برآورد تبخیر- تعرق مرجع با استفاده از پیش نگری های پروژه CORDEX و بررسی سهم متغیرهای هواشناسی در تغییرات آن (مطالعه موردی: حوضه دریاچه ارومیه)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

تبخیر- تعرق مرجع (ETo) یکی از مهم ترین عوامل مؤثر در چرخه هیدرولوژیکی بوده و به عنوان سنجه ای از تقاضای تبخیر جو، در محاسبه بسیاری از شاخص های خشکسالی و خشکی و مطالعات مربوط به پیش نگری اثرات تغییر اقلیم استفاده شده است. بررسی اثر تغییر اقلیم بر ETo برای مدیریت و برنامه ریزی بلندمدت منابع آب ضروری است. در این مطالعه، از پیش نگری های ریزمقیاس نمایی شده دو مدل اقلیمی EC-EARTH و GFDL-ESM2M (مبتنی بر سناریوی RCP8.5) تحت پروژه CORDEX استفاده شد و میزان ETo در حوضه دریاچه ارومیه برای دوره تاریخی (2005-1976) و دوره آینده (2100-2006) با استفاده از روش تعدیل یافته پنمن- مانتیث فائو و با شمول اثرات افزایش غلظت گاز CO2 جو بر میزان مقاومت روزنه ای گیاهان، برآورد شد. نتایج بررسی تغییرات ETo در سه دوره آینده نزدیک (2011-2040)، آینده میانی (2070-2041) و آینده دور (2100-2071) نسبت به دوره تاریخی حاکی از روند افزایشی ETo سالانه به ویژه در آینده دور بود. تحلیل سهم متغیرهای هواشناسی در تغییرات ETo سالانه نشان داد متغیرهای دمای بیشینه (با میانگین سهم % 91.54)، دمای کمینه (با میانگین سهم % 37.68) و غلظت گاز CO2 جو (با میانگین سهم % 41.40) بیشترین سهم را در تغییرات ETo خواهند داشت. با این وجود، به دلیل روند افزایشی توسعه کشاورزی، اثرات آبیاری بر اقلیم و عدم شمول اثرات آبیاری در مدل های اقلیمی، پیش نگری تغییرات ETo بر مبنای مدل های اقلیمی با عدم قطعیت هایی همراه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of the Reference Evapotranspiration Using the Projections of CORDEX Project and Investigation of the Meteorological Variables Contribution in its Changes (Case Study: Lake Urmia Basin)

نویسنده [English]

  • Somayeh Hejabi
Assistant professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

The reference evapotranspiration (ETo) is one of the most important effective factors in hydrological cycle and has been used in the calculation of many drought and aridity indices and the studies related to the projection of climate change impacts. The investigation of climate change impact on ETo is necessary for longterm scheduling and management of water resources. In this study, the downscaled projections of two climatic models of EC-EARTH and GFDL-ESM2M (based on RCP8.5 scenario) under CORDEX project were used and using the modified method of FAO Penman-Monteith and by considering the effects of the atmospheric CO2 concentration on plants stomatal resistance, the ETo was estimated for the historical period (1976-2005) and future period (2006-2100) in lake Urmia basin. The results of investigation of ETo changes in three near-future (2011-2040), mid-future (2041-2070) and far-future (2071-2100) periods in comparison to the historical period revealed an increasing trend of ETo especially for far-future. The contribution analysis of the meteorological variables in ETo changes showed that the maximum temperature (with the average contribution of 91.54 %), the minimum temperature (with the average contribution of 37.68 %) and the atmospheric CO2 concentration (with the average contribution of 41.40 %) will have the most contribution in ETo changes. However, because of increasing trend of the agricultural development, the effects of irrigation on the climate and ignoring the irrigation effects in climatic models, projection of ETo changes based on climatic models may be along with some uncertainties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • climate change
