دانشگاه شیراز
دانشکده کشاورزی
پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته هواشناسی کشاورزی
کوچک مقیاس کردن خروجی های مدل چرخش عمومی جو (GCM) جهت بررسی آثار تغییر اقلیم بر رخدادهای آتی بارش جنوب ایران
استاد راهنما:
دکتر سید محمد جعفر ناظم السادات
شهریور 89
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه 1
1-1- تعریف اقلیم 1
1-2- عناصر سامانه اقلیمی 2
1-3- اثر گلخانه ای و گرمایش جهانی 2
1-4- گردش عمومی جو و اقیانوس 4
1-4-1- برهمکنش های جوی- اقیانوسی 6
1-5- خشکی ها 6
1-6- شواهد محیطی تحولات اقلیمی 7
1-6-1- شواهد زیست شناسی 8
1-6-2- شواهد چینه شناسی 8
1-6-3- شواهد ریخت شناسی 8
1-7- تغییر اقلیم در مجامع جهانی 9
1-8- مدلهای گردش عمومی جو 14
1-8-1- کوچک مقیاس کردن 17
1-9- هدف پژوهش 19
فصل دوم: مروری بر پژوهشهای گذشته 20
عنوان صفحه
2-1- مطالعه تغییرات اقلیم به کمک مدلهای GCM 20
2-2- کوچک مقیاس کردن 23
2-3- نتیجه گیری از پژوهش های گذشته 26
فصل سوم: داده ها و روش های محاسباتی 27
3-1- داده ها 27
3-1-1- داده های بارندگی ماهانه ایستگاه های زمینی 27
3-1-2- داده های خروجی مدل GCM 28
3-1-2-1- مدل ECHAM5 29
3-1-2-1-1- سناریوی 20C3M 29
3-1-2-1-2- سناریوی 1PTO2X 30
3-2- روش های محاسباتی 30
3-2-1- کوچک مقیاس نمودن آماری 30
3-2-1-1- روش نسبت 31
3-2-1-2- روش تبدیل تابع گاما 32
3-2-1-2-1- تصحیح اریب 32
3-2-1-2-2- رگرسیون چندگانه 34
3-2-1-3- روش همسو سازی توابع توزیع احتمال 35
3-2-1-3-1- رگرسیون چند جمله ای 40
3-2-2- آزمون فرض 36
عنوان صفحه
3-2-2-1- بررسی معنی داری گره ها 36
3-3- برنامه نویسی به کمک نرم افزار S-PLUS2000 37
فصل چهارم: نتایج 38
4-1- روش نسبت 38
4-2- روش تبدیل تابع گاما 39
4-2-1- بررسی معنی داری گره ها 39
4-2-2- روابط رگرسیونی کوچک مقیاس کننده 47
4-2-3- بررسی کارایی روش تبدیل گاما 64
4-3- روش همسو سازی توابع توزیع احتمال 69
4-3-1- بررسی کارایی روش همسوسازی توابع توزیع احتمال 71
4-3-2- روابط رگرسیونی 74
4-3-3- پیش بینی روند بارش در سالهای 2040-2011 79
فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات 87
منابع 92
پیوست 98
فهرست شکل ها
عنوان و شماره صفحه
شکل (1-1): تغییرات افزایشی گاز دی اکسید کربن در سالهای 1958
تا 2005، ایستگاه مونالو، هاوایی 4
شکل (1-2): شمای کلی شبکه بندی سه بعدی مدلهای GCM 15
شکل (3-1): جایگاه قرار گیری 8 ایستگاه اهواز، ایرانشهر، آبادان،
بندرعباس، بوشهر، شیراز، فسا و یاسوج در بین شبکه بندی مدل
ECHAM5 با ابعاد 8/1Í8/1 30
شکل (4-1): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه اهواز در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 20C3M 48
شکل (4-2): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه ایرانشهر در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 20C3M 49
شکل (4-3): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه آبادان در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 20C3M 50
شکل (4-4): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه بندرعباس در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 20C3M 51
شکل (4-5): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه بوشهر در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 20C3M 52
شکل (4-6): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه شیراز در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 20C3M 53
عنوان و شماره صفحه
شکل (4-7): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه فسا در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 20C3M 54
شکل (4-8): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه یاسوج در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 20C3M 55
