ارزیابی مدل منطقه ای WRF-GHG و مدل جهانی TM3 در مطالعه غلظت ستونی CO2 روی ایران، با استفاده از مشاهدات ماهواره ای GOSAT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی‌

نویسندگان

1 گروه علوم غیر زیستی جوی و اقیانوسی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

2 گروه علوم غیر زیستی جوی و اقیانوسی، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

3 گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در زمینه گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی، دی اکسید کربن (CO2) یکی از مهمترین گازهای گلخانه‌ای است که تاثیرات بسزایی در روند گرمایش جهانی دارد. شبیه‌‌سازی گاز (CO2) در فواصل زمانی ساعتی/ هفتگی با وضوح قائم بالاتر،در سایت های قاره ای یا ساحلی به دلیل وضوح افقی درشت مدل های انتقال جهانی، از مهمترین چالش‌های محیطی است. ضمن تدوین اطلاعات گسیل CO2از منابع مختلف، شبیه سازی عددی منطقه ای با تفکیک فضایی 30 و 10 کیلومتر از غلظت جوی CO2، با استفاده از مدل تحقیقات آب و هوا و پیش‌بینی-شیمی(WRF-GHG) انجام شد. اطلاعات XCO2 بازیابی شده از مشاهدات ماهواره گوست(GOSAT)، به ‌عنوان اطلاعات کنترل دقت و ارزیابی نتایج شبیه سازی غلظت ستونی CO2 در فصل گرم (آگوست) و سرد (فوریه) در مقایسه با نتایج خروجی مدل جهانی TM3، استفاده گردید. عملکرد شبیه‌سازی‌‌ها در پیش‌بینی غلظت گاز گلخانه‌ای کربن‌دی‌اکسید (CO2)، برای دوره مطالعاتی فوریه و اوت در سال 2010، نشان داد که تغییرپذیری مکانی و زمانی متغییرهای هواشناسی به خوبی با ضرایب با ضرایب همبستگی92%-86%،75%-67% و82%-76% دما، باد و رطوبت نسبی، شبیه‌سازی شده است. نتایج ارزیابی نشان داد که مدل WRF-GHG با توجه به خطاهای آماری بهتر از مدل جهانی TM3، عمل می‌کند. به طور متوسط مقادیر خطای اریبی، در هر دو فصل گرم و سرد به ترتیب، 0.79- و 0.45 در مدل منطقه‌ای، (0.85- و 1.12) در مدل جهانی می‌باشد. نتایج ارزیابی نشان داد تفاوت موجود بین غلظت‌های شبیه‌سازی‌شده و مشاهدات XCO2 از ماهواره‌ی GOSAT می‌تواند ناشی از فروبرد گسیل ناشی از فعالیت‌های انسانی، گسیل اقیانوسی و و بهره برداری از سوخت‌های فسیلی باشد. . این مطالعه نشان داد که مدلWRF-GHG قادر است به خوبی، بسیاری از ویژگی‌های مهم میدانهای متغییرهای جوی را در جنوب غربی آسیا (منطقه خاورمیانه-ایران) شبیهسازی نماید و استفاده از آن برای مطالعات آتی در این منطقه را اطمینان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of CO2 column concentration of WRF-GHG and TM3 models with GOSAT satellite data over Iran

نویسندگان [English]

  • Samira Karbasi 1
  • Hossein Malakooti 2
  • Amin Fazl Kazemi 3
1 , Department of Marine and Atmospheric Science (non-Biologic), University of Hormozgan,, Bandar Abbas, Iran
2 Department of Marine and Atmospheric Science (non-Biologic), Faculty of marine science and technology, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran
3 Department of Space Physics , Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Evaluation of CO2 column concentration of WRF-GHG and TM3 models with GOSAT satellite data over Iran

Introduction:

In the context of global warming and climate change, carbon dioxide (CO2) is known as one of the most important greenhouse gases that has significant effects on the global warming. It is considered as one of the consequences of the accumulation of greenhouse gases. According to the latest Greenhouse Gas Bulletin (WMO, 2017), the global mean concentration of atmospheric CO2 increased to 403.3 ppm in 2016, compared to 280 ppm in the pre-industrial era. Therefore, it is very important to control the amount of CO2 emissions and reduce the effects of human activity on climate warming and understanding the spatial and temporal distribution of atmospheric CO2.Simulation of CO2 concentration in hourly/weekly time intervals and with a good vertical resolution in continental or coastal sites due to the coarse horizontal resolution of global transport models is one of the most important environmental challenges especially in the Middle East.

Materials and Methods:

While compiling information on CO2 emission from different sources, regional numerical simulation with spatial resolution of 30 and 10 km of atmospheric CO2 concentration was carried out using the Weather Research and Forecasting-Chemistry (WRF-GHG) model. The CAMS and ERA5 reanalysis data were used as the chemical and meteorological sources for initial and boundary conditions preparation. The XCO2 information retrieved from GOSAT satellite observations was used as accuracy control information and evaluation of simulated results in CO2 column concentration in hot (August) and cold (February) seasons compared to the output results of TM3 global model.

Results:

The performance of simulations in predicting the concentration of greenhouse gas carbon dioxide (CO2), for the study period of February and August in 2010, showed that the spatial and temporal variability of meteorological variables have been simulated well with the correlation coefficients of86-92%, 67-75% and 76-82% for temperature, wind and relative humidity. The evaluation results showed that the WRF-GHG model performs better than the TM3 global model in terms of statistical errors. On average, the skewness error values in both hot and cold seasons are -0.79 and 0.45 in the regional model, (-0.85 and 1.12) in the global model. The evaluation results showed that the difference between the simulated concentrations and XCO2 observations from the GOSAT satellite could be caused by the underestimation of emissions by human activities, oceanic emissions, and exploitation of fossil fuels. This study showed that the WRF-GHG model is able to simulate well many important features of the atmospheric variables' fields in Southwest Asia (Middle East-Iran region) and its application for future studies in this region is assured.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Global warming
  • carbon dioxide (CO2)
  • WRF-GHG model
  • GOSAT satellite
  • TM3 model
  • Iran