دانشکده کشاورزي
پايان نامه کارشناسي ارشد در رشته هواشناسي کشاورزي
کوچک مقياس کردن خروجي هاي مدل چرخش عمومي جو (GCM) جهت بررسي آثار تغيير اقليم بر رخدادهاي آتي بارش جنوب ايران
توسط:
وحيده روان
استاد راهنما:
دکتر سيد محمد جعفر ناظم السادات
شهريور 89
به نام خدا
اظهارنامه
اينجانب وحيده روان دانشجوي رشته ي مهندسي کشاورزي گرايش هواشناسي کشاورزي دانشکده ي کشاورزي اظهارمي کنم که اين پايان نامه حاصل پژوهش خودم بوده و در جاهايي که از منابع ديگران استفاده کرده ام، نشاني دقيق و مشخصات کامل آن را نوشته ام. همچنين اظهارمي کنم که تحقيق و موضوع پايان نامه ام تکراري نيست و تعهد مي نمايم که بدون مجوز دانشگاه دستاوردهاي آن را منتشر ننموده و يا در اختيار غير قرار ندهم. کليه حقوق اين اثر مطابق با آيين نامه مالکيت فکري و معنوي متعلق به دانشگاه شيراز است.
نام ونام خانوادگي :وحيده روان
تقديم به پدر و مادرم…
به پدرم که مهرش بنايي شد براي تلاش پر شورم در کسب دانش
و مادرم که مهرش در دلم گرامي و مقدس است
سپاسگزاري
اکنون که با عنايت و لطف خداوند بزرگ نگارش اين پايان نامه به اتمام رسيده است، بر خود لازم ميدانم که از همراهي استاد راهنماي گرامي، جناب آقاي دکتر سيد محمد جعفر ناظم السادات به پاس زحمات فراوان و راهنماييهاي ارزشمند ايشان نهايت سپاس و قدرداني را داشته باشم. تشکر صميمانه خود را تقديم اساتيد مشاور محترم، جناب آقاي دکتر خليلي و دکتر ساماني، که در راستاي مشاوره اين پژوهش قبول زحمت کردند و مساعدت ايشان همواره باعث دلگرمي من بوده است، مينمايم. از آقاي دکتر شيرواني به دليل راهنمايي هاي بسيار تاثير گذار ايشان در مباحث آماري و نوشتن برنامه کامپيوتري و همچنين از تمام اساتيد و کارکنان بخش مهندسي آب و مرکز پژوهشهاي جوي- اقيانوسي بينهايت سپاسگزارم و برايشان آرزوي موفقيت دارم.
با سپاس از پدر و مادر دلسوز و فداکارم که نخستين آموزگاران من و همواره مشوق من در امر تحصيل بوده اند، از همراهان هميشگي ام، برادران عزيزم و از همه دوستان خوبم که در طول دوران تحصيل از همراهي و کمکهاي ايشان بهره برده ام و حضورشان موجب آرامشم بوده است کمال تشکر را دارم و براي همه آنها آرزوي سلامتي و بهروزي دارم.
فهرست مطالب
عنوانصفحه
فصل اول: مقدمه1
1-1- تعريف اقليم1
1-2- عناصر سامانه اقليمي2
1-3- اثر گلخانه اي و گرمايش جهاني2
1-4- گردش عمومي جو و اقيانوس4
1-4-1- برهمکنش هاي جوي- اقيانوسي6
1-5- خشکي ها6
1-6- شواهد محيطي تحولات اقليمي7
1-6-1- شواهد زيست شناسي8
1-6-2- شواهد چينه شناسي8
1-6-3- شواهد ريخت شناسي8
1-7- تغيير اقليم در مجامع جهاني9
1-8- مدلهاي گردش عمومي جو14
1-8-1- کوچک مقياس کردن17
1-9- هدف پژوهش19
فصل دوم: مروري بر پژوهشهاي گذشته20
عنوانصفحه
2-1- مطالعه تغييرات اقليم به کمک مدلهاي GCM20
2-2- کوچک مقياس کردن23
2-3- نتيجه گيري از پژوهش هاي گذشته26
فصل سوم: داده ها و روشهاي محاسباتي27
3-1- داده ها27
3-1-1- داده هاي بارندگي ماهانه ايستگاههاي زميني27
3-1-2- داده هاي خروجي مدل GCM28
3-1-2-1- مدل ECHAM529
3-1-2-1-1- سناريوي 20C3M29
3-1-2-1-2- سناريوي 1PTO2X30
3-2- روشهاي محاسباتي30
3-2-1- کوچک مقياس نمودن آماري30
3-2-1-1- روش نسبت31
3-2-1-2- روش تبديل تابع گاما32
3-2-1-2-1- تصحيح اريب32
3-2-1-2-2- رگرسيون چندگانه34
3-2-1-3- روش همسو سازي توابع توزيع احتمال35
3-2-1-3-1- رگرسيون چند جمله اي40
3-2-2- آزمون فرض36
عنوانصفحه
3-2-2-1- بررسي معني داري گره ها36
3-3- برنامه نويسي به کمک نرم افزار S-PLUS200037
فصل چهارم: نتايج38
4-1- روش نسبت38
4-2- روش تبديل تابع گاما39
4-2-1- بررسي معني داري گره ها39
4-2-2- روابط رگرسيوني کوچک مقياس کننده47
4-2-3- بررسي کارايي روش تبديل گاما64
4-3- روش همسو سازي توابع توزيع احتمال69
4-3-1- بررسي کارايي روش همسوسازي توابع توزيع احتمال71
4-3-2- روابط رگرسيوني74
4-3-3- پيش بيني روند بارش در سالهاي 2040-201179
فصل پنجم: نتايج و پيشنهادات87
منابع 92
پيوست98
فهرست شکل ها
عنوانو شمارهصفحه
شکل (1-1): تغييرات افزايشي گاز دي اکسيد کربن در سالهاي 1958
تا 2005، ايستگاه مونالو، هاوايي4
شکل (1-2): شماي کلي شبکه بندي سه بعدي مدلهاي GCM15
شکل (3-1): جايگاه قرار گيري 8 ايستگاه اهواز، ايرانشهر، آبادان،
بندرعباس، بوشهر، شيراز، فسا و ياسوج در بين شبکه بندي مدل
ECHAM5 با ابعاد 8/1(8/130
شکل (4-1): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه اهواز در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 20C3M48
شکل (4-2): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه ايرانشهر در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 20C3M49
شکل (4-3): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه آبادان در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 20C3M50
شکل (4-4): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه بندرعباس در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 20C3M51
