پیشنگری و تحلیل تغییرات امواج گرمایی خاورمیانه بر پایه شبیهسازیهای چندمدلی CMIP6 در دوره 2026-2055 | ||
| پژوهشهای دانش زمین | ||
| دوره 17، شماره 1 - شماره پیاپی 66، 1405، صفحه 135-154 اصل مقاله (2.01 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/esrj.2026.107031 | ||
| نویسندگان | ||
| فایزه نوری1؛ ابراهیم فتاحی2؛ عباس رنجبر سعادت آبادی* 3 | ||
| 1پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران | ||
| 2گروه پژوهشی هواشناسی ترابری پژوهشکده هواشناسی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران، ایران | ||
| 3گروه پیشآگاهی مخاطرات جوی، پژوهشکده هواشناسی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه افزایش غلظت گازهای گلخانهای در دهههای اخیر با تشدید گرمایش جهانی به افزایش فراوانی، شدت و تداوم رخدادهای حدی جوی، بهویژه امواج گرما، انجامیده است. افزایش میانگین دما و جابهجایی توزیع دما به سوی مقادیر بالاتر باعث شده است که در فصل گرم، عبور از آستانههای حرارتی زودتر رخ دهد و مدت زمان آن طولانیتر شود. در نتیجه، دورههای گرمای شدید نه تنها بیشتر رخ میدهند، بلکه طولانیتر شده و با دماهای اوج بالاتری همراه هستند و فشار بیشتری بر سلامت انسان و زیرساختها وارد میکنند. خاورمیانه به دلیل غالببودن اقلیمهای خشک و نیمهخشک، محدودیت منابع آب و حساسیت بالای سامانههای طبیعی، از آسیبپذیرترین مناطق در برابر تنش حرارتی به شمار میرود. همزمان، رشد جمعیت، شهرنشینی سریع و گسترش جزیره گرمایی شهری میتواند اثرات موجهای گرما را در بسیاری از شهرهای منطقه تشدید کند. از اینرو پایش و پیشنگری تغییرات امواج گرمایی، برای مدیریت ریسک، برنامهریزی سازگاری و کاهش پیامدهای اجتماعی - اقتصادی در خاورمیانه ضروری است. مواد و روشها در این پژوهش، خاورمیانه به عنوان منطقه مطالعه انتخاب و برای تحلیل ناهمگنیهای مکانی، بر اساس ویژگیهای جغرافیایی - اقلیمی به سه زیربخش شمالی، مرکزی و جنوبی تقسیم شد. برای بازنمایی اقلیم گذشته و شبیهسازی آینده، از دمای بیشینه روزانه ERA5 در دوره مرجع ۱۹۸۵–۲۰۱۴ و دادههای کاهشمقیاسیافته (CMIP6) NEX-GDDP با تفکیک ۲۵/۰ درجه استفاده شد. سه مدل منتخب CMIP6 برای دوره آینده ۲۰۲۶- ۲۰۵۵ تحت سناریوهای SSP126، SSP245 و SSP585 به کار گرفته شدند تا طیفی از مسیرهای انتشار پوشش داده شود. پیش از محاسبه شاخصها، دادهها از نظر کنترل کیفیت، مدیریت دادههای مفقود و یکسانسازی تقویم (حذف روز کبیسه) پیشپردازش شدند. توان مدلها در بازنمایی دوره مرجع با مقایسه خروجیها و ERA5 و محاسبه شاخصهای RMSE،Bias و ضریب همبستگی پیرسون ارزیابی شد. شدت موج گرما مطابق روش روسو و همکاران محاسبه گردید؛ بهطوریکه موج گرما رخدادی با حداقل ۳ روز متوالی دمای بیشینه بالاتر از آستانه روزانه صدک ۹۰ (بر پایه پنجره ۳۱ روزه در دوره ۱۹۸۵-۲۰۱۴) تعریف شد و شاخص شدت سالانه به صورت بیشینه شدت رخدادهای همان سال استخراج شد. نتایج و بحث نتایج این پژوهش نشان میدهد عملکرد مدلهای اقلیمی در بازتولید دمای بیشینه در خاورمیانه بهطور معناداری وابسته به فصل است. در فصل تابستان، مدلها کمترین خطای سیستماتیک و تصادفی را همزمان با بیشترین همبستگی با دادههای باز تحلیل ثبت میکنند که بیانگر توان بالای آنها در بازنمایی هم مقدار دما و هم تغییرپذیری آن در گرمترین فصل سال است. در مقابل، زمستان ضعیفترین کارایی را نشان میدهد؛ به گونهای که افزایش اریبی و خطای کلی همراه با افت همبستگی، از محدودیت مدلها در بازتولید نوسانات دمایی این فصل حکایت دارد. در بهار، عملکرد نسبت به زمستان بهبود مییابد اما همبستگی همچنان در حد متوسط باقی میماند، در حالی که پاییز با همبستگی بسیار بالا و خطای کلی نسبتاً متوسط، اتکاپذیری مناسبی برای تحلیلهای دمایی ارائه میدهد. این الگو بهطور کلی تأیید میکند که قابلیت