تأثیر افزایش غلظت گاز دی‌اکسید کربن بر ذخیرة کل آب ایران با استفاده از سنجش از دور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه محیط‌زیست، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، مازندران

2 مدرس دانشگاه اشتوتگارت، آلمان

چکیده

در سال‌های اخیر، پدیدة تغییر اقلیم و خشکسالی به معضلی جهانی در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان تبـدیل شـده اسـت. در تحقیق حاضر، تغییرات ماهیانة دی‌اکسید کربن جو و ذخیرة کل آب، در بازة زمانی 2015-2003 در ایران، بررسی شده است. از داده‌های ترکیب‌شده با الگوریتم Obsm4MIPs ماهوارة GOSAT و سنجندة SCIAMACHY، برای به‌دست‌آوردن روند تغییرات غلظت گاز دی‌اکسید کربن، و داده‌های ماهوارة GRACE، برای تغییرات ذخیرة کل آب در بازة زمانی 2003 تا 2015، استفاده شده است. نتایج همبستگی کانونی رابطه‌ای قدرتمند را، بین غلظت دی‌اکسید کربن با تغییرات ذخیرة کل آب، نشان می‌دهد. به‌منظور مدل‌سازی رابطة بین تغییرات ذخیرة کل آب با دی‌اکسید کربن، میزان تخلیه و مصرف آب‌های زیرزمینی از مدل رگرسیون گام‌به‌گام استفاده شد. نتایج حاصل از مدل رگرسیون بین تغییرات اشاره‌شده نشان‌دهندة این است که دی‌اکسید کربن، با 91/0R2=، بیشترین رابطه را با تغییرات ذخیرة کل آب در مدل دارد. شایان ذکر است که شناسایی این روابط، در مقیاس کلان، ملموس است و در مقیاس محلی شیوه‌های مدیریتی در تغییرات منابع آب، به‌ویژه آب‌های زیرزمینی، تأثیر بیشتری دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effects of Increasing Carbon Dioxide Concentration on Iran's Total Water Storage Using Remote Sensing

نویسندگان [English]

  • Samaneh Safaeian 1
  • ُSamereh Falahatkar 1
  • Mohammad Javad Tourian 2
1 Dep. of Environmental Science, Natural Resources Faculty, Tarbiat Modarres University, Noor, Mazandaran
2 University of Stuttgart, Germany
چکیده [English]

In recent years, the phenomenon of climate change and drought has become a global problem in the arid and semi-arid regions of the world. Climate change as a problem in the annual bio-farming cycle causes extinction of plant and animal species, reduced vegetation richness, impaired and reduced fertility severity in animals, changes in the pattern of migration of birds and animals (due to new habitats or food sources New) and changes in the spawning pattern of fish. Droughts and floods are one of the most severe climatic events that are likely to change faster than the average climate of any region. Today, access to freshwater resources is a very important issue in most countries, including the Middle East and Iran, according to FAO statistics, while the Middle East accounts for 14 percent of the Earth's surface, accounting for only 2 percent of water resources. The drying up of internationally valuable lakes and wetlands, the lowering of rivers to crisis levels, and the exposure of people in 12 provinces to drinking water shortages are among the consequences of a nationwide drought. Droughts have been particularly prevalent in the tropical and subtropical regions since the 1970s. Reduced ground precipitation and increased temperatures, which increase evaporation and decrease soil moisture, are important factors that have led to more drought zones. Recent droughts have emphasized the need for more research into the causes and effects of droughts and the need for additional planning to help reduce the potential consequences of future droughts. On the other hand, some studies consider the increase in greenhouse gases and disruption of sunlight transfer to and from the earth to the atmosphere as a reason for the recent drought. In the present study, monthly changes of atmospheric carbon dioxide and monthly changes of total water storage in the period 2003-2015 in Iran were investigated. Combined data with the Obsm4MIPs algorithm of GOSAT satellite and SCIAMACHY sensor were used to obtain the trend of changes in carbon dioxide concentration and GRACE satellite data for changes in total water storage from 2003 to 2015. The results of the canonical correlation show a strong relationship between carbon dioxide concentration and changes in total water storage. Stepwise regression model was used to model the relationship between changes in total water storage with CO2, discharge rate and groundwater consumption. The results of regression model showed that carbon dioxide with R2 = 0.91 had the highest relationship with total water reservoir changes in the model. It is noteworthy that the identification of these relationships on a large scale is tangible and at the local scale management practices are more influential in changing water resources, especially groundwater.