شکل (4-5): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه بوشهر در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 20C3M52
شکل (4-6): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه شيراز در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 20C3M53
عنوانو شمارهصفحه
شکل (4-7): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه فسا در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 20C3M54
شکل (4-8): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه ياسوج در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 20C3M55
شکل (4-9): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه اهواز در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 1PTO2X56
شکل (4-10): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه ايرانشهر در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 1PTO2X57
شکل (4-11): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه آبادان در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 1PTO2X58
شکل (4-12): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه بندرعباس در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 1PTO2X59
شکل (4-13): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه بوشهر در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 1PTO2X60
شکل (4-14): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه شيراز در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 1PTO2X61
شکل (4-15): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه فسا در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 1PTO2X62
عنوانو شمارهصفحه
شکل (4-16): نمودار بارندگي ديده باني شده ايستگاه ياسوج در مقابل
بارندگي تصحيح شده مدل براي 6 ماهه دوم سال در سناريوي 1PTO2X63
شکل (4-17): توابع توزيع احتمال بارندگي ديده باني شده، مدل ECHAM5
و کوچک مقياس شده دسامبر براي ايستگاههاي اهواز، ايرانشهر،
آبادان، بندرعباس، بوشهر، شيراز، فسا و ياسوج70
شکل (4-18): نمودار بارش ديده باني شده ايستگاه اهواز در دوره
گذشته و مقادير پيش بيني شده توسط مدل در دو سناريوي
20C3M و 1PTO2X براي دوره زماني 2040-201183
شکل (4-19): نمودار بارش ديده باني شده ايستگاه ايرانشهر در دوره
گذشته و مقادير پيش بيني شده توسط مدل در دو سناريوي
20C3M و 1PTO2X براي دوره زماني 2040-201183
شکل (4-20): نمودار بارش ديده باني شده ايستگاه آبادان در دوره
گذشته و مقادير پيش بيني شده توسط مدل در دو سناريوي
20C3M و 1PTO2X براي دوره زماني 2040-201184
شکل (4-21): نمودار بارش ديده باني شده ايستگاه بندرعباس در دوره
گذشته و مقادير پيش بيني شده توسط مدل در دو سناريوي
20C3M و 1PTO2X براي دوره زماني 2040-201184
عنوانو شمارهصفحه
شکل (4-22): نمودار بارش ديده باني شده ايستگاه بوشهر در دوره
گذشته و مقادير پيش بيني شده توسط مدل در دو سناريوي
20C3M و 1PTO2X براي دوره زماني 2040-201185
شکل (4-23): نمودار بارش ديده باني شده ايستگاه شيراز در دوره
گذشته و مقادير پيش بيني شده توسط مدل در دو سناريوي
20C3M و 1PTO2X براي دوره زماني 2040-201185
شکل (4-24): نمودار بارش ديده باني شده ايستگاه فسا در دوره
گذشته و مقادير پيش بيني شده توسط مدل در دو سناريوي
20C3M و 1PTO2X براي دوره زماني 2040-201186
شکل (4-25): نمودار بارش ديده باني شده ايستگاه ياسوج در دوره
گذشته و مقادير پيش بيني شده توسط مدل در دو سناريوي
20C3M و 1PTO2X براي دوره زماني 2040-201186
فهرست جدول ها
عنوانو شمارهصفحه
جدول (3-1): مشخصات جغرافيايي و دوره زماني ايستگاههاي
سينوپتيک مورد بررسي28
جدول (4-1): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
اهواز در سناريوي 20C3M 40
جدول (4-2): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
ايرانشهر در سناريوي 20C3M 41
جدول (4-3): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
آبادان در سناريوي 20C3M 41
جدول (4-4): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
بندرعباس در سناريوي 20C3M 41
جدول (4-5): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
بوشهر در سناريوي 20C3M 42
جدول (4-6): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
شيراز در سناريوي 20C3M 42
جدول (4-7): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
فسا در سناريوي 20C3M 42
جدول (4-8): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
ياسوج در سناريوي 20C3M 43
عنوانو شمارهصفحه
جدول (4-9): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
اهواز در سناريوي 1PTO2X 43
جدول (4-10): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
ايرانشهر در سناريوي 1PTO2X43
