در معرفی مدل تعاریف زیادی ارائه شده است که میتوان به چند دسته از آنها اشاره کرد. در تعریف اولیه، مدل به معنای شبیه و نمونه است و مدلسازی به معنای شبیهسازی است؛ اما در تعریف دوم و از منظر علوم انسانی همچون معرفتشناسی و جامعهشناسی، از مدل به معنای یک دستگاه اندیشه یاد میشود و مدلسازی به معنای طراحی دستگاهی برای اندیشیدن یا نحوهای از اندیشیدن است(نقرهکار و همکاران، 1389). در تعریف سوم، مدل نمادی از یک واقعیت است که عمدتاً به زبان ریاضی بیان میشود(کولین به نقل از عباس زادگان، 1366). در تعاریف دیگر، مدل توصیف یا قیاسی است که براي درك بهتر پدیدههایی که امکان دیدن آنها وجود ندارد استفاده میشود. در یک تعریف کلی مدل عبارت است از نمادي از واقعیت که مهمترین ویژگیهای دنیاي واقعی را به صورت کلی و ساده بیان میدارد و برداشتی است از واقعیت که براي توضیح مفاهیم و کاهش پیچیدگیهاي پدیدههاي جهان به کار میرود، به نحوي که قابل درك و ویژگیهای آن به راحتی مشخص شود(نادری و سیفنراقی، 1383). سیستمی است که مناسب با دادههای ورودی(Input) به ما خروجی(Output) داده و هدف از ایجاد آن، یافتن تصویر و بازنمودي است که به سادگی نمایانگر حقایق و پدیدهها باشد(مول[1]، 2008).
2-1 انواع مدل
مدل انواع مختلفی دارد. از جمله:
مدلهای فیزیکی: شبیهسازی فیزیکی است. معمولاً مدلها در مقیاسهای کوچکتر و محدودتر ساخته میشوند. مانند ماکت هواپیما، پالایشگاهها، ساختمانها.
مدلهای ذهنی: مدل هایی از مسایل واقعی که در ذهن ما شکل میگیرند که تصمیم گیریهای ما بر اساس آنهاست. این مدل ها خیلی شفاف نیستند.
مدلهای زبانی : توصیف، تشریح و تفهیم مساله ای با استفاده از بیان است. تعریف یک حادثه و ایجاد یک فضای مشابهی در ذهن شنونده مانند شرح وقایع شبیهخوانی.
مدلهای شماتیک: مانند نقشهها و کروکیها، چراغهای اخطار اتومبیل، چرخههای انرژی و آب در کره زمین. شکل(1-1).
مدلهای گرافیکی: جایگزین کردن تصویر به جای واقعیت. مدل هایی که رابطه بین متغیرها و پارامترها را در قالب تصویر به نمایش میگذارد. مانند عکسها، نقاشیها (حافظ نیا، 1387).
مدلهای ریاضی: بیان مسایل واقعی با ریاضیات. معمولاً مدل های ریاضی برای حل مسایل دنیای واقعی ساخته میشوند. گاهی از این مدل ها برای بررسی و بیان شباهتها و تفاوت پدیدهها و دستهبندی آنها استفاده میشود. برای ساختن مدل های ریاضی مجبور به سادهسازی شرایط واقعی هستیم. مانند مدلهای اقلیمی و هواشناسی.
مدلهای پنداشتی (مفهومی): به ساخت ایدههای عمومی (مفاهیم) و فرضیاتی که روابط بین آنها را مشخص میکند میپردازند. یک مدل پنداشتی یک سری از مفاهیم مرتبط با هم است که به طور سمبولیک بیانگر تصویر ذهنی از یک پدیده میباشد.
مدلهای کاربردی: نظیر طرحهای تیپ، الگوهای برنامهریزی و رفتاری(حافظ نیا، 1387).
