تأثیر توپوگرافی اصلاح شده در بهبود نتایج مدل اقلیمی RegCM4 (مطالعه موردی: شمال ایران)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، گروه آموزشی علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشیار گروه آموزشی علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 مربی گروه آموزشی علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

4 استادیار گروه آموزشی جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

کمبود داده های اقلیمی منطقه‌ای یکی از چالش‌های بنیادی در مطالعات اقلیم شناسی کشاورزی است. در این تحقیق، تأثیر توپوگرافی در خروجی مدل اقلیمی RegCM4 مورد بررسی قرار گرفت. هدف از این مطالعه، بررسی اعمال داده‌های توپوگرافی اصلاح شده (GMTED2010) به جای داده‌های معمول توپوگرافی (GTOPO) بر خروجی­های مدل می­باشد. به این منظور، یک بازه یک­ساله (دسامبر 2013 تا دسامبر 2014) با دوره پایدارسازی مناسب انتخاب و مدل دو بار با شرایط یکسان و فقط جایگزینی داده توپوگرافی اجرا گردید. داده­های شرایط مرزی ثانویه از داده­های بازتحلیل NNRP2 و قدرت تفکیک 20 کیلومتر (5/2 در 5/2 درجه) انتخاب شد. داده‌های دمای سطح آب از پایگاه داده NOAA در مقیاس هفتگی و مقیاس مکانی 1 در 1 درجه اخذ شد. نتایج حاصل از خروجی ها­ نشان داد که داده توپوگرافی GMTED نسبت به داده توپوگرافی GTOPO در مناطقی از ساحلی دریای خزر افزایش ارتفاع (در بیشترین حالت 254 متر) و در  بعضی از مناطق رشته کوه­های البرز کاهش ارتفاع (بیشترین کاهش ارتفاع 400 متر) داشته است. به دلیل ارتفاع بیشتر GTOPO در رشته کوه­های البرز سرعت باد نیز به مراتب نسبت به GMTED بیشتر بوده به طوری‌که بیشترین تفاوت  تا 6/1- متر بر ثانیه در زمستان داراست.   در منطقه حداکثر اختلاف توپوگرافی، کاهش ارتفاع در داده GMTED نسبت به داده GTOPO با افزایش 80 درصدی بارش در فصل بهار همراه است. تفاوت دما نیز کاملاً از الگوی تفاوت ارتفاع دو داده توپوگرافی تبعیت کرده و در مناطقی که ارتفاع افزایش یافته میانگین دمای روزانه  4/2 درجه سلسیوس کاهش و در مناطقی که ارتفاع کاهش یافته است دما حدود 2/1 درجه سلسیوس افزایش پیدا کرده است. همچنین اصلاح توپوگرافی که منجر به کاهش ارتفاع در ناحیه کوهستانی شده است سبب کاهش سرعت باد و واقعی­تر شدن آن شده است. نتیجه کلی آن است که داده توپوگرافی اصلاح شده GMTED نتایج خروجی مدل را بهبود داده و می­بایست در پژوهش‌های آتی جایگزین داده قدیمی GTOPO گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of revised topography dataset on improvement of RegCM4 model results (Case study: northern of Iran)

نویسندگان [English]

  • F. Hosseini 1
  • A. Faridhosseini 2
  • S. M. Hasheminia 3
  • A. Zarrin 4
1 M. Sc. Student of Water Resources Engineering, Department of Water Sciences and Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Associate Professor of Water Sciences and Engineering Dep., Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Lecturer of Water Sciences and Engineering Dep., Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
4 Assistant professor of Geography Dep., Faculty of Humanities, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Lack of regional climatic data is great challenge for agroclimatic studies. In this research, the influence topography on RegCM4 model results was investigated. In order of determine the role of topography on improving the results of RegCM model, two topographic datasets (GTOPO, GMTED) were used for a specific period of time and similar conditions to run the model. The experiments were done with lateral boundary conditions obtained from The NCEP-DOE Reanalysis 2 (NNRP2) dataset at 2.5° × 2.5° latitude-longitude horizontal resolution. The sea surface temperature (SST) for the corresponding regional climate simulations were prescribed from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Optimum Interpolation SST (OISST) dataset with a weekly temporal resolution and 1° × 1° spatial resolution. The topographical output of the model showed an increase of elevation in the Caspian sea coast [max (GMTED-GTOPO) = 254 m], while in some areas of Alborz mountains a decrease in elevation [max (GMTED-GTOPO) = -400 m] was observed. Due to higher elevation of GTOPO in the Alborz Mountains, the derived speed of this simulation is relatively higher than GMTED, which could reach as high as 1.6 m/s during winter season. The highest precipitation difference occurred during spring season in the vicinity of the area where 400 m of decreased elevation was observed, with amounts as high as 16 mm/day (80% increase in precipitation). The temperature differences followed closely the topographical differences. In the seashore areas, where there was increased elevation, temperature decreased correspondingly (max. of -2.4°), whereas in mountainous areas with decrease in elevation, the temperature increase was observed (max. of 1.2°). The findings from this research identified, the modified data (GMTED) is improving the results of the model and should be replace the old data (GTOPO) in future research.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Topography
  • Iran
  • RegCM4
  • GMTED
  • GTOPO

Blumsack, S. L. 1971. On the effects of topography on planetary atmospheric circulation. Journal of the Atmospheric Sciences, 28(7): 1134-1143.