جدول (4-11): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
آبادان در سناريوي 1PTO2X 44
جدول (4-12): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
بندرعباس در سناريوي 1PTO2X 44
جدول (4-13): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
بوشهر در سناريوي 1PTO2X 44
جدول (4-14): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
شيراز در سناريوي 1PTO2X 45
جدول (4-15): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
فسا در سناريوي 1PTO2X 45
جدول (4-16): مقادير p-value و R2 بين چهار گره پيرامون ايستگاه
ياسوج در سناريوي 1PTO2X 45
جدول (4-17): طول و عرض جغرافيايي گره هاي قابل قبول
مدل ECHAM5 پيرامون هر ايستگاه46
عنوانو شمارهصفحه
جدول (4-18): مقايسه ميانگين (mean) و انحراف معيار (std) داده هاي
بارش ديده باني شده، مدل در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X و
مقادير کوچک مقياس شده ايستگاه اهواز در دوره گذشته65
جدول (4-19): مقايسه ميانگين (mean) و انحراف معيار (std) داده هاي
بارش ديده باني شده، مدل در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X و
مقادير کوچک مقياس شده ايستگاه ايرانشهر در دوره گذشته65
جدول (4-20): مقايسه ميانگين (mean) و انحراف معيار (std) داده هاي
بارش ديده باني شده، مدل در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X و
مقادير کوچک مقياس شده ايستگاه آبادان در دوره گذشته66
جدول (4-21): مقايسه ميانگين (mean) و انحراف معيار (std) داده هاي
بارش ديده باني شده، مدل در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X و
مقادير کوچک مقياس شده ايستگاه بندرعباس در دوره گذشته66
جدول (4-22): مقايسه ميانگين (mean) و انحراف معيار (std) داده هاي
بارش ديده باني شده، مدل در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X و
مقادير کوچک مقياس شده ايستگاه بوشهر در دوره گذشته67
جدول (4-23): مقايسه ميانگين (mean) و انحراف معيار (std) داده هاي
بارش ديده باني شده، مدل در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X و
مقادير کوچک مقياس شده ايستگاه شيراز در دوره گذشته67
عنوانو شمارهصفحه
جدول (4-24): مقايسه ميانگين (mean) و انحراف معيار (std) داده هاي
بارش ديده باني شده، مدل در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X و
مقادير کوچک مقياس شده ايستگاه فسا در دوره گذشته68
جدول (4-25): مقايسه ميانگين (mean) و انحراف معيار (std) داده هاي
بارش ديده باني شده، مدل در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X و
مقادير کوچک مقياس شده ايستگاه ياسوج در دوره گذشته68
جدول (4-26): مقايسه همبستگي و RMSE داده هاي بارش ديده باني
و مدل قبل و بعد از کوچک مقياس شدن در دو سناريوي 20C3M و
1PTO2X در ايستگاه اهواز72
جدول (4-27): مقايسه همبستگي و RMSE داده هاي بارش ديده باني
و مدل قبل و بعد از کوچک مقياس شدن در دو سناريوي 20C3M و
1PTO2X در ايستگاه ايرانشهر72
جدول (4-28): مقايسه همبستگي و RMSE داده هاي بارش ديده باني
و مدل قبل و بعد از کوچک مقياس شدن در دو سناريوي 20C3M و
1PTO2X در ايستگاه آبادان72
جدول (4-29): مقايسه همبستگي و RMSE داده هاي بارش ديده باني
و مدل قبل و بعد از کوچک مقياس شدن در دو سناريوي 20C3M و
1PTO2X در ايستگاه بندرعباس73
عنوانو شمارهصفحه
جدول (4-30): مقايسه همبستگي و RMSE داده هاي بارش ديده باني
و مدل قبل و بعد از کوچک مقياس شدن در دو سناريوي 20C3M و
1PTO2X در ايستگاه بوشهر73
جدول (4-31): مقايسه همبستگي و RMSE داده هاي بارش ديده باني
و مدل قبل و بعد از کوچک مقياس شدن در دو سناريوي 20C3M و
1PTO2X در ايستگاه شيراز73
جدول (4-32): مقايسه همبستگي و RMSE داده هاي بارش ديده باني
و مدل قبل و بعد از کوچک مقياس شدن در دو سناريوي 20C3M و
1PTO2X در ايستگاه فسا74
جدول (4-33): مقايسه همبستگي و RMSE داده هاي بارش ديده باني
و مدل قبل و بعد از کوچک مقياس شدن در دو سناريوي 20C3M و
1PTO2X در ايستگاه ياسوج74
جدول (4-34): روابط رگرسيوني براي پيش بيني بارش دو فصل
پاييز و زمستان در ايستگاه اهواز75
جدول (4-35): روابط رگرسيوني براي پيش بيني بارش دو فصل
پاييز و زمستان در ايستگاه ايرانشهر75
جدول (4-36): روابط رگرسيوني براي پيش بيني بارش دو فصل
پاييز و زمستان در ايستگاه آبادان76
عنوانو شمارهصفحه
جدول (4-37): روابط رگرسيوني براي پيش بيني بارش دو فصل
پاييز و زمستان در ايستگاه بندرعباس76
جدول (4-38): روابط رگرسيوني براي پيش بيني بارش دو فصل
پاييز و زمستان در ايستگاه بوشهر77
جدول (4-39): روابط رگرسيوني براي پيش بيني بارش دو فصل
پاييز و زمستان در ايستگاه شيراز77
جدول (4-40): روابط رگرسيوني براي پيش بيني بارش دو فصل
پاييز و زمستان در ايستگاه فسا78
جدول (4-41): روابط رگرسيوني براي پيش بيني بارش دو فصل
پاييز و زمستان در ايستگاه ياسوج78
جدول (4-42): ميانگين ماهانه مقادير بارش ديده باني شده و