شکل (1- 1) مدل شماتیک چرخه آب در کره زمین
براي درك ماهيت پيچيده اتمسفر و پيشبيني تغييرات آن در آينده بایستی مدلي از اقليم با استفاده از قوانين و روابط رياضي بين پارامترهاي مختلف اتمسفر فراهم و سپس جواب سوالات مختلف را بررسي نمود. به علت پيچيدگي معادلات از نظر رياضي، تعداد زياد آنها و نيز پيچيده بودن شرايط مرزي، حل اين معادلات به روش تحليلي امکانپذیر نيست. بنابراين دانشمندان براي حل اين معادلات به روشهاي عددي متوسل شدند(سیاری و همکاران، 1390). ريچاردسون در سال 1992 اولين مدل عددي اقليمي را معرفي كرد. تا قبل از آن اين معادلات با دقت پایین و به صورت دستي حل ميشدند تا اينكه در دهه 1970 با ظهور رایانهها تحول عظيمي در مدلسازی اقليم بوجود آمد(مسعودیان و غیور، 1375).
از میان اجزاء سیستم اقلیم، اولین مدلسازی بر روي جو انجام گرفت؛ زیرا جو نسبت به سایر اجزاء سیستم، کم تراکمتر و پرتحركتر عمل میکند. هم اکنون این مدل ها اقلیم را در کلیه مقیاسهاي زمانی- مکانی شبیهسازي مینمایند. یعنی فرایندهاي اقلیمی، تغییرپذیري آن، پاسخ اقلیم به عوامل مختلف از جمله فعالیتهاي انسانی را براي آینده پیشبینی و براي گذشته بازسازي و بازآفرینی میکند(عساکره ، 1386).
دانشمندان معتقدند، هر گونه مدلسازی باید داراي دو ویژگی عمده باشد:
1- از نظر ساختار استوار و منطقی باشد.
2- نتایج حاصل از آن بتواند توان پژوهشگر را نسبت به پیشبینی آیندهی سیستم، افزایش دهد(چیشولم، 1975).
- مطلق بودن: مفهوم مطلق و انتزاعی، به عنوان جریانهایی بدون توجه به جزئیات غیر مهم تعریف میشود. فاست و دسوزا (1978)، معتقدند که مدل، نوعی مطلق بودن از واقعیت محسوب میشود و یک مدل هرگز تمام حقیقت را منتقل نمیکند، چون جهان واقعی خیلی پیچیده و پویاست.
- ساختمان: هر مدل داراي یک ساختمان و ترکیب ویژهای است که به صورت یک سیستم بسته عمل میکند. جغرافیدانان نه تنها بر متغیرهاي کلیدي که یک رویداد را نظارت میکنند، بلکه بر روابط بین متغیرها نیز تکیه میکنند.
- قلمرو: هر مدلی داراي قلمرو یا در واقع مجموعه ي ویژهای از شرایط یا تنگناهاي موجود هستند که مدل شاید با آنها سروکار داشته باشد.
- قیاس: هر مدل شامل یک قیاس یا توافق دربارهی یک رویداد است. در واقع ما مناطق رویداد واقعی را در چارچوب نظریهپردازی قرار میدهیم.
بر اساس مباحث فوق، مدلسازی یعنی تهیهی یک کپی، تصویر یا معادل براي پدیدههاي واقعی و سپس مطالعه و انجام کار دلخواه بر روي آن. به عبارت دیگر فرایند ایجاد و انتخاب مدل ها را مدلسازی گویند. تبدیل یک مفهوم آماري به زبان ریاضی نوعی مدلسازی است. هرچه مفاهیم زبان ریاضی استفاده شده در آن سادهتر باشند، مدلسازی ارزش بیشتري دارد(امینی، 1390). به عنوان مثال در سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS )، مدل، همان تلفیق لایههای اطلاعاتی است که وسیلهای براي درك سامانههایی به شمار میآید که در شرایط دیگر، پیچیدگی یا مقیاس مکانی آن، خارج از درك ذهنی قرار میگرفت و مدلسازی یعنی انتقال عوارض سطح زمین به داخل رایانه میباشد(شمسیپور ،1392).