  • Contribution Analysis
  • RCP8.5 scenario
  • Reference Evapotranspiration
باب الحکمی، ع.، غلامی سفید کوهی، م. ع.، عمادی، ع. (1399) اثر تغییر اقلیم بر تبخیر-تعرق مرجع در استان مازندران، تحقیقات آب و خاک ایران، 51 (2): 401-388
بهمنش، ج.، آزاد طلاتپه، ن.، منتصری، م.، رضایی، ح.، خلیلی، ک (1394) اﺛﺮ ﺗﻐﻴﻴﺮ اﻗﻠﻴﻢ بر ﺗﺒﺨﻴﺮ- ﺗﻌﺮق ﻣﺮﺟﻊ، ﻛﻤﺒﻮد ﺑﺎرﻧﺪﮔﻲ و ﻛﻤﺒﻮد ﻓﺸﺎر ﺑﺨﺎر ﻫﻮا در اروﻣﻴﻪ، نشریه دانش آب و خاک، 25 (2): 91-79
حیدری تاشه کبود، ش.، خوشخو، ی. (1398) تصویرسازی و پیش­بینی تغییرات آتی تبخیر و تعرق مرجع در مقیاس­های فصلی و سالانه در غرب ایران بر اساس سناریوهای انتشار RCP، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 53: 176-157
غلام­پور شمامی، ی.، مجنون حسینی، ن.، بذرافشان، ج.، شریف زاده، ف.، کانونی، ه. (1398) ارزیابی بارش و تبخیر-تعرق پتانسیل گیاه مرجع در شرایط اقلیم فعلی و تغییر اقلیم آینده تحت پروژه CORDEX در نواحی عمده تولید محصولات دیم استان کردستان، مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 50 (10): 2594-2583
کلانکی، م.، کاراندیش، ف. (1394) پیش­بینی اثرات بلندمدت تغییر اقلیم بر مولفه های اقلیمی در منطقه مرطوب، مهندسی آبیاری و آب ایران، 20(2): 148-131
گودرزی، م.، صلاحی، ب.، حسینی، س.، ا. (1397) برآورد میزان تبخیر و تعرق در ارتباط با تغییرات اقلیمی در حوزه ی آبخیز دریاچه ارومیه، علوم و مهندسی آبخیزداری کشور، 41: 12-1
ناصری، ا.، عباسی، ف.، اکبری، م. (1396) برآورد آب مصرفی در بخش کشاورزی به روش بیلان آب. مجله تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی، جلد 18 (68): 32-17
Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., Smith, M., 1998. Crop Evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. Fao, Rome, 300(9): D05109.
da Costa Santos, L., José, J. V., Bender, F. D., Alves, D. S., Nitsche, P. R., dos Reis, E. F., Coelho, R. D. (2020) Climate change in the Paraná state, Brazil: responses to increasing atmospheric CO2 in reference evapotranspiration. Theoretical and Applied Climatology, 140: 55–68.
Dai, A. (2013) Increasing drought under global warming in observations and models. Nature climate change, 3(1): 52-58.
Decker, M., Ma, S., Pitman, A. (2017) Local land–atmosphere feedbacks limit irrigation demand. Environmental Research Letters, 12(5), 054003.
Dinpashoh, Y., Jhajharia, D., Fakheri-Fard, A., Singh, V. P., Kahya, E. (2011) Trends in reference crop evapotranspiration over Iran. Journal of Hydrology, 399(3-4): 422-433.
Dong, Q., Wang, W., Shao, Q., Xing, W., Ding, Y., Fu, J. (2020) The response of reference evapotranspiration to climate change in Xinjiang, China: Historical changes, driving forces, and future projections. International Journal of Climatology, 40(1): 235-254.
Fan, J., Wu, L., Zhang, F., Xiang, Y. Zheng, J. (2016) Climate change effects on reference crop evapotranspiration across different climatic zones of China during 1956–2015. Journal of Hydrology, 542: 923–937.
Giorgi, F., Jones, C., Asrar, G. R. (2009) Addressing climate information needs at the regional level: the CORDEX framework. World Meteorological Organization (WMO) Bulletin, 58(3): 175.
Goyal, R. K. (2004) Sensitivity of evapotranspiration to global warming: a case study of arid zone of Rajasthan (India). Agricultural water management, 69(1): 1-11.
Han, S., Tang, Q., Zhang, X., Xu, D., Kou, L. (2016) Surface wind observations affected by agricultural development over Northwest China. Environmental Research Letters, 11(5): 054014.
Huang, X., Ullrich, P. A. (2016) Irrigation impacts on California's climate with the variable‐resolution CESM. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 8(3): 1151-1163.
