عنوان پایان‌نامه
توسعه یک مدل ترازمندی آب - انرژی در چارچوب شاخص شدت خشکسالی پالمر
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی - هواشناسی کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7519;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7519
- تاریخ دفاع
- ۲۲ شهریور ۱۳۹۶
- دانشجو
- سمیه حجابی
- استاد راهنما
- پرویز ایران نژاد, جواد بذرافشان
- چکیده
- در این مطالعه، با هدف بهبود برآورد مؤلفه های ترازمندی آّب مورد نیاز برای محاسبه شاخص شدت خشکسالی پالمر (PDSI)، تاثیر حاصل از جایگزین کردن طرحواره برهمکنش جو- سطح خشکی (ALSIS) به جای مدل ترازمندی آب پالمر در حوضه آبریز کرخه مورد بررسی قرار گرفت. از داده های شبکه بندی شده پایگاه داده های بازتحلیل سامانه پیش بینی اقلیم برای دوره 2011-1982 به عنوان داده های واداشت جوی استفاده شده و پیاده سازی اثرات ناهمگنی در مقیاس زیر-یاخته ای مبتنی بر تقسیم یاخته های شبکه به موزائیک های خاک-پوشش گیاهی است. برای صحت سنجی طرحواره از مشاهدات جریان رودخانه و دمای اعماق مختلف خاک استفاده شد. برای مدلسازی جریان پایه از مدل آبشار مخازن خطی و برای روندیابی رواناب از یک مدل روندیابی جریان در پیوند با طرحواره سطح خشکی استفاده شد. مقایسه جریان شبیه-سازی شده و مشاهده شده در شش ایستگاه هیدرومتری در سطح حوضه کرخه حاکی از توانایی خوب طرحواره در شبیه-سازی جریان ماهانه رودخانه است. به علاوه، مدل توانایی خوبی در شبیه سازی رژیم ماهانه مؤلفه های ترازمندی آب، توزیع مکانی میانگین بلندمدت مؤلفه ها و رابطه بین آنها دارد. مؤلفه های هیدرولوژیکی حاصل از اجرای طرحواره سطح خشکی برای محاسبه PDSI مبتنی بر طرحواره ALSIS (AL-PDSI) استفاده شد و با PDSI مبتنی بر نسخه اصلی مدل ترازمندی آب پالمر و الگوریتم شاخص شدت خشکسالی خود واسنج پالمر (SC-PDSI) مقایسه شدند. دو شاخص از نظر شناسایی رخداد خشکسالی ها و ترسالی ها رفتار مشابهی را نشان می دهند و علی رغم تفاوت کم سری های زمانی، AL-PDSI نوسانات زمانی بیشتری را به ویژه در مقادیر حدی نشان می دهد. در تمام زیرحوضه¬ها شیب خط برازش یافته بر نقاط پراکنش شدت در برابر تداوم خشکسالی برای AL-PDSI بیشتر از SC-PDSI است که حاکی از گزارش وقوع خشکسالی های شدیدتر به ازای تداوم معین توسط شاخص AL-PDSI در مقایسه با SC-PDSI است. تقریباً در همه زیرحوضه ها، درصد فراوانی طبقات خشکسالی خفیف، متوسط و شدید بدست آمده برای شاخص AL-PDSI بیشتر از SC-PDSI است. به دلیل لحاظ کردن تاثیرات تغییرات فصلی پوشش گیاهی روی ترازمندی آب، تغییرات فصلی قابل ملاحظه-ای در درصد فراوانی نسبی رخداد خشکسالی مبتنی بر شاخص AL-PDSI در مقایسه با SC-PDSI مشاهده می شود؛ حساس ترین دوره پوشش گیاهی به کمبود آب در حوضه کرخه ماه های ژوئن-ژوئیه (به دلیل بیشترین ضریب همبستگی PDSI و NDVI در این ماه ها) است. شاخص خشکسالی PDSI نمایش مناسبی از تغییرات زمانی رطوبت خاک سالانه را فراهم ساخته و شاخص SC-PDSI با اختلاف کمی از AL-PDSI همبستگی بیشتری با تغییرات رطوبت خاک نشان می-دهد. توزیع مکانی میانگین تفاضل AL-PDSI برای فرم اولیه و فرم dT?0 کاهش بیشتر شاخص AL-PDSI را در مقایسه با SC-PDSI در بیشتر یاخته ها نقاط نشان می دهد. لذا تحلیل ریسک خشکسالی مبتنی بر AL-PDSI و SC-PDSI برای سناریوهای تغییر اقلیم می تواند به نتایج کاملاً متفاوتی منجر شود.
- Abstract
- In this study, with the aim of improving the simulation of the water balance components for calculating the Palmer Drought Severity Index (PDSI), the effect of replacing the Palmer water balance model with Atmosphere-Land Surface Interaction Scheme (ALSIS) in Karkheh river basin is evaluated. The gridded data from Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) dataset for the period 1982-2011 are used as atmospheric forcing data and the inclusion of heterogeneity in sub-grid scale is represented by soil-vegetation mosaics. The observed streamflow and temperature of the different soil layers were used for the calibration of the scheme. By linking to the land surface scheme, the cascade of linear reservoirs model was used for groundwater modelling and runoff was routed with a routing model. The comparison of simulated and observed streamflow in six hydrometric stations over Karkheh basin reveals the model capability in simulating the monthly streamflow. Moreover, the model has a good capability in simulating the monthly regime of water balance components, spatial distribution of long-term average of components and their relationship. The hydrologic components from land surface scheme are used for the calculation of ALSIS-based PDSI (AL-PDSI) and were compared with the self-calibrating version of PDSI (SC-PDSI). Two indices are similar in terms of detecting the drought and wet spells and despite little differences of time series, AL-PDSI shows more variation especially in extreme values. For all the sub basins, the slope of fitted line on drought severity-duration scatter plot, is more for AL-PDSI in comparison with SC-PDSI. Almost in all the sub basins, the relative frequency of mild, moderate and severe drought classes for AL-PDSI is more than SC-PDSI. Because of considering the effects of seasonal variations of vegetation on water balance, significant seasonal variations in the relative frequency of drought occurrence are observed based on AL-PDSI in comparison with SC-PDSI. The most sensitive period to water shortage for vegetation is June-July (because of the highest correlation coefficient between PDSI and NDVI in these months) in Karkheh basin. The PDSI can show the temporal variation of annual soil moisture appropriately and with a little difference with AL-PDSI, the SC-PDSI has more correlation with soil moisture. Spatial distribution of average difference between AL-PDSI and dT?0 form shows more decreasing of AL-PDSI in comparison with SC-PDSI for most of grid cells. Thus, analysis of drought risk based on AL-PDSI and SC-PDSI for climate change scenarios can lead to completely different results.