مدل های اقلیمی در پی همانندسازی فرایندهای بسیار زیادی هستند که اقلیم را پدید می آورند. مقصود از مدلسازی آن است که این فرایندها را بشناسیم و اثر آنها و روابط متقابلشان با یکدیگر را پیشبینی کنیم. عمل همانندسازی از راه توصیف دستگاه اقلیم بر مبنای قوانین فیزیک، شیمی و زیستشناسی انجام میشود؛ بنابراین هر مدل را میتوان متشکل از مجموعه معادلاتی دانست که مبین این قوانین باشد(ای هندرسون و همکاران، به نقل از مسعودیان و غیور، 1380). به طور كلي میتوان مدل هاي اقليمي را بر اساس ساختار و نوع عملكرد به چهار نوع تقسیمبندی نمود:
1- مدل هاي موازنه انرژی(EBMs)[2]
2- مدل هاي تابش- همرفتی (RCMs)[3]
3- مدل هاي دو بعدي آماري- دینامیکی(SDM)[4]
4- مدل هاي گردش عمومی (GCMs )
1-5-1 مدل هاي موازنه انرژی(EBMs)
این مدل اثر تابش را بر دماي سطحی در معرض توجه قرار میدهد ولی قادر به نمایش محتویات دینامیکی دیگر سیگنالهاي اقلیمی و تغییرپذیري عناصر اقلیمی نیست. همچنین به برخی فرآیندهاي موثر نظیر بازخورد حاصل از بخار آب، یخهاي دریایی توجهی ندارد. در اینگونه مدل ها تنها رابطه بین الگوي تابش و پاسخ دماي سطحی عرضه میگردد ولی فرآیندهاي چرخش اتمسفري که منجر به کاهش گرادیان دمایی میشود، در این مدل ها نادیده گرفته میشود. در این قبیل مدل ها اختلافات عمودي دما و جریانات تشعشعی زمین در نظر گرفته نمیشود؛ بنابراین بازآفرینی یا پیشبینی متغیرهاي اقلیمی بر اساس دماي سطحی و بر پایه فرمول استفان- بولتزمن انجام میگیرد(علیجانی، 1378). همچنین اینگونه مدل ها به ابر و نقش آنها بر اقلیم کمتر توجه دارند. بنابراین مدل هاي مزبور سادهترین مدل هاي فیزیکی اقلیم به شمار میآیند(حسن و همکاران[5]، 2015).
مدل هاي موازنه انرژي دو نوع هستند: یا صفر بعدیاند یا یک بعدي هستند. مدل صفر بعدي زمین را به عنوان نقطهای در فضا در نظر میگیرد. (عساکره، 1386). در این مدل ها متوسط دماي جهانی به عنوان دماي موثر زمین به حساب میآید. شکل( 2-1). در مدل هاي یک بعدي دماي کره زمین و همچنین اقیانوسها در امتداد مدارات ملاحظه و تقسیمبندی میشوند، ولی مدل های موازنه انرژي تغییرات دماي سطح زمین ( اقیانوسها ) را در عرضهاي جغرافیایی مختلف(قطب تا استوا) پیشبینی میکنند(سیاری و همکاران، 1390).
شکل( 2- 1) مدل موازنه انرژی در کره زمین
2-5-1 مدل هاي تابش- همرفتی (RCMs)
مدل RCMs تکنیکی است که اکنون به خوبی در جامعه علمی برای مطالعات تأثیر تغییرات آب و هوایی و انطباق با آن، پذیرفتهشدهاند(جورجی و هویستون[6]، 2001 ؛ جونز و همکاران[7]، 2004 و پال و همکاران، 2007). مدل هاي تابشی- همرفتی، علاوه بر ویژگیهای مدل های موازنه انرژی، بر اساس میانگین دماي کره زمین و به منظور بازسازي و پیشبینی آن بر اساس مقادیر فرآیندهاي تابش و همرفت محاسبه میشود. شکل(3-1). به دلیل ویژگی ذاتی این قبیل مدلها، جریانات حرارت تابشی براي لایههای هم دماي اتمسفر برآورد میگردد(بروان و همکاران[8]، 2008). توضیح اینکه در اینگونه مدلها، جو به لایههایی تقسیمشده و مقادیر تابش خالص (خروجی- ورودي) بر اساس مقادیر ابرناکی و آلبدوي سطحی در میانه هر لایه محاسبه و در پایان نیمرخ دماي تابشی مشخص میشود. این مدل ها معمولاً یک و دوبعدی هستند(سیاری و همکاران، 1390). مدل هاي تابشی- همرفتی نیمرخ عمودي دما را محاسبه میکنند که معمولاً به صورت میانگین سیارهای محاسبه میشوند(عساکره ، 1386). مدل هاي تابشی- همرفتی بر اساس قوانین بنیادي بنا نهاده شدهاند. از جمله:
1- برابري مقادیر تابش ورودي (موج کوتاه) و خروجی (موج بلند) زمین در بلندمدت.