پيش بيني شده در دوره 2040-2011 براي ايستگاه اهواز79
جدول (4-43): ميانگين ماهانه مقادير بارش ديده باني شده و
پيش بيني شده در دوره 2040-2011 براي ايستگاه ايرانشهر80
جدول (4-44): ميانگين ماهانه مقادير بارش ديده باني شده و
پيش بيني شده در دوره 2040-2011 براي ايستگاه آبادان80
جدول (4-45): ميانگين ماهانه مقادير بارش ديده باني شده و
پيش بيني شده در دوره 2040-2011 براي ايستگاه بندرعباس80
عنوانو شمارهصفحه
جدول (4-46): ميانگين ماهانه مقادير بارش ديده باني شده و
پيش بيني شده در دوره 2040-2011 براي ايستگاه بوشهر81
جدول (4-47): ميانگين ماهانه مقادير بارش ديده باني شده و
پيش بيني شده در دوره 2040-2011 براي ايستگاه شيراز81
جدول (4-48): ميانگين ماهانه مقادير بارش ديده باني شده و
پيش بيني شده در دوره 2040-2011 براي ايستگاه فسا81
جدول (4-49): ميانگين ماهانه مقادير بارش ديده باني شده و
پيش بيني شده در دوره 2040-2011 براي ايستگاه ياسوج82
چکيده
کوچک مقياس کردن خروجي هاي مدل چرخش عمومي جو (GCM) جهت بررسي آثار تغيير اقليم بر رخدادهاي آتي بارش جنوب ايران
وحيده روان

افزايش چگالي گازهاي گلخانه اي و گسترش صنايع جا پاي پر رنگي در دگرگوني اقليمي دارد. از جمله روشهاي برآورد اندازه دگرگوني هاي اقليمي، به کارگيري مدلهاي گردش عمومي جو (GCM) مي باشد. از آنجا که خروجي اين مدلها نشانگر چگونگي اقليم در يک پهنه گسترده جغرافيايي است، نياز به کوچک مقياس کردن آنها براي بکارگيري در گستره هاي محلي و حوزه هاي آبخيز مي باشد. از جمله روشهاي کوچک مقياس کردن خروجي هاي اين مدلها، کاربرد روشهاي آماري مي باشد که در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفته است. در اينجا ابتدا سه روش کوچک مقياس کردن آماري براي داده هاي همانند سازي شده بارش در 8 ايستگاه جنوبي کشور بيان گرديد و بهترين روش انتخاب شد. سپس داده هاي بارش مدل گردش عمومي جو ECHAM5 در دو سناريوي 20C3M و 1PTO2X براي دوره گذشته کوچک مقياس شدند. با بکار گيري روابط بدست آمده داده هاي آينده نيز کوچک مقياس شدند و آوردها نشان داد که چنانچه تغييرات اين گازها در جو همانند قرن بيستم در سناريوي نخست باشد باعث کاهش ميزان بارش و تشديد خشکسالي در مناطق جنوب ايران در 6ماهه دوم سال گرديده و در صورتيکه تغييرات اين گازها همانند سناريوي دوم تا 2 برابر شدن غلظت در جو پيش رود باعث افزايش احتمال بارش و رخداد ترسالي در دو فصل پاييز و زمستان خواهد شد.
مقدمه
1-1- تعريف اقليم
اقليم1 يا آب و هوا که از واژه يوناني کليما گرفته شده، مجموعه اي از شرايط جوي است که کيفيت وضع آب و هوا و تغييرات دراز مدت آن در يک پهنه معين را مشخص مي سازد (ناظم السادات، 1389). به ديگر سخن، اقليم يک پهنه، ميانگين شرايط جوي بلند مدت آن پهنه است و با الگوهاي روزانه هوا تفاوت اساسي دارد (عساکره، 1386). اقليم شناسي با استفاده از نتايج داده هاي هواشناسي، شرايط محيط جغرافيايي و زيستي را مورد مطالعه قرار مي دهد. به بياني ديگر اقليم شناسي هواي يک ناحيه خاص را در طي فواصل به خصوصي از زمان که معمولا تا چند دهه را در برمي گيرد بررسي مي کند (سازمان برنامه ريزي و مديريت، 1384).
اقليم هر پهنه ناشي از تقابل همزمان پديده هاي هواشناسي مانند دما و بارش بوده و تعيين کننده شرايط زيست بوم, هيدرولوژيکي و کشاورزي آن مي باشد (عليزاده،1382).
بر همکنش هاي فيزيکي، شيميايي و حياتي در اجزاء سامانه اقليم در مقياس زمان و مکان باعث پيچيدگي آن مي گردد. به عنوان مثال به علت وابستگي و ارتباط نزديک جو و اقيانوس، طي فرايندهاي چرخه اي، ماده و انرژي بين آنها جابجا مي شود. به طور روشن مي توان به نشان پر رنگ بارش بر شوري، توزيع آن، چرخه جريانات دريايي و تبادل گازها مانند کربن دي اکسيد اشاره کرد. هر گونه روندي که مانع اين فرايندها گردد اثرات مهمي را بجا مي گذارد که از ديدگاه اقليم شناسي قابل بررسي مي باشد. به عنوان مثال يخ هاي دريايي از تبادل ماده و انرژي بين جو و اقيانوس جلوگيري نموده، غلظت کربن دي اکسيد و به دنبال آن بيوسفر (از طريق فتوسنتز و تنفس) و نيز از طريق تاثير بر تزريق رطوبت به جو، بيلان تابش و … را متاثر مي سازد. بدين دليل هر گونه تغيير طبيعي يا انساني در محتويات جو قادر است موجب تغيير در سامانه اقليمي شود (عساکره، 1386).
مجموعه پديده هاي جوي، چه از نظر هواشناسي و چه از نظر اقليم شناسي، سامانه پيچيده اي دارد که شرايط اقليمي منطقه اي را مشخص مي کند.

1-2- عناصر سامانه اقليمي
عناصر سامانه اقليمي عبارتند از جو زمين (هواکره)، هيدروسفر (آب کره)، ليتوسفر (سنگ کره)، بيوسفر (زيست کره) و کريوسفر (يخ کره). سامانه اقليم در گير تبادل انرژي و رطوبتي است که بين پنج لايه يا کره نامبرده رخ مي دهد (عزيزي، 1383). اين عناصر مقياس زماني متفاوتي دارند، در حاليکه جو زمين به سرعت به تغييرات اقليمي پاسخ مي دهد، بر همکنش اقيانوس به آرامي صورت مي گيرد (سازمان برنامه ريزي و مديريت، 1384).

