کاربرد روش پس‌پردازش مقیاس‌دهی خطی برای تصحیح اریبی برونداد مدل‌های اقلیمی CMIP6

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه کشاورزی و علوم طبیعی ساری، ساری، ایران.

2 استاد، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه کشاورزی و علوم طبیعی ساری، ساری، ایران.

3 استاد، گروه آب و اقلیم‌شناسی، دانشکده اگرواکولوژی، دانشگاه آرهوس، ویبورگ، دانمارک.

چکیده

گرمایش سامانه‌ی اقلیمی الگوهای بارش و دما را تغییر می‌دهد. در این مطالعه روش پس‌پردازش مقیاس‌بندی خطی برای تصحیح اریبی برونداد هشت مدل اقلیمی (GCM) از مجموعه‌ی مدل‌های فاز ششم پروژه‌ی مقایسه‌ی مدل جفت شده (CMIP6) به کار رفت. همچنین عملکرد این مدل‌ها برای شبیه‌سازی دما و بارش در دشت همدان-بهار در دوره‌ی تاریخی 1990 تا 2014 ارزیابی شد. براساس نتایج حاصل، سه مدل CMCC-ESM2، MIROC 6 و NorESM2-MM که دارای کمترین مقدار میانگین مربع خطای ریشه و بیشترین مقادیر کارایی نش-ساتکلیف و ضریب همبستگی بودند انتخاب و از میانگین برونداد آن‌ها برای پیش‌نگری فراسنجه‌های بارش و دمای کمینه و بیشنه برای سه دوره‌ی 25 ساله در آینده تحت سه سناریوی خوش‌بینانه (SSP1-2.6)، میانه (SSP2-4.5) و بدبینانه (SSP5-8.5) استفاده شد. براساس یافته‌ها روش مقیاس‌بندی خطی عملکرد مناسبی را برای ریزمقیاس‌نمایی مدل‌های گزارش ششم دارا می‌باشد. همچنین با توجه به پیش‌نگری‌های اقلیمی، در همه‌ی دوره‌های زمانی عمدتاً بارش در فصل‌های تابستان و پائیز کاهش و در فصل بهار افزایش می‌یابد. بیشترین مقدار متوسط کاهش بارش در هر سه دوره در تابستان تحت سناریوی SSP5-8.5 و به مقدار 61 درصد رخ داد. همچنین دمای کمینه و بیشینه در هر سه دوره و تحت هر سه سناریو، افزایش خواهد یافت. بیشترین افزایش دما مربوط به فصل زمستان و ماه‌های ژانویه و فوریه می‌باشد. پیش‌نگری فراسنجه‌های اقلیمی با استفاده از مدل‌های برگزیده در این مطالعه می‌تواند مبنایی برای برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب و توسعه‌ی اقدامات لازم برای سازگاری با تغییر اقلیم در منطقه‌ی همدان-بهار باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of Linear Scaling Post-Processing Method for Bias Correction of Climate Models Retrieved from CMIP6

نویسندگان [English]

  • Farnaz Ershadfath 1
  • Mahmoud Raeini Sarjaz 2
  • Ali Shahnazari 2
  • Jorgen Eivind Olesen 3
1 M.Sc. Graduated of Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Sari University of Agriculture and Natural Sciences, Sari, Iran.
2 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Sari University of Agriculture and Natural Sciences, Sari, Iran
3 Professor, Department of Climate and Water, Faculty of Agroecology, Aarhus University, Viborg, Denmark
چکیده [English]