2- توصیف ویژگیهای رطوبتی در لایههای عمودي جو.
3- عدم وجود انقطاع حرارتی بین لایههای عمودي جو.
4- عدم تجاوز مقادیر لپسریت از مقادیر بحرانی (این مقدار عمدتاً 5/6 درجه برای هر کیلومتر است).المعضوری[9]،2012).
شکل( 3- 1) شمایی ساده از مدل تابش- همرفتی
3-5-1 مدل هاي دو بعدي آماري- دینامیکی(SDM)
در این مدل ها فرآیندهاي سطحی و دینامیک در قالب میانگینهای ناحیهای و در جهت قائم بررسی میشود. این مدل ها در واقع ترکیبی از مدل هاي موازنه انرژي و مدل هاي تابشی- همرفتی به شمار میآیند. در این مدل ها انتقال ماده و انرژي بین مدارات محاسبهشده و بر اساس بنیادهاي تئوري و تجارب علمی جریانات چرخشهاي بین مدارات برآورد میشود. شکل(4-1). شناسایی و پیشرفت در شناخت موجهاي باروکلینیک نتیجه مطالعه مدل هاي دو بعدي است؛ اما مهمترین نقص این مدل ها در این است که به تغییرات درون هر مدار توجه کمی معطوف میدارد(عساکره ، 1386).
شکل (4- 1) نمونهای از خروجی مدل های آماری-دینامیک
4-5-1 مدل هاي گردش عمومی (GCMs )
مد هاي گردش عمومي، مدل هاي سه بعدي میباشند كه به عنوان معتبرترين ابزار جهت توليد سناريوهاي اقلیمی مورد استفاده قرار میگیرند(اشمیدلی[10]، 2004). يكي از فراگيرترين روشها براي ارزيابي اقليم آينده، استفاده از مدلهاي گردش عمومي جو است. اين مدلها، ابزاري قوي براي مطالعه و ارزيابي خطر تغيير اقليم و بروز دورههای خشك، بارشهای رگباري و وقوع سيلاب بوده و مبناي تصمیمگیریها و برنامهريزيهاي بلندمدت علوم مختلف هستند(سبحانی و فاطمینیا، 1393). همچنين توانايي ساخت سریهای زماني درازمدت عوامل وضع هوا، مانند بارش، دما و تابش خورشيد در مقیاسهای زماني معين( عمدتاً روزانه) با ویژگیهای آماري مشخص را دارند(ريچاردسون، 1981 ؛ ريچاردسون و رايت[11]، 1984، راکسکو و همکاران[12]، 1991 و جانسون[13] و همکاران، 1996). در واقع، اين مدل ها معتبرترين ابزار براي بررسي آثار پديدة تغيير اقليم بر سيستمهاي مختلف محسوب میشوند و میتوانند پارامترهاي اقليمي را براي يك دورة طولاني مدت با استفاده از سناريوهاي تأييد شدة هيئت بينالدول تغيير اقليم[14] مدلسازی كنند (ديبايك و كوليبالي[15]، 2005) و كيلسبي و جونز[16]، 2007). در این مدلها به غالب عوامل اقلیمی اثرگذار، در مدل هاي گردش عمومی جو منظور شده و قادرند سيستم اقليمي را با لحاظ نمودن اكثر فرآيندها در مقياس جهاني و يا قارهاي شبيهسازي كنند این مدل ها برای محاسبه هر يك از متغيرهاي اقليمي نيازمند محاسبه، ذخيره و تكرار محاسبات در هر يك از نقاط شبكه میباشند(شهابفر و قيامي باجگيراني، 1380). اين مدلها قابل استفاده در مطالعات كاربردي با ابعاد کوچکتر از خود نيستند؛ براي مثال اغلب مطالعات هيدرولوژيكي با فرآيندهاي كوچك مقياس و زير حوضهاي سر و كار دارند كه مقياس آنها بسيار کوچکتر از مقياسي است كه مدلهاي گردش عمومي جو به ما ميدهند، بنابراین برای استفاده از این مدل ها، بایستی از روشهای ریزمقیاس استفاده کرد(ویلبی و ویگلی[17]، 1997).