Huo, Z., Dai, X., Feng, S., Kang, S., Huang, G. (2013) Effect of climate change on reference evapotranspiration and aridity index in arid region of China. Journal of Hydrology, 492: 24-34.
IPCC. (2013) Climate change 2013: The Physical Science Basis. In: Stocker, T.F., Qin, D., Plattner, G.-K., Tignor, M.M.B., Allen, S. K., Boschung, J., Nauels, A., Xia, Y., Bex, V. and Midgley, P.M. (Eds.) Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge U.K.: Cambridge University Press.
IPCC. (2007) Climate Change 2007: The Physical Science Basis. In: Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K.B., Tignor, M., Miller, H.L. (Eds.) Contribution of Working Group I to the 4th Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge, U.K.: Cambridge University Press.
Islam, A., Ahuja, L. R., Garcia, L. A., Ma, L., Saseendran, A. S. (2012) Modeling the effect of elevated CO2 and climate change on reference evapotranspiration in the semi-arid Central Great Plains. Transactions of the ASABE, 55(6): 2135-2146.
Jian, D., Ma, Z., Chen, L., Duan, J., Mitchell, D., Zheng, Z., Lv, M., Zhang, H. (2020) Effects of 1.5° C and 2° C of Warming on Regional Reference Evapotranspiration and Drying: A Case Study of the Yellow River Basin, China. International Journal of Climatology. https://doi.org/10.1002/joc.6667
Karandish, F., Mousavi, S. S. (2018) Climate change uncertainty and risk assessment in Iran during twenty-first century: evapotranspiration and green water deficit analysis. Theoretical and applied climatology, 131(1-2): 777-791.
Li, Z., Zheng, F. L., Liu, W. Z. (2012) Spatiotemporal characteristics of reference evapotranspiration during 1961–2009 and its projected changes during 2011–2099 on the Loess Plateau of China. Agricultural and Forest Meteorology, 154: 147-155.
Lin, L., Gettelman, A., Feng, S., Fu, Q. (2015) Simulated climatology and evolution of aridity in the 21st century. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 120(12): 5795-5815.
Liu, W., Sun, F. (2017) Projecting and attributing future changes of evaporative demand over China in CMIP5 climate models. Journal of Hydrometeorology, 18(4): 977-991.
Lotfi, M., Kamali, G. A., Meshkatee, A. H., Varshavian, V. (2020) Study on the impact of climate change on evapotranspiration in west of Iran. Arabian Journal of Geosciences, 13(15): 1-11.
Mbaye, M. L., Sylla, M. B., Tall, M. (2019) Impacts of 1.5 and 2.0° C Global Warming on Water Balance Components over Senegal in West Africa. Atmosphere, 10(11): 712.
McVicar, T. R., Roderick, M. L., Donohue, R. J., Van Niel, T. G. (2012) Less bluster ahead? Ecohydrological implications of global trends of terrestrial near‐surface wind speeds. Ecohydrology, 5(4): 381-388.
Milly, P. C., Dunne, K. A. (2016) Potential evapotranspiration and continental drying. Nature Climate Change, 6(10): 946-949.
Monteith, J.L. (1965) Evaporation and environment. In Symposia of the society for experimental biology (Vol. 19, pp. 205-234). Cambridge University Press (CUP) Cambridge.
Naumann, G., Alfieri, L., Wyser, K., Mentaschi, L., Betts, R. A., Carrao, H., Spinoni, J., Vogt, J.,  Feyen, L. (2018) Global changes in drought conditions under different levels of warming. Geophysical Research Letters, 45(7): 3285-3296.
Nouri, M., Bannayan, M. (2019) Spatiotemporal changes in aridity index and reference evapotranspiration over semi-arid and humid regions of Iran: trend, cause, and sensitivity analyses. Theoretical and Applied Climatology, 136(3-4): 1073-1084.
Nouri, M., Homaee, M., Bannayan, M. (2018) Spatiotemporal reference evapotranspiration changes in humid and semi-arid regions of Iran: past trends and future projections. Theoretical and Applied Climatology, 133(1-2): 361-375.
Nouri, M., Homaee, M., Bannayan, M. (2017) Quantitative trend, sensitivity and contribution analyses of reference evapotranspiration in some arid environments under climate change. Water Resources Management, 31(7): 2207-2224.