1-3- اثر گلخانه اي و گرمايش جهاني
اجزاء جو زمين در ايجاد موازنه بين تابش ورودي و خروجي بسيار موثر بوده و در انتقال حرارت نقش اساسي دارند. اگر ترکيبات جو زمين وجود نمي داشت درجه حرارت متوسط سطح زمين حدود 18- درجه سانتي گراد (255 درجه کلوين) مي بود در حاليکه هم اکنون ميانگين دماي سطح زمين 15 درجه سانتي گراد است. اين اختلاف به علت عملکرد تعدادي از ترکيبات گازي جو است که به گازهاي گلخانه اي2 معروفند و اين حالت را اثر گلخانه اي جو گويند. اين گازها که بر اثر عوامل طبيعي و همچنين فعاليت هاي انساني ايجاد مي شوند علاوه بر تاثيرات مختلف بر تابش خورشيدي، تابش فرو سرخ را نيز جذب مي کنند. در واقع افزايش غلظت گازهاي گلخانه اي در لايه هاي فوقاني جو و جذب اشعه مادون قرمز گسيل شده از زمين، درجه حرارت را افزايش مي دهند (مساح بواني و مريد، 1384)
گازهاي گلخانه اي با وجود اينکه درصد نسبتا کمي از جو را تشکيل مي دهند نقش مهمي در تنظيم مقدار انرژي جو ايفا مي کنند.
دي اکسيد کربن (CO2) بيشترين اهميت را در بين گازهاي گلخانه اي داراست. اين گاز بيشتر از طريق فوران آتشفشانها، گياهان، فرآيندهاي خاکي، سوختن ترکيبات کربن و تبخير اقيانوسي از درون زمين آزاد مي شود. از طرف ديگر اين گاز در اقيانوس ها حل شده و از طريق فتوسنتز گياهي مصرف مي شود (شيمل و همکاران3، 1995).
افزايش غلظت گازهاي گلخانه اي بخصوص دي اکسيد کربن حاصل از فعاليتهاي بشر در جو زمين و اقيانوسها عامل اصلي وقوع پديده گرمايش جهاني است که هم اکنون نيز ادامه دارد (مساح بواني و مريد 1384). تاثير آلاينده هاي ناشي از فعاليتهاي انساني بايستي در ارزيابي وضعيت اقليم گذشته, حال و آينده و قانونمند کردن کنترل هاي مربوط به انتشار گازهاي گلخانه اي و دي اکسيد سولفور در نظر گرفته شود (کارلسون و همکاران4، 1992).
در شکل (1-1) تغييرات افزايشي گاز دي اکسيد کربن در بين سالهاي 1958 تا 2005 ميلادي را نشان مي دهد. علت حرکات زيگزاگي اين نمودار، نوسانات مقدار چگالي گاز دي اکسيد کربن در فصل تابستان و همچنين زمستان مي باشد زيرا در تابستان با افزايش فتوسنتز گياهان، اين گاز از جو گرفته شده و در زمستان که فتوسنتز به حداقل مي رسد مقدار آن در جو افزايش مي يابد.

1-4- گردش عمومي جو و اقيانوس
گردش عمومي جو واژه اي است که براي توصيف الگوي جهاني بادها در سطح زمين و سطوح بالا مورد استفاده قرار مي گيرد (عزيزي، 1383). گردش عمومي جو مدتها بنام الگوي تک سلولي معروف بوده و مورد قبول دانشمندان بود تا اينکه الگوي سه سلولي چرخش هوا جايگزين آن گرديد. به موجب اين تفسير هواي گرم و مرطوب استوا به سمت بالا و بطرف قطب حرکت کرده و در مسير خود با انجام ريزش هاي جوي زياد بتدريج خشک و سنگين و سرد مي شود بطوريکه در حوالي مدارات 30 درجه سقوط مي کند. بخشي از هواي نزول يافته به سمت استوا بر مي گردد که بدين ترتيب سلول اول تشکيل مي شود. بخش ديگر هوا به در سطح زمين بطرف قطب جريان مي يابد تا سر انجام بتدريج دوباره گرم و مرطوب شده و در نواحي حوالي مدار 60 درجه به اندازه کافي سبک شده و دوباره به بالا صعود مي کند و راه خود را بطرف قطب مي پيمايد و بخشي از آن نيز در قسمت بالاي جو بطرف استوا بر مي گردد و يک سلول چرخشي ديگر را بين مدار 30 تا 60 درجه بوجود مي آورد. بدين ترتيب در هر نيمکره سه سلول چرخشي، يکي بين مدار 0 تا 30 درجه، ديگري بين مدار 30 تا 60 درجه و سومي بين مدار 60 درجه تا نواحي قطبي بوجود مي آيد. در اينجا مي توان گفت که مناطقي که در حوالي مدار 30 درجه قرار دارند به دليل پايين افتادن هواي خشک فاقد بارندگي هستند زيرا هوايي که به اين مناطق مي رسد قبلا در طي مسير خود از استوا رطوبت خود را از دست داده و سرد و خشک شده اند. ايران و از جمله بسياري کشورهاي کويري دنيا در همين کمربند خشکي قرار دارند.
علاوه بر بادهاي کلي که در سطح دنيا وجود دارد وضعيت اقليمي بسياري از مناطق تحت تاثير بادهاي موضعي است که گرچه عامل اصلي آن نيز تفاوت دما و فشار است اما اين تفاوت در مقياس کوچک بوده و بهمين دليل فقط در بعضي نقاط خاص مانند نواحي ساحلي و کوهستاني مي توان آنها را مشاهده کرد (عليزاده، 1382).