به طور مثال توجه به سلسله مراتب و بر همکنش اقیانوس، جو، یخهای دریایی و سطوح خشکیها در این مدل ها سرلوحه مدلسازی است که خود بر سه نوع گردش عمومی جو(AGCM )[18] گردش عمومی اقیانوس(OGCM )[19] و مدل جفت شده اتمسفر-اقیانوس( AOGCM[20]) تقسیم میشوند. بهکارگیری مدل هاي چرخشی عمومی جو براي بازسازي اقلیم گذشته یا پیشبینی اقلیم آینده، این قبیل مدل ها را به مدل هاي جهانی اقلیمGCM معروف نموده است. شکل( 5-1).
هدف مدل هايGCM
هدف مدل هايGCM محاسبه شاخصهاي سه بعدي اقلیم در شبکههای مشخص است. ابتدا در مدل هاي مزبور سطح زمین به شبکههای 5*5 و گاهی 2.5*2.5 درجه طول و عرض جغرافیایی تقسیم میشود. هر شبکه از سطح زمین تا جو بالا به لایههای افقی افراز میگردد؛ بنابراین براي سطح زمین حدود 25920 شبکه به وجود میآید. اين مدل ها بر پايه قوانين فيزيكي كه به وسیله روابط رياضي ارائه ميشود استوار میباشد. روابط رياضي اين مدل ها در شبکههای سه بعدي، با مقياس مكاني افقي 250 تا 600 كيلومتر و 10 تا 20 لايه اتمسفري و 30 لايه در اقيانوس حل میشوند(آشفته، 1386).
1-4-5-1 مدل هاي گردش عمومی اتمسفر(AGCM)
قدرت تفکیک افقی مدلAGCM بیش از 100 کیلومتر(8/2 درجه قوسی) و قدرت تفکیک عمودي 10 تا 30 متر است(عساکره، 1386). مدل هاي مزدوج با پیچیدگی بیشتر و در نظر گرفتن ابرهاي منفرد یا همرفت یا انتقال حرارت از مرزها در مقیاس متوسط با قدرت تفکیک 125 تا 250 کیلومتر و قدرت عمودی 200 تا 400 متر طراحی میشوند. گامهاي زمانی برای مدل ها 30 دقیقهای است. شکل( 6-1). ضعف عمده اين مدل ها قدرت تفكيك مكاني پايين آنهاست؛ براي فائق آمدن بر اين مشكل، لازم است خروجي اين مدل ها قبل از استفاده در مطالعات ارزيابي اثرات تغيير اقليم، ريزمقياسنمايي آماري و ديناميكي شوند(عباسي و همکاران، 1388)؛ چرا كه روشهاي آماري نسبت به روشهاي ديناميكي به پارامترهاي كمتري نياز دارند و به همين دليل در مطالعات مربوط به علوم آب و هواشناسي بسيار مورد توجه قرار گرفتهاند(علیزاده و همکاران، 1389). همچنين میتوان مدل ها را با توجه به غلظت گازهاي گلخانهاي در گذشته و حال، يا غلظت فرضي اين گازها در آينده اجرا كرد. پس از اجراي مدل ها و احراز شرايط اوليه، اين مدل ها تغييرات دما، تابش يا بارش را طي فاصله زماني براي هر یاخته[21] در شبکه جهاني محاسبه ميكنند(خزانهداری و همکاران، 1386).
شکل (6-1) نحوه شبکهبندی مدلهای AGCM
2-4-5-1 مدل هاي جفت شده جوی-اقیانوسی(AOGCM)
این مدل ها بر پایه قوانین فیزیکی که به وسیله روابط ریاضی ارائه میشوند، استوار میباشند. این روابط در یک شبکه سه بعدي در سطح کره زمین حل میگردند(میل و همکاران[22]، 2007 و IPCC، 2013). به منظور شبیهسازی اقلیم کره زمین فرایندهاي اصلی اقلیمی (اتمسفر، اقیانوس، سطح زمین، یخ پوسته و زیست کره) در مدل هاي فرعی جداگانه شبیهسازی، سپس تمام مدل هاي فرعی مربوط به اتمسفر و اقیانوس با یکدیگر جفت شده و مدل هاي گردش عمومی اقیانوس- اتمسفر را تشکیل می داده که در برنامههای فرعی، جابجایی مومنتوم، گرما و رطوبت در مقیاسهاي بزرگ، شبیهسازی میگردند(فلاتو[23]، 2005 و المعضوری[24]، 2016). شکل (7-1).