Obada, E., Alamou, E. A., Chabi, A., Zandagba, J., Afouda, A. (2017) Trends and changes in recent and future Penman-Monteith potential evapotranspiration in Benin (West Africa). Hydrology, 4(3): 38.
Paredes, P., Martins, D. S., Pereira, L. S., Cadima, J., Pires, C. (2018). Accuracy of daily estimation of grass reference evapotranspiration using ERA-Interim reanalysis products with assessment of alternative bias correction schemes. Agricultural Water Management, 210: 340-353.
Rahman, M. A., Yunsheng, L., Sultana, N., Ongoma, V. (2019) Analysis of reference evapotranspiration (ET0) trends under climate change in Bangladesh using observed and CMIP5 data sets. Meteorology and Atmospheric Physics, 131(3): 639-655.
Roderick, M. L., Greve, P., Farquhar, G. D. (2015) On the assessment of aridity with changes in atmospheric CO2. Water Resources Research, 51(7): 5450-5463.
Roderick, M. L., Sun, F., Lim, W. H., Farquhar, G. D. (2014) A general framework for understanding the response of the water cycle to global warming over land and ocean. Hydrology and Earth System Sciences, 18(5): 1575-1589.
Scheff, J., Frierson, D. M. (2014) Scaling potential evapotranspiration with greenhouse warming. Journal of Climate, 27(4): 1539-1558.
Scheff, J., Frierson, D. M. (2015) Terrestrial aridity and its response to greenhouse warming across CMIP5 climate models. Journal of Climate, 28(14): 5583-5600.
Sherwood, S., Fu, Q. (2014) A drier future?. Science, 343(6172): 737-739.
Srivastava, P. K., Islam, T., Gupta, M., Petropoulos, G., Dai, Q. (2015) WRF dynamical downscaling and bias correction schemes for NCEP estimated hydro-meteorological variables. Water Resources Management, 29(7),:2267-2284.
Swann, A. L., Hoffman, F. M., Koven, C. D., Randerson, J. T. (2016) Plant responses to increasing CO2 reduce estimates of climate impacts on drought severity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(36): 10019-10024.
Tabari, H., Nikbakht, J., Talaee, P. H. (2012) Identification of trend in reference evapotranspiration series with serial dependence in Iran. Water Resources Management, 26(8): 2219-2232.
Terink, W., Immerzeel, W. W., Droogers, P. (2013) Climate change projections of precipitation and reference evapotranspiration for the Middle East and Northern Africa until 2050. International journal of climatology, 33(14): 3055-3072.
Wild, M., Folini, D., Henschel, F., Fischer, N., Müller, B. (2015) Projections of long-term changes in solar radiation based on CMIP5 climate models and their influence on energy yields of photovoltaic systems. Solar Energy, 116: 12-24.
Wu, H., Wang, X., Wang, Y., Xu, Y., Han, X. (2019) Temporal variations in reference evapotranspiration in Hubei Province, China, from 1960 to 2014. Theoretical and Applied Climatology, 135(1-2): 433-448.
Xu, Y. P., Pan, S., Fu, G., Tian, Y., Zhang, X. (2014) Future potential evapotranspiration changes and contribution analysis in Zhejiang Province, East China. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 119(5): 2174-2192.
Yang, Y., Roderick, M. L., Zhang, S., McVicar, T. R., Donohue, R. J. (2019) Hydrologic implications of vegetation response to elevated CO2 in climate projections. Nature Climate Change, 9(1): 44-48.
Zhang, X., Ding, N., Han, S., Tang, Q. (2020) Irrigation‐Induced Potential Evapotranspiration Decrease in the Heihe River Basin, Northwest China, as Simulated by the WRF Model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125(2): e2019JD031058.
Zhao, T., Dai, A. (2015) The magnitude and causes of global drought changes in the twenty-first century under a low–moderate emissions scenario. Journal of climate, 28(11): 4490-4512.
Zhao, J., Xia, H., Yue, Q., Wang, Z. (2020) Spatiotemporal variation in reference evapotranspiration and its contributing climatic factors in China under future scenarios. International Journal of Climatology. https://doi.org/10.1002/joc.6429