گردش عمومي اقيانوسها، مانند گردش عمومي جو باعث توزيع مجدد انرژي از استوا به سمت قطبين مي شود. گرچه شباهتهايي بين گردش اقيانوسي و جوي وجود دارد اما اختلافهايي نيز بين آنها به چشم مي خورد. اقيانوسها به سرعت جو به انرژي تابشي رسيده پاسخ نمي دهند بلکه در سطوح فوقاني، زمان اين پاسخ به چند هفته و در سطوح عمقي زمان آن به قرن ها يا ميليون ها سال مي رسد (عزيزي، 1383).
تکوين تدريجي حرکت هاي جوي- اقيانوسي از آشفتگي هاي کوچک و بزرگ به حالت اوليه هريک از اين اجزاء بستگي دارد. همچنين وجود تعامل دو جانبه از جنبه هاي قابل تامل در روابط مزبور است. بطوريکه اين تعامل پيچيده امکان برآورد سطح تعادلي نوين براي شرايط مختلف را مشکل مي سازد. و از آنجا که رژيم چرخشي آن تابع تغيير پذيري فصلي، سالانه و تغييرات بلند مدت تر است، حاوي الگوهاي زماني نيز مي باشد. لذا چرخه آب با سرعت کمتر از چرخه جو ذخيره و انتقال مقادير زيادي انرژي را بر عهده مي گيرد (IPCC, 2001).

1-4-1- برهمکنش هاي جوي- اقيانوسي
از آنجا که بخش عمده اي از سطح زمين را اقيانوسها اشغال کرده اند، سهم آنها از ارتباط سطح زمين با جو نيز زياد است. بدين معني که تغيير در يکي منجر به تغيير در ديگري مي شود. مثال بارز اين ارتباط گردش سطوح فوقاني آب اقيانوسها بوسيله بادهاي سطحي مي باشد. همچنين اقيانوسها گازهايي مانند دي اکسيد کربن و گازهاي مهم ديگر و هواويزه ها را با جو مبادله مي کنند. حرکات عمودي و افقي اقيانوس و جو کنترل کننده مقدار انرژي در همه مکانهاي کره زمين است (عزيزي، 1383).

1-5- خشکي ها
خشکي ها کم و بيش 30 درصد رويه زمين را مي پوشانند که بخشي از آن را پوشش يخي و بخش ديگر را بيشتر، گياهان به خود اختصاص داده اند. بنابراين در رويه زمين پوشش گياهي با ويژگي هايي مانند سپيدايي و جابجايي گرماي نهان که با توجه به نوع پوشش گياهي مي توانند نوسان کنند، تعيين کننده موازنه انرژي است. همچنين خشکي ها در جريان گازهاي گلخانه اي همانند کربن دي اکسيد و متان و همچنين بر مقدار ريزگردهاي موجود در جو نشان پر رنگ مي گذارند. ميليونها ويروس، باکتري، گرده گياه و انواع گوناگوني از ميکرو ارگانيسم ها بوسيله بادها در جو جابجا مي شوند.

آنها مي توانند تابش خورشيد را در جو پراکنده کرده و در مقدار انرژي کره زمين تاثير بگذارند. لايه مرزي مرزي جو که پايين ترين بخش آن است بطور مستقيم با سطح پوشش گياهي بر همکنش دارد (دريک5، 2000).
گياهان از طريق پس مانده برگ ها و سيستم ريشه بر ساختار خاک نيز اثر مي گذارند که اين امر از طريق قطع بارش و ناهموار کردن خاک و مسير زهکشي آب انجام مي شود. تخريب سطح زمين خصوصا جنگل زدايي گسترده سبب ناپايداري حاصل از تغييرات زهکشي مي شود. زيست کره نه تنها يکي از نتايج اقليم است بلکه مي تواند بخوبي نقش يک تعديل کننده را انجام دهد که اين نقش را در طي چرخه دي اکسيد کربن مي توان مشاهده نمود. براي مثال درختان جوان دي اکسيد کربن بيشتري از درختان بالغ جذب مي کنند، بنابراين تغييرات سطح زمين، چه طبيعي و چه انساني مي تواند اقليم را تغيير دهد (عزيزي، 1383).

1-6- شواهد محيطي تحولات اقليمي
طي دگرگوني هاي گذشته اقليم، دوره هاي گرم جاي خود را به دوره هاي سرد داده اند و دوره هاي گرم و مرطوب پيوسته با دوره هاي سرد و خشک در تناوب بوده اند (کاوياني و عليجاني، 1380). دگرگوني از ويژگي هاي پايدار و هميشگي اقليم است که در بازه هاي زماني مختلفي به وقوع مي پيوندد. شواهد محيطي به سه طبقه شواهد زيست شناسي، چينه شناسي و ريخت شناسي تقسيم بندي مي شوند که در ادامه اندکي توضيح داده خواهد شد.
1-6-1- شواهد زيست شناسي
جانداران به دليل قدرت سازش قابل توجهي که باشرايط محيطي و اقليمي دارند از شواهد اقليمي عمده محسوب مي شوند. گياهان بر اساس ارتباط نيازهاي فيزيولوژيکي خود با رژيم هاي اقليمي که در آن تکوين و تکامل مي يابند طرح خاصي از اقليم را نشان مي دهند. با شناسايي ويژگي هاي گياهي يک ناحيه مي توان اقليم گذشته آن ناحيه را تخمين زد (کورل و اندرسون6، 1990). تاثير دما علاوه بر گياهان باعث ايجاد تنوع در بين گونه هاي مختلف جانوري مي گردد. پرندگان، پستانداران، ماهي ها، دوزيستان، حشرات و خزندگان بر حسب قدمت خود در يک محدوده جغرافيايي قادر به ارائه ويژگي هاي اقليمي محدوده مزبور هستند (عساکره، 1386).