شکل (4-9): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه اهواز در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 1PTO2X 56
شکل (4-10): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه ایرانشهر در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 1PTO2X 57
شکل (4-11): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه آبادان در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 1PTO2X 58
شکل (4-12): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه بندرعباس در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 1PTO2X 59
شکل (4-13): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه بوشهر در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 1PTO2X 60
شکل (4-14): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه شیراز در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 1PTO2X 61
شکل (4-15): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه فسا در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 1PTO2X 62
عنوان و شماره صفحه
شکل (4-16): نمودار بارندگی دیده بانی شده ایستگاه یاسوج در مقابل
بارندگی تصحیح شده مدل برای 6 ماهه دوم سال در سناریوی 1PTO2X 63
شکل (4-17): توابع توزیع احتمال بارندگی دیده بانی شده، مدل ECHAM5
و کوچک مقیاس شده دسامبر برای ایستگاه های اهواز، ایرانشهر،
آبادان، بندرعباس، بوشهر، شیراز، فسا و یاسوج 70
شکل (4-18): نمودار بارش دیده بانی شده ایستگاه اهواز در دوره
گذشته و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل در دو سناریوی
20C3M و 1PTO2X برای دوره زمانی 2040-2011 83
شکل (4-19): نمودار بارش دیده بانی شده ایستگاه ایرانشهر در دوره
گذشته و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل در دو سناریوی
20C3M و 1PTO2X برای دوره زمانی 2040-2011 83
شکل (4-20): نمودار بارش دیده بانی شده ایستگاه آبادان در دوره
گذشته و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل در دو سناریوی
20C3M و 1PTO2X برای دوره زمانی 2040-2011 84
شکل (4-21): نمودار بارش دیده بانی شده ایستگاه بندرعباس در دوره
گذشته و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل در دو سناریوی
20C3M و 1PTO2X برای دوره زمانی 2040-2011 84
عنوان و شماره صفحه
شکل (4-22): نمودار بارش دیده بانی شده ایستگاه بوشهر در دوره
گذشته و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل در دو سناریوی
20C3M و 1PTO2X برای دوره زمانی 2040-2011 85
شکل (4-23): نمودار بارش دیده بانی شده ایستگاه شیراز در دوره
گذشته و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل در دو سناریوی
20C3M و 1PTO2X برای دوره زمانی 2040-2011 85
شکل (4-24): نمودار بارش دیده بانی شده ایستگاه فسا در دوره
گذشته و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل در دو سناریوی
20C3M و 1PTO2X برای دوره زمانی 2040-2011 86
شکل (4-25): نمودار بارش دیده بانی شده ایستگاه یاسوج در دوره
گذشته و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل در دو سناریوی
20C3M و 1PTO2X برای دوره زمانی 2040-2011 86
فهرست جدول ها
عنوان و شماره صفحه
جدول (3-1): مشخصات جغرافیایی و دوره زمانی ایستگاه های
سینوپتیک مورد بررسی 28
جدول (4-1): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
اهواز در سناریوی 20C3M 40
جدول (4-2): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
ایرانشهر در سناریوی 20C3M 41
جدول (4-3): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
آبادان در سناریوی 20C3M 41
جدول (4-4): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
بندرعباس در سناریوی 20C3M 41
جدول (4-5): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
بوشهر در سناریوی 20C3M 42