Global warming changes precipitation and temperature patterns. In this study, the linear scaling post-processing method was used to correct the biases of seven climate models (GCMs) under the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6). Also, the performance of these models was evaluated for simulating temperature and precipitation in the Hamedan-Bahar plain in the baseline period of 1990 to 2014. Three performance indicators (mean square root error, Nash-Sutcliffe, coefficient of correlation) were used to quantify the models᾽ reproducibility to climatic parameters for the historical period (1990–2014). Based on the results, CMCC-ESM2, MIROC 6, and NorESM2-MM models were selected and their ensemble were used to project temperature and precipitation in near (2026–2050), mid (2051-2075) and far futures (2076-2100) under three socioeconomic shared pathway (SSP) 1–2.6, 2–4.5 and 5–8.5. Based on the obtained results, in all three periods, the average precipitation decrease in summer is higher than the other seasons, and the highest amount of decrease will occur in the mid future period under the SSP5-8.5 scenario (67%). Moreover, the minimum and maximum temperatures increased in all three future periods and under all three scenarios. The highest increase of temperature occurred in January and February. Predicting climate parameters using selected models in this study can be a basis for planning and managing water resources and developing the necessary measures to climate change adaptation in Hamadan-Bahar region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Climate Change
  • Linear Scaling
  • SSP Scenarios
  • CMIP6
Almazroui M, Saeed F, Saeed S, Nazrul Islam M, Ismail M, Ama N, Klutse B, Siddiqui M (2020) Projected change in temperature and precipitation over Africa from CMIP6. Earth Systems and Environment 4:455–475
Chen R, Li H, Wang X, Gou X, Yang M, Wan G (2022) Surface air temperature changes over the Tibetan Plateau: Historical evaluation and future projection based on CMIP6 models. Geoscience Frontiers 13(6):101452
Eyring V, Cox P M, Flato G M (2019) Taking climate model evaluation to the next level. Nature Climate Change 9(2):102–110
Fan X W, Miao C Y, Duan Q Y, Shen C W, Wu Y (2020) The performance of CMIP6 versus CMIP5 in simulating temperature extremes over the global land surface. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 125(18):033031
Fang G H, Yang J, Chen Y N, Zammit C (2015) Comparing bias correction methods in downscaling meteorological variables for a hydrologic impact study in an arid area in China. Hydrology and Earth System Sciences 19:2547–2559
Gou J J, Miao C Y, Samaniego L, Xiao M, Wu J W, Guo X Y (2021) A high-quality natural runoff dataset for hydrological and climate studies in China. Bulletin of the American Meteorological Society 102(5):929–947
Iran Meteorological Organization (IRIMO) (2019) http://www.irimo.ir/
Jahanbakhsh A, Khorshiddoost M A, Aali Nezhad M H (2021) Investigation of temperature and precipitation changes in Seymareh basin using CIMIP5 climatic models. Journal of Spatial Analysis of Environmental Hazards 8(3):17-32 (In Persian)
Kamworapan S, Bich Thao P T, Gheewala S H, Pimonsree S, Prueksakorn K (2021) Evaluation of CMIP6 GCMs for simulations of temperature over Thailand and nearby areas in the early 21st century. Heliyon 7(11):e08263
Kolachian R, Saghafian B, Moazami S (2019) Evaluation of post-processing and bias correction of monthly precipitation and temperature forecasts in Karun Basin. Iran-Water Resources Research 16(4):98-111 (In Persian)
Liu X, Liu Y, Liu Z, Chen Z (2021) Impacts of climatic warming on cropping system borders of China and potential adaptation strategies for regional agriculture development. Science of the Total Environment 755:142415
Moezzi F, Yavari G R, Mousavi S H, Bagheri M (2020) Assessing the effects of climate change on agriculture in the Hamadan-Bahar plain with emphasis on water productivity and food security. Journal of Economics and Agricultural Development 34(3):323-305 (In Persian)
O’Neill B C, Kriegler E, Ebi K L (2017) The roads ahead: Narratives for shared socioeconomic pathways describing world futures in the 21st century. Global Environmental Change 42:169–180
Räty O, Räisänen J, Ylhäisi J S (2014) Evaluation of delta change and bias correction methods for future daily precipitation: Intermodel cross-validation using ENSEMBLES simulations. Climate Dynamics 42(9-10):2287-2303
Roshani A, Hamidi M (2020) Forecasting the effects of climate change scenarios on temperature & precipitation based on CMIP6 models (Case study: Sari station). Water and Irrigation Management 11(4):781-795 (In Persian)
Salami H, Masah Bavani A, Naseri H R (2015) Probabilistic prediction of the effects of climate change on the alluvial aquifer of Hamadan-Bahar plain. Water and Irrigation Management 5(1):27-41 (In Persian)
Sarabi M, Dastarani M T, Zarrin A (2020) Investigating the impact of future climate change on temperature and precipitation (Case study: Mashhad Torgh Dam watershed). Journal of Meteorology and Atmosphere 3(1):83-63 (In Persian)
Shrestha S, Shrestha M, Babel M S (2016) Modelling the potential impacts of climate change on hydrology and water resources in the Indrawati River Basin, Nepal. Environmental Earth Science 75:280
Su B, Huang J, Gemmer M, Jian D, Tao H, Jiang T, Zhao C (2016) Statistical downscaling of CMIP5 multi-model ensemble for projected changes of climate in the Indus River Basin. Atmospheric Research 178:138–149
Taylor K E, Stouffer R J, Meehl G A (2012) An overview of CMIP5 and the experiment design. Bulletin of the American Meteorological Society 93(4):485–498
Yao T, Xue Y, Chen D (2019) Recent third pole’s rapid warming accompanies cryospheric melt and water cycle intensification and interactions between monsoon and environment: Multidisciplinary approach with observations, modeling, and analysis. Bulletin of the American Meteorological Society 100(3):423–444
Zarrin A, Dadashi Roudbari A (2020) Projection the long-term outlook iran future temperature based on the output of the coupled model intercomparison project phase 6 (CMIP6). Journal of the Earth and Space Physics 46(3):586-602 (In Persian)
Zarrin A, Salehabadi N (2020) Drought projection in Tehran based on CMIP6 models. The Sixth International Regional Conference on Climate Change. Tehran, Iran. (In Persian)
Zhao L, Xu J, Powell A M, Jr Jiang Z (2015) Uncertainties of the global-to-regional temperature and precipitation simulations in CMIP5 models for past and future 100 years. Theoretical and Applied Climatology 122:259–270
Zheng H Y, Miao C Y, Jiao J Y, Borthwick, A G (2021) Complex relationships between water discharge and sediment concentration across the Loess Plateau China. Journal of Hydrology 596:126078