شکل( 7- 1 ) ساختار مدل جفت شده جوی – اقیانوسی
دقت مکانی افقی مدل ها در سطح خشکیهاي کره زمین نوعاً 25 کیلومتر و دقت مکانی قائم آن حدود یک کیلومتر میباشد؛ در حالیکه دقت مکانی قائم در اقیانوسها 200 تا 400 متر و دقت مکانی افقی آن 125 تا 250 کیلومتر میباشد(میل[25]، 2007). کمترین مقیاس زمانی براي حل معادلات 30 دقیقه است درحالی که فرایندهاي فیزیکی زیادي نظیر فرایندهاي مربوط به ابرها و اقیانوسها درمقیاسهاي زمانی کمتري اتفاق میافتند که بعضی از این فرآیندها را نمیتوان به سادگی شبیهسازی نمود. در این حالت با در نظر گرفتن رابطه فیزیکی مربوط با متغیرهاي بزرگ مقیاس، به طور تقریبی اثرات میانگین آنها، در مدل لحاظ میشود(رندال و همکاران[26]، 2007). نتایج حاصل از شبیهسازی مدل هاي AOGCM تحت سناریوهاي انتشار، سري زمانی متغیرهاي اقلیمی را تا سال 2100 ارائه میدهند.
5-5-1 محدودیتهای مدل های گردش عمومی جو
الف: وقتگیر بودن و حجم زیاد اعداد
به عنوان مثال براي محاسبه هر متغیر جوي در هر نقطهای از شبکه نیاز به صد هزار عدد است که در هر مرحله زمانی باید محاسبه و ذخیره شود هم اکنون هر نقطه شبکهای 3 تا 5 درجه طول و عرض جغرافیایی را در بر گرفته و در فاصلههای 30 دقیقهای محاسبه میشوند. براي کاهش حجم محاسباتی طبقهبندی عمودي هوا سپهر به شش تا پانزده (و عموماً ده) سطح محدود میشود؛ بنابراین قدرت تفکیک تا 100 کیلومتر و بیشتر خواهد بود، در نتیجه بایستی مدل هر چه بیشتر ساده شود که این امر خود از کیفیت شبیهسازی میکاهد.
ب: اهمیت ندادن به برخی فرآیندهاي سطحی
این مدل ها به اثرات سرزمینهاي یخ بسته(پرمافروست) که به طور فصلی در تسلط یخبندان است و به عملکرد یخهاي دریایی توجه کافی ندارند. دماي سطوح یخی، میزان و تأثیر حرکت یخها نیز اصولاً در این مدل ها در نظر گرفته نمیشود.
ج: عدم توانایی در بکار گیري دقیق ابرهاي کوچک مقیاس در پیشبینی و بازآفرینی اقلیم
مدل هاي اقلیمی پس از تشکیل مورد ارزیابی قرار میگیرند. یکی از این ارزیابیها، آزمونی براي روشن نمودن بیلان تابش و انتقال انرژي در سطوح مختلف و نیز آزمون میزان خطا است. به طوري که در یک آزمایش از بین 14 نمونهGCM تنها به خاطر عدم توانایی در تشخیص مقادیر مربوط به ابرها 14 نتیجه متفاوت به دست آمد.
6-5-1 فرایندهای اساسی مدل های GCM
شامل طرحهای رقومی بزرگ مقیاس از هوا سپهر که به روش کارتزین (فضاي منظم شبکهای) و یا فضاي طیفی محاسبه میشوند. در سیستم کارتزین معمولاً شبکهها افقی و منظم است درحالیکه در فضایابی عمومی مساحت شبکهها در سطوح مختلف متفاوت خواهد بود. اختلاف بین شبکهها در مراحل کوتاه زمانی مورد توجه قرار میگیرند تا کمترین تغییرات درون شبکهاي و بین شبکهای مشخص شود. در روش طیفی فرآیندهاي تابش، انتقال عمودي ماده و انرژي و فرایندهاي سطحی براي کل سطح زمین و در قالب شبکههای چهارگوش شبیهسازی میگردد.
