SUPERVISOR
Reza Modarres,Saeed Soltani Kopaei
رضا مدرس (استاد مشاور) سعید سلطانی کوپائی (استاد راهنما)
STUDENT
Vahed Kakapor
وحید کاکاپور
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Climate Change Impacts on Surface Runoff of Gharasoo Basin Kermanshah Province
The increasing concentration of greenhouse gases in the atmosphere due to human activities such as land use changes and fossil fuels usage leads to global warming and global energy imbalance. This increase in greenhouse gases cause a phenomenon called climate change. The aim of this study is to evaluate the effect of climate change on surface runoff is Ghara soo basin. In this study, the performance of four GCMs namely HADCM3, CGCM3T63, 5.CSIROMK3, NCARCCSM3 (from the collection of AR4 models) and NCARPCM (from the collection of ATR models) under the A2 scenario is investigated for the simulation of climate parameters such a average temperature and rainfall over Gharh soo basin using artificial neural network (ANN) as a downscaling technique. For training artificial neural network perceptron forward method was used. According to performance evaluation of these models using maximum absolute error, mean absolute error , root-mean-squared error between AR4 and ATR models, AR4 models had better performance than ATR models with less uncertainty in simulating climatic parameters (e.g. rainfall and average temperatures) in Ghara soo basin during 1996-2000. Among the five models listed for AR4 and ATR, NCARCCSM3 has the best performance in simulating temperature parameters and CSIRO MK3.5 has the best performance in simulating precipitation for Gharhsoo basin. The precipitation, maximum and minimum temperature at Ghara soo basin for A2 and B2 scenarios were downscaled from HadCM3 using SDSM model Version 4.2. SDSM calibration results in Gharahsoo basin showed that R 2 (coefficient of determination) were equal to 0.85 and 0.24 for average temperature and rainfall, respectively. These results indicate that SDSM model has adequate efficiency for downscaling temperature but not for rainfall. The 1971-1996 and 1995-2001 periods were selected as the calibration and accuracy assessment, respectively. Results of validation based on Russell Square Quality Representatives indicated that HADCM3 model has a good performance in simulation of climatic parameters in Gharahsoo. This analysis is based on projection of two different scenarios of climate change for future time horizons: (2020-2049) and (2070-2099). The result revealed that the maximum and minimum temperatures increase for two scenarios in all future time horizons. However, precipitation does not show a significant increase or in all future time horizons. For simulating runoff, IHACRES model was used. The input data to this model are temperature, precipitation and daily discharge. For calibrating rainfall-runoff process, temperature, precipitation and discharge data in daily scale entered to IHACRES model for 1971 to 1995 period. For validating IHACRES model 1996-2000 period was considered. After evaluating of the rainfall-runoff model, daily discharge was simulated for 2020-2049 and 2070-2099 periods. The results showed daily stream flow reduction for all stations Compareing observed and simulated daily discharge. Key Words : Climate Change, GCM, SDSM Model, Artificial Neural Network (ANN), HADCM3 Model, Ghara soo Basin
افزایش غلظت گازهای گلخانه ای در جو با توجه به فعالیت های انسانی مانند تغییرات کاربری و استفاده باز سوخت های فسیلی منجر به گرم شدن کره زمین و عدم تعادل انرژی جهانی شده است. این افزایش در گاز های گلخانه ای موجب بروز پدیده ای به نام تغییر اقلیم شده است. هدف از انجام این پژوهش ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر رواناب سطحی حوزه قره سومی باشد. در این تحقیق عملکرد 4 مدل GCM به نام های HADCM3، CGCM3T63، 5.CSIROMK3 ،NCARCCSM3 (از مجموعه مدل های AR4) و NCARPCM (از مجموعه مدل های ATR) تحت سناریوی A2 در شبیه سازی پارامترهای اقلیمی دمای میانگین و بارش حوزه قره سو با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی (ANN) مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای آموزش شبکه عصبی مصنوعی از مدل پرسپترون forward استفاده شد. مطابق با ارزیابی عملکرد مدل ها با استفاده از ضرایب حداکثر خطای مطلق ، میانگین قدر مطلق خطا ، جذر میانگین مربعات و ضریب تبیین، در بین دو مجموعه مدل AR4 و ATR، به طور میانگین مدل های AR4 عملکرد بهتری نسبت به مدل های ATR دارند و این مدل ها عدم قطعیت کمتری در شبیه سازی پارامترهای اقلیمی دمای میانگین و بارش برای حوزه قره سو در دوره 2000-1996 دارند. در بین دو مجموعه مدل AR4 و ATR، به طور میانگین مدل های AR4 عملکرد بهتری نسبت به مدل های ATR دارند و این مدل ها عدم قطعیت کمتری در شبیه سازی پارامترهای اقلیمی دمای میانگین و بارش برای حوزه قره سو در دوره 2000-1996 دارند. در بین 5 مدل ذکر شده از دو مجموعه مدل، مدل NCARCCSM3 بهترین عملکرد را در شبیه سازی پارامتر اقلیمی دما و مدل CSIROMK3.5 بهترین عمکرد را در شبیه سازی بارش حوزه قره سو داشته است. بارش و دمای حداقل و حداکثر در حوزه ی آبخیز قره سو تحت دو سناریوی A2 و B2 برای مدل HadCM3 ریز مقیاس سازی شد. برای ریز مقیاس سازی از مدل SDSM4.2 استفاده شد. کالیبراسیون مدل SDSM4.2 برای حوزه قره سو مقدار R2 (ضریب همبستگی) را به طور متوسط برای هر کدام از پارامتر های اقلیمی دمای میانگین و بارش به ترتیب 85/0 و 24/0 نشان داد. این نتیجه نشان می دهد که مدل SDSM بهره وری کافی برای ریزمقیاس نمایی دمای اما نه برای بارش. دوره 1995-1971 برای واسنجی و دوره 2000-1996 برای صحت سنجی انتخاب شد. نتایج دوره صحت سنجی براساس ضریب تبیین نشان داد که مدل HADCM3 کارایی خوبی در شبیه سازی پارامترهای اقلیمی حوزه قره سو دارد. این تحلیل بر اساس طرحی از دو سناریو مختلف تغییرات آب و هوایی، بر اساس دوره های زمانی آتی: (2020-2049) و (2070-2099) انجام شد. نتایج نشان می دهد که دمای حداقل و حداکثر تحت هر دو سناریو برای تمام دوره های آتی افزایش پیدا کرده است. همچنین بارش برای دوره ی آتی روند افزایشی مشخصی را نشان نمی دهد. برای شبیه سازی رواناب از روش ارائه شده توسط Jakeman و Hornberger (1993) (مدل IHACRES) استفاده شد. داده های ورودی به مدل شامل دما، بارش و دبی روزانه می باشد. برای واسنجی مدل IHACRES داده های روزانه پارامترهای فوق (دما، بارش و دبی روزانه) از دوره 2000-1970 به مدل IHACRES وارد شد. برای صحت سنجی مدل IHACRES از داده های پارامترهای فوق در دوره 2000-1996 استفاده شد. پس از ارزیابی کارایی مدل، دبی برای دوره های (2020-2049) و (2070-2099)شبیه سازی شد. نتایج حاصل نشان داد که در تمام ایستگاه ها دبی شبیه سازی شده نسبت به دبی مشاهداتی کاهش یافته است. کلمات کلیدی: تغییر اقلیم، مدل های GCM ،مدل SDSM ،شبکه عصبی مصنوعی، مدل HADCM3 ،حوزه قره سو