جدول (4-6): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
شیراز در سناریوی 20C3M 42
جدول (4-7): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
فسا در سناریوی 20C3M 42
جدول (4-8): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
یاسوج در سناریوی 20C3M 43
عنوان و شماره صفحه
جدول (4-9): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
اهواز در سناریوی 1PTO2X 43
جدول (4-10): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
ایرانشهر در سناریوی 1PTO2X 43
جدول (4-11): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
آبادان در سناریوی 1PTO2X 44
جدول (4-12): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
بندرعباس در سناریوی 1PTO2X 44
جدول (4-13): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
بوشهر در سناریوی 1PTO2X 44
جدول (4-14): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
شیراز در سناریوی 1PTO2X 45
جدول (4-15): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
فسا در سناریوی 1PTO2X 45
جدول (4-16): مقادیر p-value و R2 بین چهار گره پیرامون ایستگاه
یاسوج در سناریوی 1PTO2X 45
جدول (4-17): طول و عرض جغرافیایی گره های قابل قبول
مدل ECHAM5 پیرامون هر ایستگاه 46
عنوان و شماره صفحه
جدول (4-18): مقایسه میانگین (mean) و انحراف معیار (std) داده های
بارش دیده بانی شده، مدل در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X و
مقادیر کوچک مقیاس شده ایستگاه اهواز در دوره گذشته 65
جدول (4-19): مقایسه میانگین (mean) و انحراف معیار (std) داده های
بارش دیده بانی شده، مدل در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X و
مقادیر کوچک مقیاس شده ایستگاه ایرانشهر در دوره گذشته 65
جدول (4-20): مقایسه میانگین (mean) و انحراف معیار (std) داده های
بارش دیده بانی شده، مدل در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X و
مقادیر کوچک مقیاس شده ایستگاه آبادان در دوره گذشته 66
جدول (4-21): مقایسه میانگین (mean) و انحراف معیار (std) داده های
بارش دیده بانی شده، مدل در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X و
مقادیر کوچک مقیاس شده ایستگاه بندرعباس در دوره گذشته 66
جدول (4-22): مقایسه میانگین (mean) و انحراف معیار (std) داده های
بارش دیده بانی شده، مدل در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X و
مقادیر کوچک مقیاس شده ایستگاه بوشهر در دوره گذشته 67
جدول (4-23): مقایسه میانگین (mean) و انحراف معیار (std) داده های
بارش دیده بانی شده، مدل در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X و
مقادیر کوچک مقیاس شده ایستگاه شیراز در دوره گذشته 67
عنوان و شماره صفحه
جدول (4-24): مقایسه میانگین (mean) و انحراف معیار (std) داده های
بارش دیده بانی شده، مدل در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X و
مقادیر کوچک مقیاس شده ایستگاه فسا در دوره گذشته 68
جدول (4-25): مقایسه میانگین (mean) و انحراف معیار (std) داده های
بارش دیده بانی شده، مدل در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X و
مقادیر کوچک مقیاس شده ایستگاه یاسوج در دوره گذشته 68
جدول (4-26): مقایسه همبستگی و RMSE داده های بارش دیده بانی
و مدل قبل و بعد از کوچک مقیاس شدن در دو سناریوی 20C3M و
1PTO2X در ایستگاه اهواز 72
جدول (4-27): مقایسه همبستگی و RMSE داده های بارش دیده بانی
و مدل قبل و بعد از کوچک مقیاس شدن در دو سناریوی 20C3M و
1PTO2X در ایستگاه ایرانشهر 72
جدول (4-28): مقایسه همبستگی و RMSE داده های بارش دیده بانی
و مدل قبل و بعد از کوچک مقیاس شدن در دو سناریوی 20C3M و
1PTO2X در ایستگاه آبادان 72
جدول (4-29): مقایسه همبستگی و RMSE داده های بارش دیده بانی
و مدل قبل و بعد از کوچک مقیاس شدن در دو سناریوی 20C3M و
1PTO2X در ایستگاه بندرعباس 73
عنوان و شماره صفحه