در این قسمت شش متغیر شامل فشار هوا، جهت و سرعت باد، دما، رطوبت و ارتفاع ژئوپتانسیل،بنیاد مدل ها را تشکیل میدهد. هر شش متغیر مزبور به اقتضاي زمان یا مکان در زیرمجموعههای الگوي انتقال تابش، الگوي لایه مرزي و میانگین سطوح عمده زمین و نیز میانگین رطوبتی آنها به منظور محاسبه و تعریف سطوح مزبور، مدل را همراهی مینمایند.
سطوحی نظیر ابرها نیز در دو مقیاس ناحیهاي و جهانی تعریف میشوند. ابرهاي همرفتی به علت اینکه کوچک تر از واحدهاي شبکهایGCM هستند، کمتر در مدل مورد توجه قرار میگیرند و بیشتر ابرهاي بزرگ مقیاس و فوق اشباع از اهمیت برخوردارند. سطوح دیگري همچون پهنههای یخی، آبی کوهستانی و غیره در مدلهايGCM مورد توجه خاص قرار میگیرند.
6-1 تفاوت مدل های گردش عمومی با مدل های منطقهای
مدل های گردش عمومی جو مدل های سه بعدی میباشند که بر اساس سناریوهای مختلف اقلیمی به منظور شبیهسازی اثر گازهای گلخانهای بر اقلیم حاضر کره زمین توسعه دادهشدهاند و قادر هستند تا تغییرات اقلیم آینده کره زمین را پیشبینی کنند(ژو[27]، 1999). این مدل ها در دهه شصت میلادی برای اولین بار بر اساس تحقیقات شخصی به نام فیلیپس معرفی و به کار گرفته شدند. مدل های گردش عمومی جو معادلات پیوستگی دینامیک سیال جو را در مقیاسهای گسسته مکانی و زمانی حل میکنند(دهقانی پور و همکاران، 1390).
معادلات مورد استفاده در مدل های GCM به دو دسته اصلی معادلات تبادل انرژی و مومنتم، و بقای جرم و بخار آب تقسیم میشود. برای استفاده از مدل های GCM، جو، به شبکهای از عناصر حجمی تقسیمبندی شده و سپس در هر یک از این احجام معادلات زیر حل میشود :
- معادله بقای انرژی: مطابق با این معادله، نیرو برابر با افزایش انرژی داخلی به علاوه کار انجام شده است.
- معادله بقای گشتاور: مطابق با این معادله، نیرو برابر با حاصلضرب جرم در شتاب است.
- معادله بقای جرم: این معادله بیان میکند که مجموع چگالی ضرب در سرعت باد ( برابر با جرم) در هر سه بعد برابر صفر است.
- معادله قانون گاز کامل: طبق این قانون، حاصلضرب فشار در حجم، برابر با ثابت گاز در دمای مطلق است.
از آنجا كه مدلهاي جهاني پيشبيني قادر به آشكارسازي رفتار اقليم در مقياس كوچك نيستند، لذا بايستي خروجي اینگونه مدلها را به مقياس کوچکتر و منطقهاي تبديل كرد تا بتوان با استفاده از آنها فرآيندهاي كوچك مقياس و منطقهاي را شناسايي، مطالعه و پیشبینی كرد(باباییان و همکاران، 1386). براي اين منظور دو روش شناختهشده وجود دارد: ریز گردانی با استفاده از روشهاي آماري و ديناميكي. در روش اول روابط بين رفتار واقعي اقليم و خروجي مدل هاي جهاني در گذشته را به آينده تعميم داده و براي يك منطقهي خاص پيشبيني اقليمي صادر ميشود. اما در روش دوم خروجي مدل جهاني به عنوان ورودي به مدل اقليم منطقهاي خورانده شده و مدل مذكور تحول زماني وضع هوا را از طريق حل معادلات حركت به دست ميآورد(باباییان و همکاران، 2004).
