتيب مسجد سليمان و شوشتر و لردگان بيشترين تداوم خشكسالي را خواهند داشت. نتيجه گيري نتايج نشان داد ميانگين دراز مدت سالانه دماي حداكثر و حداقل در دوره آتي به نسبت دوره پايه در هر هشت ايستگاه روند صعودي داشته است. همچنين نتايج نشان داد دماي حداكثر تحت سناريو 8.5RCP افزايش بيشتري به نسبت سناريو انتشار 4.5RCP دارد. همچنين نتايج نشان داد ايستگاه كوهرنگ متأثر از تغيير اقليم بيشترين كاهش بارش را در محدوده مطالعاتي طي دوره آتي خواهد داشت. همچنين نتايج نشان داد در هر سه مقياس زماني سه، شش و 12 ماهه در دوره آتي به نسبت دوره پايه در سري زماني شاخص هاي خشكسالي SPI و SPEI نوسانات زيادي وجود دارد. همچنين حالت هاي حدي خشكسالي در دوره آتي افزايش يافته است. پيش‌بيني مي شود در دوره آتي تعداد ماه هاي خشك نسبت به تعداد ماه هاي با وضعيت نرمال و مرطوب كمتر بوده است. همچنين در بررسي وضعيت خشكسالي با استفاده از شاخص SPEI مشاهده مي شود كه همانند شاخص SPI الگوي تغييرات دوره خشكسالي در ايستگاه ها قابل تشخيص است. قابل ذكر است شدت خشكسالي هاي محاسبه شده با استفاده از شاخص SPEI به ندرت از مقدار عددي دو بالاتر است. با مقايسه تداوم و فراواني خشكسالي در ايستگاه هاي مورد بررسي و در مقايس هاي زماني مختلف، مشخص شد كه شاخص SPI به نسبت شاخص SPEI تداوم و فراواني خشكسالي را در اغلب موارد بيشتر نشان مي دهد.