تعیین تأثیر تغییر اقلیم بر خشک سالی آب زیرزمینی با استفاده از برونداد مدل‌های CMIP6 (مطالعۀ موردی: دشت شهرکرد)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد منابع آب، گروه مهندسی آب، دانشکده‌های ابوریحان، دانشگاه تهران

2 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکدههای ابوریحان، دانشگاه تهران

3 دانشجوی دکتری منابع آب، گروه مهندسی منابع آب، دانشکدۀ عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

4 استادیار، گروه مهندسی منابع آب، دانشکدۀ عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

چکیده

آب زیرزمینی همواره از باارزش‏ترین منابع آبی در هر منطقه به شمار می‏رود و در بسیاری از مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان نظیر کشور ایران، اصلی‏ترین منبع برای تأمین نیازهای شرب و کشاورزی محسوب می‏شود. در سالیان اخیر، با افزایش جمعیت، افزایش برداشت از آبخوان‏ها و تغییرات ‏اقلیمی، بسیاری از آبخوان‏های کشور در شرایط وخیم قرار دارند و این شرایط در بسیاری از آبخوان‏های کشور ادامه‏دار بوده یا شرایط در حال بدتر شدن است. در این پژوهش به منظور تعیین تأثیر تغییر اقلیم بر خشکسالی آب زیرزمینی آبخوان دشت شهرکرد، از برون‌داد مدل‏های CMIP6 و شاخص‏های خشکسالی SPI و GRI استفاده شده است. شبیه‏سازی‏های مدل GFDL-ESM4 نشان می‏دهد متوسط بارندگی تا سال 2050 در دشت شهرکرد، تحت سناریوی SSP1-2.6 85/4 میلی‌متر افزایش و تحت سناریوی SSP5-8.5 34/21 میلی‌متر کاهش می‏یابد. در ادامه، به منظور تعیین تأثیر تغییر اقلیم بر آبخوان دشت شهرکرد از رابطۀ رگرسیونی میان دو شاخص SPI و GRI در شش پیزومتر منتخب استفاده شده است. نتایج نشان می‏دهد خشکسالی‏هایی با شدت و مدت بیشتر در منطقه به وقوع خواهد پیوست و بیش از 60 درصد از دورۀ آیندۀ آبخوان دشت شهرکرد در شرایط خشکسالی قرار خواهد داشت و شدیدترین خشکسالی تحت سناریوی SSP1-2.6 52 ماه دوام داشته و شدت آن 32/59 خواهد بود و تحت سناریو SSP5-8.5 70 ماه دوام داشته و شدت آن 59/86 خواهد بود.

کلیدواژه‌ها


[1]. Jiménez Cisneros BE, Oki T, Arnell NW, Benito G, Cogley JG, Doll P, Jiang T, Mwakalila SS. Freshwater resources, 2022.
[2]. Dai A, Trenberth KE, Qian T. A global dataset of Palmer Drought Severity Index for 1870–2002: Relationship with soil moisture and effects of surface warming. Journal of Hydrometeorology. 2004 Dec 1;5(6):1117-30..
[3]. Sheffield J, Andreadis KM, Wood EF, Lettenmaier DP. Global and continental drought in the second half of the twentieth century: severity–area–duration analysis and temporal variability of large-scale events. Journal of Climate. 2009 Apr 15;22(8):1962-81.
[4]. Change IP. Climate Change 2007: the physical science basis. Agenda. 2007 May 31;6(07):333.
[5]. Portela MM, dos Santos JF, Silva AT, Benitez JB, Frank C, Reichert JM. Drought analysis in southern Paraguay, Brazil and northern Argentina: regionalization, occurrence rate and rainfall thresholds. Hydrology Research. 2015 Oct;46(5):792-810.
[6]. Al-Kaisi MM, Elmore RW, Guzman JG, Hanna HM, Hart CE, Helmers MJ, Hodgson EW, Lenssen AW, Mallarino AP, Robertson AE, Sawyer JE. Drought impact on crop production and the soil environment: 2012 experiences from Iowa. Journal of Soil and Water Conservation. 2013 Jan 1;68(1):19A-24A.
[7]. Zhang Z, Chen X, Xu CY, Hong Y, Hardy J, Sun Z. Examining the influence of river–lake interaction on the drought and water resources in the Poyang Lake basin. Journal of Hydrology. 2015 Mar 1;522:510-21.
[8]. Bond NR, Lake PS, Arthington AH. The impacts of drought on freshwater ecosystems: an Australian perspective. Hydrobiologia. 2008 Mar;600(1):3-16.
[9]. Ding Y, Hayes MJ, Widhalm M. Measuring economic impacts of drought: a review and discussion. Disaster Prevention and Management: An International Journal. 2011 Aug 30.
[10]. Van Dijk AI, Beck HE, Crosbie RS, de Jeu RA, Liu YY, Podger GM, Timbal B, Viney NR. The Millennium Drought in southeast Australia (2001–2009): Natural and human causes and implications for water resources, ecosystems, economy, and society. Water Resources Research. 2013 Feb;49(2):1040-57.
[11]. Trenberth KE, Dai A, Van Der Schrier G, Jones PD, Barichivich J, Briffa KR, Sheffield J. Global warming and changes in drought. Nature Climate Change. 2014 Jan;4(1):17-22.
 