مدلهای آبوهوای منطقهای، پاسخ گردش عمومی به نیروهای بزرگ مقیاس را شبیهسازی میکنند. وضوح بسیار ضعیف مدل ها جهانی در رابطه با فرایندهای آب و هوای محلی و منطقهای باعث شکلگیری و گسترش مدلهای منطقهای شدند. مدل گردش عمومی، کل کره زمین را در حوزه مورد مطالعه خود قرار میدهد. یکی از محدودیتهای اصلی در استفاده از خروجیهای اقلیمی مدل های چرخه عمومی این است که دقت تجزیه مکانی و زمانی آنها با دقت مورد نیاز مدل های منطقهای و هیدرولوژیکی مطابقت ندارد. دقت مکانی این مدل ها در حدود 200 کیلومتر است، که این دقت خصوصاً برای بررسی مناطق کوهستانی و پارامترهای اقلیمی نظیر بارش و دما مناسب نمیباشد(ویلی و دتینگر[28]،2000). اما مدل هاي اقليم منطقهای براي ريز مقياس نمايي ديناميكي سناريوهاي اقليمي و پیشبینی فصلي در نواحي مختلف كره زمين به كار گرفته میشوند. در چند سال اخير، روش مدلسازی يكسويه[29] در مطالعه اقليم و اثرات تغيير اقليم استفاده میشود. در اين روش، به عنوان شرايط مرزي و اوليه در مدل اقليم منطقهای GCM [30]خروجي مدل هاي RegCM براي ريز مقياس نمايي استفاده میشود(کریمیان و همکاران، 1389). با استفاده از روش کوچک مقیاس کردن، میتوان خروجیهای این مدل ها را به متغیرهای سطحی در مقیاس حوزه مورد مطالعه تبدیل نمود(راجو[31]، 2015).
7-1 ریز مقیاس نمایی[32]
مدل های گردش عمومی هیچ گاه نمیتوانند مستقیماً برای پیشبینیهای منطقهای یا نقطهای استفاده شوند، آنها نیازمند ریزمقیاس نمایی هستند تا با اعمال رفتارهای محلی در آنها پیشبینیهایشان در مقیاسهای محلی بهبود یابند. بایستی قبل از استفاده از این دادهها آنها را ریز مقیاس کنید. کوچک مقیاس کردن در حقیقت به فرآیند حرکت از پیشبینی کنندههای [33] بزرگ مقیاس به پیشبینی شوندهها[34] در مقیاس محلی اطلاق میشود(دینگ و کی[35]، 2013). شکل (8-1). روشهای مختلفی جهت تولید سناریوهای اقلیمی از مدل های چرخه عمومی جو وجود دارد؛ از جمله این سناریو ها میتوان روشهای ریز مقیاس نمایی را نام برد که به طور گسترده به دو گروه تقسیم میشوند: ریزمقیاس نمایی دینامیکی و ریزمقیاس نمایی آماری. ریزمقیاس نمایی آماری مزایای بیشتری در مقایسه با ریز مقیاس نمایی دینامیکی دارد (سونیر و همکاران[36]، 2012). اگرچه مدل های ریزمقیاس نمایی دینامیکی یک مفهوم فیزیکی مشخص را در خود دارند(استورچ و همکاران[37]، 1999). آنها شبهاتی در پیشبینی مدل به خاطر محاسبات پیچیده دارند جایی که ریزمقیاس نمایی آماری پیشبینی واقعیتر و منطقیتر براساس رابطه آماری فراهم میکنند و نگهداشت این مدل برای اجرا آسانتر است(صمدی و همکاران، 2011، چن و همکاران[38]،2012).
[1] . Moll
[2].Energy Balance Model
[3]. radiative convective models
[4]. Statistical-dynamical models
[5]. Hassan et al
[6]. Giorgi & Hewitson
[7]. Junse et al
[8]. Brown
[9]. Almazroui
[10]. Schmidli
[11]. Richardson & Wright
[12]. Racsko et al
[13]. Janson et al
[14]. IPCC
[15]. Dibike & Coulibaly
[16]. Kilsby & Jones
[17]. Wilby & Wigley
[18]. Atmospheric General Circulation Model
[19]. Oceanic General Circulation Model
[20]. Atmosphere-Ocean Global Circulation Model
[21] . pixel
[22]. Meehl et al
[23] . Flato
[24]. Almazroui
[25]. Meehl
[26] .Rendal et al
[27]. Xu
[28] . Wilby & Dettinger
[29] . One way nesting
[30]. General Circulation Model
[31] . Raju
[32]. Downscaling
[33]. Predictors
[34] – Predict ants
[35] .Ding & ke
[36]. Sunyer et al
[37]. Storch et al
[38]. Chen et al
Reviews
There are no reviews yet.