اعتماد به خروجی مدلها برای کاربردهای مرتبط با دما در تابستان و پاییز بیشتر است و برای زمستان، به کارگیری تصحیح اریبی و کالیبراسیون فصلی اهمیت بالاتری دارد. ارزیابی فضایی سالانه نیز نشان میدهد مدلها در بخش وسیعی از خاورمیانه عملکرد قابل قبول و نسبتاً پایدار دارند و خطاها عمدتاً در نواحی با توپوگرافی پیچیده و مناطق گذار خشکی - دریا افزایش مییابد؛ موضوعی که از نظر فیزیکی قابل انتظار است، زیرا شبیهسازی فرایندهای محلی و برهمکنشهای سطح - جو در چنین پهنههایی حساستر و وابستهتر به کیفیت پارامترسازیهاست. الگوی اریبی، گرچه در سطح منطقهای نسبتاً منسجم است، اما ماهیتی قابل اصلاح دارد؛ بهطوری که در برخی بخشهای شبهجزیره عربستان گرایش به کمبرآوردی و در قسمتهایی از شمالغرب گرایش به بیشبرآوردی مشاهده میشود. در مجموع، این یافتهها نشان میدهد که مدلهای منتخب ظرفیت کافی برای تحلیلهای منطقهای و بررسی تغییرات آینده را دارند، هرچند توجه به سوگیریهای مکانی و فصلی برای تفسیر نتایج ضروری است. در بخش برونیابی آینده، الگوی کلی نشاندهنده افزایش چشمگیر تنش حرارتی تابستانه در دوره آینده نسبت به دوره مرجع است. فراوانی موجهای گرمایی و همچنین تعداد روزهای بسیار گرم در بخش عمدهای از منطقه افزایش مییابد و مناطق داخلی و بیابانی بهویژه در شبهجزیره عربستان، عراق و بخشهای گستردهای از ایران بیشترین تشدید را تجربه میکنند. این نتیجه مهم را برجسته میکند که حتی در مسیرهای انتشار خوشبینانه نیز، افزایش موجهای گرما در تابستان تا حد زیادی اجتنابناپذیر است و میتواند پیامدهای جدی برای سلامت، انرژی و منابع آب به همراه داشته باشد. در مسیر انتشار میانی، افزایش فراوانی و گستره مکانی رخدادهای موج گرما در بسیاری از عرضهای میانی و شمالی پایدارتر میشود و تفاوتهای مکانی به صورت واضحتر نمایان میگردد؛ به این معنا که پاسخ منطقهای به گرمایش آینده یکنواخت نیست و شرایط اقلیمی محلی و موقعیت جغرافیایی نقش تعیینکننده دارند. یکی از یافتههای کلیدی، مشاهده رفتار غیرخطی شاخصهای موج گرما تحت سناریوی انتشار بالا است. در حالی که انتظار میرود با افزایش گرمایش، فراوانی موجهای گرما نیز بهطور یکنواخت افزایش یابد، نتایج نشان میدهد در برخی نواحی و در سالهای پایانی دوره آینده، فراوانی میتواند نسبت به مسیر انتشار میانی کاهش نسبی نشان دهد، در حالی که سطح کلی تنش حرارتی همچنان بالاتر از دوره مرجع باقی میماند. این الگو به این تفسیر منتهی میشود که در شرایط گرمایش شدید، سازوکار تغییر ممکن است از «افزایش تعداد رخدادها» به سمت ادغام رخدادها و طولانیتر شدن موجهای گرما تغییر کند. به بیان دیگر، در سناریوی شدیدتر، بهجای افزایش تعداد موجها، موجهای گرمایی پایدارتر و چند هفتهای محتملتر میشوند و همین امر میتواند باعث کاهش شمار رخدادها در کنار افزایش مدت و شدت آنها شود. تحلیلهای زمانی - مکانی نیز نشان میدهد تغییرات موجهای گرما هم از نظر عرضی و هم از نظر طولی، وابسته به زمان و سناریو است و یک گرادیان ثابت و یکنواخت در کل منطقه شکل نمیگیرد. در مسیر خوشبینانه، نوسانات بینسالی و افزایشهای مقطعی دیده میشود اما روند افزایشی یکدست و پایدار در تمام پهنهها غالب نیست. در مسیر میانی، افزایشها منسجمتر و پایدارتر میشود و بخشهای بزرگتری از منطقه بهویژه در عرضهای میانی و شمالی برای دورههای طولانیتری در سطح بالای فراوانی موج گرما قرار میگیرند. در مسیر شدید، الگو ناپایدارتر و غیرخطیتر است؛ بهطوری که دورههایی از افزایش شدید با دورههایی از افت نسبی یا نوسانات بزرگ همراه میشود و کانونهای تنش حرارتی میتوانند در طولهای مختلف و در زمانهای متفاوت فعال شوند. این رفتار، اهمیت توجه به تغییرپذیری بینسالی و نقش فرایندهای ناحیهای را در تحلیل ریسک موج گرما برجسته میکند. در مقیاس دههای، شاخص شدت موج گرما بهطور کلی در همه سناریوها روند افزایشی