Danielson, J. J., Gesch, D. B. 2011. Global multi-resolution terrain elevation data 2010 (GMTED2010). US Geological Survey.

Dee, D., Uppala, S., Simmons, A., Berrisford, P., Poli, P., Kobayashi, S., Andrae, U., Balmaseda, M., Balsamo, G., Bauer, P. 2011. The ERA‐Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system. Quarterly Journal of the royal meteorological society, 137(656): 553-597.

Elguindi, N., Bi, X., Giorgi, F., Nagarajan, B., Pal, J., Solmon, F., Rauscher, S., Zakey, A., O’Brien, T., Nogherotto, R. 2014. Regional Climate Model RegCM Reference Manual Version 4.5.

Fan, Y., Van den Dool, H. 2008. A global monthly land surface air temperature analysis for 1948–present. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 113(D1), DOI: 10.1029/2007JD008470.

Flesch, T. K., Reuter, G. W. 2012. WRF model simulation of two Alberta flooding events and the impact of topography. Journal of Hydrometeorology, 13(2): 695-708.

Giorgi, F., 1990. Simulation of regional climate using a limited area model nested in a general circulation model. Journal of Climate, 3(9): 941-963.

Giorgi, F., Bates, G. T. 1989. The climatological skill of a regional model over complex terrain. Monthly Weather Review, 117(11): 2325-2347.

Grell, G. A. 1993. Prognostic evaluation of assumptions used by cumulus parameterizations. Monthly Weather Review, 121(3): 764-787.

Hahn, D. G., Manabe, S. 1975. The role of mountains in the south Asian monsoon circulation. Journal of the Atmospheric Sciences, 32(8): 1515-1541.

Joyce, R. J., Janowiak, J. E., Arkin, P. A., Xie, P. 2004. CMORPH: A method that produces global precipitation estimates from passive microwave and infrared data at high spatial and temporal resolution. Journal of Hydrometeorology, 5(3): 487-503.

Kanamitsu, M., Ebisuzaki, W., Woollen, J., Yang, S.-K., Hnilo, J., Fiorino, M., Potter, G. 2002. Ncep–doe amip-ii reanalysis (r-2). Bulletin of the American Meteorological Society, 83(11): 1631-1643.

Karimi, M., Azizi, G., Shamsipour A., Rezaee Mahdi, L. 2016. Dynamic simulation of the Alborz Mountain in spread and thickness of sea breeze on the southern coast of the Caspian Sea. Researches in Geographical Sciences, 16 (41):1 35-152. (In Farsi)

Konrad II, C. E. 1996. Relationships between precipitation event types and topography in the southern Blue Ridge mountains of the southeastern USA. International Journal of Climatology, 16(1): 49-62.

Manabe, S., Broccoli, A. 1990. Mountains and arid climates of middle latitudes. Science, 247(4939): 192-195.

McCauley, M., Sturman, A. 1999. A study of orographic blocking and barrier wind development upstream of the Southern Alps, New Zealand. Meteorology and Atmospheric Physics, 70(3): 121-131.

Mousavi Baygi, M. 2006. Calculation of rainfall increase in mountainous areas around Mashhad using a computer model. Agricultuaal Sciences and Technologhy, 6: 1029-4791. (In Farsi)

Ogwang, B. A., Chen, H., Li, X., Gao, C. 2014. The influence of topography on East African October to December climate: sensitivity experiments with RegCM4. Advances in Meteorology, 2014: 1-14.

Reynolds, R. W., Rayner, N. A., Smith, T. M., Stokes, D. C., Wang, W. 2002. An improved in situ and satellite SST analysis for climate. Journal of climate, 15(13): 1609-1625.

Shi, X., Wang, Y., Xu, X. 2008. Effect of mesoscale topography over the Tibetan Plateau on summer precipitation in China: A regional model study. Geophysical Research Letters, 35(19), DOI: 10.1029/2008GL034740.

Soltanzadeh, I., Ahmadi Givi, F., Irannejad, P. 2006. Investigation of three months Zagros mountains on the mesoscale streams of the eastern Zagros using the regional model RegCM. Journal of the Earth and Space Physics, 33(1): 31-50. (In Farsi)