[12]. Smith AB, Katz RW. US billion-dollar weather and climate disasters: data sources, trends, accuracy and biases. Natural hazards. 2013 Jun;67(2):387-410.
[13]. Eyring V, Bony S, Meehl GA, Senior CA, Stevens B, Stouffer RJ, Taylor KE. Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization. Geoscientific Model Development. 2016 May 26;9(5):1937-58.
[14]. O'Neill BC, Tebaldi C, Van Vuuren DP, Eyring V, Friedlingstein P, Hurtt G, Knutti R, Kriegler E, Lamarque JF, Lowe J, Meehl GA. The scenario model intercomparison project (ScenarioMIP) for CMIP6. Geoscientific Model Development. 2016 Sep 28;9(9):3461-82.
[15]. Khan S, Gabriel HF, Rana T. Standard precipitation index to track drought and assess impact of rainfall on watertables in irrigation areas. Irrigation and Drainage Systems. 2008 Jun;22(2):159-77.
[16]. Mendicino, G., Senatore, A., & Versace, P. (2008). A Groundwater Resource Index (GRI) for drought monitoring and forecasting in a Mediterranean climate. Journal of Hydrology357(3-4), 282-302.
[17]. Bloomfield JP, Marchant BP, McKenzie AA. Changes in groundwater drought associated with anthropogenic warming. Hydrology and Earth System Sciences. 2019 Mar 11;23(3):1393-408.
[18]. Kumar R, Musuuza JL, Van Loon AF, Teuling AJ, Barthel R, Ten Broek J, Mai J, Samaniego L, Attinger S. Multiscale evaluation of the Standardized Precipitation Index as a groundwater drought indicator. Hydrology and Earth System Sciences. 2016 Mar 15;20(3):1117-31.
[19]. Leelaruban N, Padmanabhan G, Oduor P. Examining the relationship between drought indices and groundwater levels. Water. 2017 Feb;9(2):82.
[20]. Soleimani Motlagh M, Ghasemieh H, Talebi A, Abdollahi K. Identification and analysis of drought propagation of groundwater during past and future periods. Water resources management. 2017 Jan;31(1):109-25.
[21]. Nearing MA, Polyakov VO, Nichols MH, Hernandez M, Li L, Zhao Y, Armendariz G. Slope–velocity equilibrium and evolution of surface roughness on a stony hillslope. Hydrology and Earth System Sciences. 2017 Jun 30;21(6):3221-9.
[22]. Labarrere CA, Woods JR, Hardin JW, Campana GL, Ortiz MA, Jaeger BR, Reichart B, Bonnin JM, Currin A, Cosgrove S, Pitts DE. Early prediction of cardiac allograft vasculopathy and heart transplant failure. American Journal of Transplantation. 2011 Mar;11(3):528-35.
[23]. Guo M, Yue W, Wang T, Zheng N, Wu L. Assessing the use of standardized groundwater index for quantifying groundwater drought over the conterminous US. Journal of Hydrology. 2021 Jul 1;598:126227.
[24]. Abbasinia A, Morshedi J, Zohoriyan M, Ghorbaniyan J. Analysis and Comparison of SPI and GRI Indices in Assessing Meteorological Drought and Groundwater, Case Study: Mehran Plain, Ilam Province. Physical Geography Quarterly. 2021 Mar 21;14(Physical Geography Quarterly):95-114. [Persian]
[25]. Mirakbari M, Mortezaie FG, MOHSENI SM. Investigation of the effect of meteorological drought on surface and ground water resources by Indices SPI, SPEI, SDI and GRI. [Persian]
[26]. Shaker Sureh F, Asadi E. Meteorological and hydro-logical drought communication in Salmas Plain. Desert Ecosystem Engineering Journal. 2019 Jun 10;8(22):89-100. [Persian]
[27]. Noshadi M, Ahadi A. Analyzing Piezometers’ Behavior to Determine the Lag Time of the Rainfall Effects on the Groundwater Level Fluctuations in the Alluvial Plain of Shiraz by Using SPI and GRI Indices. JWSS-Isfahan University of Technology. 2020 Feb 10;23(4):299-312. [Persian]
[28]. Seyfi M, MOHAMMAD ZH, Mosaedi A. Evaluating the impacts of drought on groundwater resources in fasa aquifer using SPI, GRI and SECI. [Persian]
[29]. McKee TB, Doesken NJ, Kleist J. The relationship of drought frequency and duration to time scales. InProceedings of the 8th Conference on Applied Climatology 1993 Jan 17 (Vol. 17, No. 22, pp. 179-183).
[30]. Hayes MJ, Svoboda MD, Wiihite DA, Vanyarkho OV. Monitoring the 1996 drought using the standardized precipitation index. Bulletin of the American meteorological society. 1999 Mar;80(3):429-38.
[31]. Guenang GM, Kamga FM. Computation of the standardized precipitation index (SPI) and its use to assess drought occurrences in Cameroon over recent decades. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 2014 Oct;53(10):2310-24.
[32]. Lloyd‐Hughes B, Saunders MA. A drought climatology for Europe. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society. 2002 Nov 15;22(13):1571-92.
[33]. Gudmundsson L, Bremnes JB, Haugen JE, Engen-Skaugen T. Downscaling RCM precipitation to the station scale using statistical transformations–a comparison of methods. Hydrology and Earth System Sciences. 2012 Sep 21;16(9):3383-90.
 
[34]. Lee D, Lee G, Kim S, Jung S. Future runoff analysis in the Mekong River Basin under a climate change scenario using deep learning. Water. 2020 Jun;12(6):1556.
[35]. Yang X, Wood EF, Sheffield J, Ren L, Zhang M, Wang Y. Bias correction of historical and future simulations of precipitation and temperature for China from CMIP5 models. Journal of Hydrometeorology. 2018 Mar;19(3):609-23.
دوره 9، شماره 2
تیر 1401
صفحه 419-436
  • تاریخ دریافت: 08 اسفند 1400
  • تاریخ بازنگری: 30 فروردین 1401
  • تاریخ پذیرش: 11 اردیبهشت 1401
  • تاریخ اولین انتشار: 01 تیر 1401
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1401