جدول (4-30): مقایسه همبستگی و RMSE داده های بارش دیده بانی
و مدل قبل و بعد از کوچک مقیاس شدن در دو سناریوی 20C3M و
1PTO2X در ایستگاه بوشهر 73
جدول (4-31): مقایسه همبستگی و RMSE داده های بارش دیده بانی
و مدل قبل و بعد از کوچک مقیاس شدن در دو سناریوی 20C3M و
1PTO2X در ایستگاه شیراز 73
جدول (4-32): مقایسه همبستگی و RMSE داده های بارش دیده بانی
و مدل قبل و بعد از کوچک مقیاس شدن در دو سناریوی 20C3M و
1PTO2X در ایستگاه فسا 74
جدول (4-33): مقایسه همبستگی و RMSE داده های بارش دیده بانی
و مدل قبل و بعد از کوچک مقیاس شدن در دو سناریوی 20C3M و
1PTO2X در ایستگاه یاسوج 74
جدول (4-34): روابط رگرسیونی برای پیش بینی بارش دو فصل
پاییز و زمستان در ایستگاه اهواز 75
جدول (4-35): روابط رگرسیونی برای پیش بینی بارش دو فصل
پاییز و زمستان در ایستگاه ایرانشهر 75
جدول (4-36): روابط رگرسیونی برای پیش بینی بارش دو فصل
پاییز و زمستان در ایستگاه آبادان 76
عنوان و شماره صفحه
جدول (4-37): روابط رگرسیونی برای پیش بینی بارش دو فصل
پاییز و زمستان در ایستگاه بندرعباس 76
جدول (4-38): روابط رگرسیونی برای پیش بینی بارش دو فصل
پاییز و زمستان در ایستگاه بوشهر 77
جدول (4-39): روابط رگرسیونی برای پیش بینی بارش دو فصل
پاییز و زمستان در ایستگاه شیراز 77
جدول (4-40): روابط رگرسیونی برای پیش بینی بارش دو فصل
پاییز و زمستان در ایستگاه فسا 78
جدول (4-41): روابط رگرسیونی برای پیش بینی بارش دو فصل
پاییز و زمستان در ایستگاه یاسوج 78
جدول (4-42): میانگین ماهانه مقادیر بارش دیده بانی شده و
پیش بینی شده در دوره 2040-2011 برای ایستگاه اهواز 79
جدول (4-43): میانگین ماهانه مقادیر بارش دیده بانی شده و
پیش بینی شده در دوره 2040-2011 برای ایستگاه ایرانشهر 80
جدول (4-44): میانگین ماهانه مقادیر بارش دیده بانی شده و
پیش بینی شده در دوره 2040-2011 برای ایستگاه آبادان 80
جدول (4-45): میانگین ماهانه مقادیر بارش دیده بانی شده و
پیش بینی شده در دوره 2040-2011 برای ایستگاه بندرعباس 80
عنوان و شماره صفحه
جدول (4-46): میانگین ماهانه مقادیر بارش دیده بانی شده و
پیش بینی شده در دوره 2040-2011 برای ایستگاه بوشهر 81
جدول (4-47): میانگین ماهانه مقادیر بارش دیده بانی شده و
پیش بینی شده در دوره 2040-2011 برای ایستگاه شیراز 81
جدول (4-48): میانگین ماهانه مقادیر بارش دیده بانی شده و
پیش بینی شده در دوره 2040-2011 برای ایستگاه فسا 81
جدول (4-49): میانگین ماهانه مقادیر بارش دیده بانی شده و
پیش بینی شده در دوره 2040-2011 برای ایستگاه یاسوج 82
چکیده
افزایش چگالی گازهای گلخانه ای و گسترش صنایع جا پای پر رنگی در دگرگونی اقلیمی دارد. از جمله روش های برآورد اندازه دگرگونی های اقلیمی، به کارگیری مدلهای گردش عمومی جو (GCM) می باشد. از آنجا که خروجی این مدلها نشانگر چگونگی اقلیم در یک پهنه گسترده جغرافیایی است، نیاز به کوچک مقیاس کردن آنها برای بکارگیری در گستره های محلی و حوزه های آبخیز می باشد. از جمله روش های کوچک مقیاس کردن خروجی های این مدلها، کاربرد روش های آماری می باشد که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است. در اینجا ابتدا سه روش کوچک مقیاس کردن آماری برای داده های همانند سازی شده بارش در 8 ایستگاه جنوبی کشور بیان گردید و بهترین روش انتخاب شد. سپس داده های بارش مدل گردش عمومی جو ECHAM5 در دو سناریوی 20C3M و 1PTO2X برای دوره گذشته کوچک مقیاس شدند. با بکار گیری روابط بدست آمده داده های آینده نیز کوچک مقیاس شدند و آوردها نشان داد که چنانچه تغییرات این گازها در جو همانند قرن بیستم در سناریوی نخست باشد باعث کاهش میزان بارش و تشدید خشکسالی در مناطق جنوب ایران در 6ماهه دوم سال گردیده و در صورتیکه تغییرات این گازها همانند سناریوی دوم تا 2 برابر شدن غلظت در جو پیش رود باعث افزایش احتمال بارش و رخداد ترسالی در دو فصل پاییز و زمستان خواهد شد.