1-6-2- شواهد چينه شناسي
قديمي ترين ذرات معدني شناخته شده از سطح قاره ها حدود 2/4 ميليارد سال و قديمي ترين سنگهاي آذرين 9/3 ميليارد سال و کهن ترين رسوبات دگرگون شده 8/3 ميليارد سال عمر دارند. مطالعه کاني هاي تشکيل دهنده گل رس اطلاعات تازه اي در مورد شرايط اقليمي تشکيل آنها را در اختيار دانشمندان قرار مي دهد. با توجه به رابطه سرعت باد و بافت دانه هاي انباشته شده خاک مي توان نوع و شدت ميدان هاي فشار را در زمان گذشته برآورد نمود (کاوياني و عليجاني، 1380).
1-6-3- شواهد ريخت شناسي
بازشناسي و مطالعه پديده هاي ژئومورفولوژيک آن هم در يک مجموعه و محدوده اراضي مرتبط به هم نشانه هايي از تحولات گذشته اقليمي است (عساکره، 1386). تفسير بيلان بين تغييرات محلي ذوب و تراکم يخ و نيز اثرات توپوگرافي بر يخچالهاي کوهستاني شناخت در عين اهميت پيچيده مي سازد. براي مثال، هم افزايش بارش زمستانه (تراکم بيشتر) و هم دماي کم تابستانه (کاهش ذوب) موجب موازنه مثبت يخچالها خواهد شد. بدين ترتيب عامل دما در تغيير حجم يخهاي کوهستاني موثر بوده و در واقع تغيير در حجم يخها شاهدي بر تغيير اقليم آن ناحيه خواهد بود (IPCC, 2001).

1-7- تغيير اقليم در مجامع جهاني
تمايل به موضوع تغيير اقليم در طول قرن گذشته با روند گرم شدن هوا که از اواخر قرن نوزدهم شروع شد و تا زمان فعلي ادامه دارد, آشکار گرديد. هر چند نخستين بار در سال 1911 روند گرم شدن هوا در مباحث انجمن هواشناسي سلطنتي تشخيص داده شده بود, بحث و استدلال در مورد روند گرمايشي تا اواخر دهه چهل و اوايل دهه پنجاه ادامه يافت. سپس نگراني ها متوجه روند سرد شدن دهه شصت گرديد (عزيزي، 1383). به علت تاثيرات جهاني تغيير اقليم در اوايل دهه 1970 يک کميته علمي به منظور بررسي نظريه تغيير اقليم در سازمان جهاني هواشناسي7 تشکيل شد. اولين کنفرانس جهاني تغيير اقليم نيز در سال 1979 برگزار گرديد که در واقع برنامه جهاني اقليم را تشکيل داد. هدف از اين برنامه فهم عميق اقليم، تغيير اقليم و تاثير آن بر فعاليت هاي گوناگون بشري و زيست محيطي است.
برنامه جهاني اقليم بر شش راستاي تحقيقاتي متمرکز گرديد:
انرژي جهاني و چرخه آب
اقيانوسهاي مناطق حاره اي و جو جهاني
گردش هاي جهاني اقيانوسها که تغييرات آرام سيستم اقليمي به موجب بر همکنش اقيانوس و جو را نشان مي دهد
مطالعه سيستم اقليم قطبي
فرايندهاي استراتوسفري و نقش آن در تغيير اقليم
برنامه مدل سازي عددي اقليمي
دومين همايش جهاني اقليم در سال 1990 در ژنو برگزار شد. کميته اي مرکب از بيش از 2000 دانشمند علوم زمين از کشورهاي مختلف جهان، مقالات و مطالعات انجام شده در ارتباط با تغيير اقليم را بررسي کردند و نتايج آن بصورت اولين گزارش هيئت بين الدول تغييرات اقليمي8 در سال 1990 انتشار يافت. بخشهاي مهم اين نتايج که در سال هاي 1995 و 2000 مورد بررسي دقيقتر قرار گرفته و بر اساس شواهد موجود و کارهاي انجام شده به روز شدند عبارتند از:
1- گسيل جوي ناشي از فعاليت هاي بشري بطور اساسي در حال افزايش غلظت گازهاي گلخانه اي از قبيل دي اکسيد کربن، متان و اکسيد نيتروژن هستند.
2- تعدادي از گازهاي گلخانه اي بمدت طولاني در جو باقي مي مانند؛ مانند دي اکسيد کربن و اکسيد نيتروژن که مي توانند عمر چندين دهه تا چندين سده داشته باشند. از اينرو اين نوع گازها مي توانند اثر گلخانه اي جو را تا صدها سال افزايش دهند.
3- دماي ميانگين جهاني هواي سطحي از قرن 19 تا انتهاي قرن 20 بين 3/0 تا 6/0درجه سانتيگراد افزايش يافته است.
4- اثر سرمايشي ريزگردهاي سولفيت ناشي از گسيل سولفور ممکن است بخش قابل توجهي از گرمايش گلخانه اي طي چند دهه اخير را خنثي کند.
5- تمرکز دي اکسيد کربن احتمالا از ppm 280 در دوران انقلاب صنعتي به ppm 500 تا انتهاي قرن 21 خواهد رسيد.
6- افزايش سطح گازهاي گلخانه اي احتمالا منجر به افزايش دماي ميانگين جهاني هواي سطحي بين 5/4-5/1 درجه سانتيگراد تا انتهاي قرن 21 خواهد شد.
7- سطح آب درياي جهاني بين 10 تا 25 سانتيمتر در طي 100 سال گذشته افزايش يافته است که بخش عمده اي از آن مي تواند به افزايش دما مربوط باشد.
8- انتظار مي رود ميانگين سطح آب دريا تا سال 2100 بين 15 تا 95 سانتيمتر (با احتمال بيشتر 50 سانتيمتر) افزايش يابد.
9- دماهاي جهاني گرمتر منجر به چرخه قويتر آب شناختي خواهد شد که نتيجه آن وقوع سيل هاي قويتر در برخي از مناطق و خشکسالي هاي شديدتر در برخي ديگر از مناطق است.