دارد، اما شکاف سناریویی از دهههای میانی به بعد آشکارتر میشود. در برخی موارد، مسیر انتشار میانی میتواند افزایش چشمگیرتری در میانه و دامنه توزیع شدت نشان دهد و مسیر انتشار بالا رفتار غیرخطی بروز دهد؛ با این حال، شاخص مدت موج گرما در مسیر انتشار بالا بیشترین تشدید را تجربه میکند و در دهههای پایانی میتواند به افزایشهای شتابدار منجر شود. این نتیجه از منظر مدیریت ریسک بسیار تعیینکننده است، زیرا موجهای گرمای طولانی، حتی اگر تعداد رخدادهایشان کمتر باشد، میتوانند فشار تجمعی بیشتری بر سلامت عمومی، بهرهوری نیروی کار، تقاضای برق و پایداری منابع آب ایجاد کنند. در تفکیک ناحیهای، تفاوتهای شمال، مرکز و جنوب آشکار است. مناطق شمالی و مرکزی از نظر شدت افزایش حساستر به گرمایش آینده هستند و در مسیرهای انتشار بالاتر، رشد شدت در آنها برجستهتر میشود. در مقابل، ناحیه جنوبی اگرچه از نظر مطلق گرمتر است، اما افزایش نسبی شدت در آن کمتر مشاهده میشود که میتواند ناشی از نزدیک بودن شرایط فعلی به آستانههای بالای دمایی و محدودیتهای فیزیکی-آماری در رشد نسبی شاخصها باشد. از نظر مدت یا تعداد روزهای موج گرما، افزایشها در هر سه ناحیه قابل توجه است، اما ناحیه مرکزی بیشترین جهش را نشان میدهد؛ بهگونهای که در مسیر انتشار بالا، موجهای گرما میتوانند از رخدادهای چندروزه به پدیدههای چند هفتهای تبدیل شوند. همگرایی سناریوها در ابتدای دوره و واگرایی آنها در نیمه دوم دوره نیز بیانگر آن است که اثر انتخاب مسیر انتشار با گذر زمان برجستهتر میشود و تصمیمات کاهش انتشار و سازگاری میتواند نقش تعیینکنندهای در مهار ریسکهای آتی داشته باشد. در مجموع، یافتهها نشان میدهد خاورمیانه در دوره ۲۰۲۶ تا ۲۰۵۵ با افزایش معنادار تنش حرارتی تابستانه مواجه خواهد شد؛ افزایشهایی که صرفاً به بیشتر شدن تعداد رخدادها محدود نمیشود، بلکه در سناریوهای گرمتر میتواند به تغییر ماهیت موجهای گرما به رخدادهای طولانیتر و شدیدتر منجر شود. از این رو، برنامهریزی سازگاری باید همزمان بر سه مؤلفه «فراوانی، مدت و شدت» تمرکز کند و به تفاوتهای مکانی بین زیربخشها توجه ویژه داشته باشد. همچنین با توجه به عملکرد ضعیفتر مدلها در زمستان و حساسیت نواحی پیچیده توپوگرافی و مرزهای خشکی - دریا، استفاده از راهبردهای تصحیح اریبی فصلی و ارزیابی عدم قطعیت باید به عنوان جزء جداییناپذیر تحلیلها و کاربردهای سیاستی در نظر گرفته شود. نتیجهگیری این پژوهش نشان داد عملکرد مدلهای CMIP6 در برآورد دما فصلی است؛ تابستان و پاییز قابل اعتمادترند، اما زمستان بیشترین اریبی و RMSE را دارد و تصحیح اریبی/کالیبراسیون فصلی بهویژه برای زمستان ضروری است. از نظر مکانی، خطاها عمدتاً در مناطق کوهستانی و گذار خشکی - دریا متمرکز بوده و در نواحی داخلی عملکرد مدلها پایدارتر است. همچنین گرمایش آینده فقط به افزایش بیشینهها محدود نیست و افزایش دماهای کمینه (شبها) سیگنال مهمی در منطقه محسوب میشود. شاخصهای موج گرما نشان میدهد ریسک حرارتی در همه سناریوها افزایش مییابد، اما شدت و الگوی تغییرات به مکان و سناریو وابسته و گاه غیرخطی است. شدت موج گرما بیشتر در شمال و مرکز افزایش مییابد، در حالیکه تداوم/تعداد روزهای موج گرما افزایش برجستهتری دارد، به خصوص در بخش مرکزی که میتواند به دورههای چند هفتهای نزدیک شود. در مجموع، خاورمیانه با تغییر رژیم موجهای گرما (شدیدتر و ماندگارتر شدن) روبهروست؛ بنابراین سازگاری باید همزمان بر مدیریت شدت و تداوم تمرکز کند و تفاوتهای زیرناحیهای را در برنامهریزی سلامت، انرژی، آب و زیرساخت لحاظ کند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| امواج گرمایی؛ مدلهای اقلیمی CMIP6؛ سناریوهای SSP؛ ERA5-Land؛ خاورمیانه | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,509 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 328 |
||