مقدمه
1-1- تعریف اقلیم
اقلیم[1] یا آب و هوا که از واژه یونانی کلیما گرفته شده، مجموعه ای از شرایط جوی است که کیفیت وضع آب و هوا و تغییرات دراز مدت آن در یک پهنه معین را مشخص می سازد (ناظم السادات، 1389). به دیگر سخن، اقلیم یک پهنه، میانگین شرایط جوی بلند مدت آن پهنه است و با الگوهای روزانه هوا تفاوت اساسی دارد (عساکره، 1386). اقلیم شناسی با بهره گرفتن از نتایج داده های هواشناسی، شرایط محیط جغرافیایی و زیستی را مورد مطالعه قرار می دهد. به بیانی دیگر اقلیم شناسی هوای یک ناحیه خاص را در طی فواصل به خصوصی از زمان که معمولا تا چند دهه را در برمی گیرد بررسی می کند (سازمان برنامه ریزی و مدیریت، 1384).
اقلیم هر پهنه ناشی از تقابل همزمان پدیده های هواشناسی مانند دما و بارش بوده و تعیین کننده شرایط زیست بوم, هیدرولوژیکی و کشاورزی آن می باشد (علیزاده،1382).
بر همکنش های فیزیکی، شیمیایی و حیاتی در اجزاء سامانه اقلیم در مقیاس زمان و مکان باعث پیچیدگی آن می گردد. به عنوان مثال به علت وابستگی و ارتباط نزدیک جو و اقیانوس، طی فرایندهای چرخه ای، ماده و انرژی بین آنها جابجا می شود. به طور روشن می توان به نشان پر رنگ بارش بر شوری، توزیع آن، چرخه جریانات دریایی و تبادل گازها مانند کربن دی اکسید اشاره کرد. هر گونه روندی که مانع این فرایندها گردد اثرات مهمی را بجا می گذارد که از دیدگاه اقلیم شناسی قابل بررسی می باشد. به عنوان مثال یخ های دریایی از تبادل ماده و انرژی بین جو و اقیانوس جلوگیری نموده، غلظت کربن دی اکسید و به دنبال آن بیوسفر (از طریق فتوسنتز و تنفس) و نیز از طریق تاثیر بر تزریق رطوبت به جو، بیلان تابش و … را متاثر می سازد. بدین دلیل هر گونه تغییر طبیعی یا انسانی در محتویات جو قادر است موجب تغییر در سامانه اقلیمی شود (عساکره، 1386).
مجموعه پدیده های جوی، چه از نظر هواشناسی و چه از نظر اقلیم شناسی، سامانه پیچیده ای دارد که شرایط اقلیمی منطقه ای را مشخص می کند.
1-2- عناصر سامانه اقلیمی
عناصر سامانه اقلیمی عبارتند از جو زمین (هواکره)، هیدروسفر (آب کره)، لیتوسفر (سنگ کره)، بیوسفر (زیست کره) و کریوسفر (یخ کره). سامانه اقلیم در گیر تبادل انرژی و رطوبتی است که بین پنج لایه یا کره نامبرده رخ می دهد (عزیزی، 1383). این عناصر مقیاس زمانی متفاوتی دارند، در حالیکه جو زمین به سرعت به تغییرات اقلیمی پاسخ می دهد، بر همکنش اقیانوس به آرامی صورت می گیرد (سازمان برنامه ریزی و مدیریت، 1384).
تعداد صفحه : 126
قیمت :14700 تومان