10- عدم قطعيت هايي در پيش بيني هاي اقليمي، بويژه درباره زمان، شدت و الگوهاي منطقه اي وجود دارد.
11- عدم قطعيت هايي در زمينه شدت و الگوهاي تغيير پذيري طبيعي اقليم نيز موجود است.
دومين همايش ملي محيط زيست و توسعه نيز در ريودوژانيرو (واقع در کشور برزيل) در سال 1992 برگزار شد که موضوع آن ارتباط بوم شناسي جهاني با پيشرفت اجتماعي- اقتصادي و ديناميک محيطي بود.
مباحث اين همايش از بخش هاي زير تشکيل شده بود که به اختصار شرح داده مي شود:
1- تعيين چارچوب پيمان تغيير اقليم
2- پيمان تنوع زيستي
3- بيانيه ريو در مورد محيط زيست و توسعه
4- دستور جلسه 21
5- اصول جنگل
اصول چارچوب پيمان تغيير اقليم عبارت است از اين که تغيير اقليم مشکلي جدي و جهاني بوده و کشورهاي پيشرفته بايد بر اساس هزينه هايي که در پيمان در نظر گرفته مي شود به کشورهاي در حال توسعه کمک کنند. همچنين يکي از اهداف اصلي آن ايجاد ساختار قانوني بين المللي بود که توسط کل شرکت کننده ها پذيرفته شود. در اين کنوانسيون اشاره شد که کشورهاي صنعتي مسئول بخش عمده اي از گسيل گازهاي گلخانه اي هستند و به اين خاطر بايد هزينه هاي بيشتر را بپردازند. همچنين نتيجه گرفته شد که کشورهاي صنعتي به عنوان اولين گام، بايد گسيل گازهاي گلخانه اي را تا سال 2000 به مقدار سال 1990 کاهش دهند.
اهداف پيمان تنوع زيستي محافظت تنوع زيستي از طريق حفظ گونه ها و اکوسيستم ها و ايجاد قوانيني براي استفاده صحيح از منابع بيولوژيکي و فن آوري است. از بين رفتن گونه ها و آسيب ديدن اکوسيستم ها موضوع مورد بحث کارشناسان در اين پيمان بود. از موارد مهم بيانه ريو در مورد محيط زيست و توسعه نيز عبارت بود از:
1- توسعه پايدار به منظور کاهش ناهمخواني استانداردهاي زندگي مردم جهان ضروري است.
2- براي اجراي توسعه پايدار، دولت ها بايستي الگوهايي را که مانع پيشرفت توليد و مصرف مي شود از بين ببرند.
هدف دستور اجلاس 21 تهيه برنامه هاي بين المللي و طرح هايي براي توسعه پايدار در قرن 21 در سرتاسر جهان بود.
همايش در بخش اصول مديريتي و حفظ جنگل ها زياد موفق نبود. در سال ها 1980 تا 1990 تلاش هاي فراواني براي کاهش جنگل زدايي در مناطق گرمسيري صورت گرفت ولي در اين مدت آهنگ جنگل زدايي تا حدود 50% افزايش يافت. در بيانيه پيمان تنوع زيستي تسريع شده است که جنگلها نقش حائز اهميتي در رابطه با حفظ فرآيندهاي اکولوژيکي، تعادل محلي، منطقه اي جهاني دارند. اين مهم از طريق حفاظت اکوسيستم هاي ناپايدار، حوضه هاي آبريز، منابع آب شيرين و منابع تنوع زيستي و بيولوژيکي ميسر است.
در سالهاي اخير، همايش هاي سالانه اي براي بحث در مورد مشکلات چارچوب پيمان تغيير اقليم اختصاص داده شده است که مهمترين آنها کنفرانس کيوتو در سال 1997 بود که پروتکل کيوتو ناميده شد. بخش اصلي پروتکل شامل محدوديتهاي ويژه در گسيل گازهاي گلخانه اي توسط هر يک از کشورهاي صنعتي مي باشد. در سال 1990 کشورهاي صنعتي متعهد شدند که گسيل گازهاي گلخانه اي را کاهش دهند ولي نتايج نشان داد که بجز کشورهاي بلوک شرق، بيشتر کشورهاي صنعتي به تعهد خود عمل نکردند.
20% مردم جهان که در کشورهاي پيشرفته زندگي مي کنند، 80% آلودگي جهان را توليد مي کنند. در سالهاي گذشته پيشرفت اقتصادي براي زيست کره فاجعه آميز بوده است. به تدريج منابع آبي به علت ته نشيني گازها و هواميزهاي گسيل شده توسط فعاليت هاي صنعتي، آلوده مي شود. روزانه بيش از 100 گونه موجود زنده در جنگلهاي گرمسيري از بين مي رود. در سال 1988، مقدار کربن گسيل شده به جو در آمريکاي شمالي به ترتيب 6، 5/2 و 9 برابر مقدار آن در آفريقا، آمريکاي لاتين و آسياي جنوب شرقي بوده است.
منظور از توسعه پايدار, پيشرفتي است که نيازهاي کنوني انسان را تامين کند بدون اينکه توانايي توليدات آينده را به خطر بيندازد. مثالي از کاهش بهره وري، کاهش مقدار زمين هاي کشاورزي به ازاء هر نفر مي باشد. متوسط جهاني از مقدار 38/0 هکتار براي هر شخص در سال 1970 به مقدار 28/0 هکتار در سال 1990 کاهش يافته و با اين روند ميزان آن تا سالد 2050 به 15/0 هکتار خواهد رسيد کند (سازمان برنامه ريزي و مديريت، 1384).

1-8- مدلهاي گردش عمومي جو



قیمت: تومان


پاسخ دهید