کلیدواژه‌ها [English]

  • climate change
  • Canonical correlation
  • Stepwise regression

مراجع

سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، 1395، سالنامة آماری ایران، انتشارات سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور.
سیابی، ژ.، 1396، مدل‌سازی توزیع مکانی گاز CO2 در ارتباط با مؤلفه‌های پوشش اراضی، پایان‌نامة کارشناسی ارشد محیط‌زیست، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکدة منابع طبیعی و علوم دریایی.
شریفی، م.ع.، آخوندزاده، م.، شهریسوند، م.، صنعتگر قوچانی، م.، 1393، پایش خشکسالی در ایران با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای ثقل‌سنجی GRACE و مدل هیدرولوژی GLDAS‎، مجموعه مقالات شانزدهمین کنفرانس ژئوفیزیک ایران، صص. 39-35.
صادقی، ح.، شاد، ر.، 1394، چگونگی پایش تغییرات با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، اولین کنفرانس علمی‌ـ پژوهشی افق‌های نوین در علوم جغرافیا و برنامه‌ریزی، معماری و شهرسازی ایران.
فتح‌الله‌زاده، ف.، وثوقی، ب.، روفیان نایینی، م.، محبی، م.، 1394، برآورد تغییرات سالیانة آب‌های زیرزمینی در ایران به‌کمک مشاهدات ماهوارة ثقل‌سنجی GRACE، اولین کنفرانس مهندسی فناوری اطلاعات مکانی.
فرج‌زاده، م.، 1386، تکنیک‌های اقلیم‌شناسی، تهران: سمت.
موسوی، س.م.، فلاحتکار، س.، فرج‌زاده، م.، 1395، بررسی تغییرات ماهانة دی‌اکسید کربن ایران با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای GOSAT، اولین کنفرانس بین‌المللی نمونه‌برداری و پایش آلاینده‌های محیط‌زیست.
 
Alsdorf, D. & Lettenmaier, D.P., 2003, Tracking Fresh Water from Space, Science, 301, PP. 1491-1494.
Andersen, O.B., Seneviratne, S.I., Hinderer, J. & Viterbo, P., 2005, GRACE‐derived Terrestrial Water Storage Depletion Associated with the 2003 European Heat Wave, Geophysical Research Letters, 32(18).
Berry, P.A.M., Garlick, J.D., Freeman, J.A. & Mathers, E.L., 2005, Global Inland Water Monitoring from Multi‐mission Altimetry, Geophysical Research Letters, 32(16).
Brewer, W., Hoffman, G., Silver, E., DiLeonardo, C., Henderson, J.R. & Vigil, S., 2012, Evaluating Use of Satellite Observations for Detecting Large CO2 Leaks and Carbon Sequestration Monitoring, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore CA.
Calmant, S. & Seyler, F., 2006, Continental Surface Waters from Satellite Altimetry, Comptes Rendus Geoscience, 338(14-15), PP. 1113-1122.
Chang, B., Kruger, U., Kustra, R. & Zhang, J., 2013, Canonical Correlation Analysis Based on Hilbert-schmidt Independence Criterion and Centered Kernel Target Alignment, In International Conference on Machine Learning, PP. 316-324.
Cogan, A.J., Boesch, H., Parker, R.J., Feng, L., Palmer, P.I., Blavier, J.-F.L., Deutscher, N.M., Macatangay, R., Notholt, J., Roehl, C., Warneke, T. & Wunch, D., 2011, Atmospheric Carbon

 
    Dioxide Retrieved from the Greenhouse Gases Observing SATellite (GOSAT): Comparison with Ground‐based TCCON Observations and GEOS‐chem Model Calculations, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 117(D21).
Crétaux, J.F. & Birkett, C., 2006, Lake Studies from Satellite Radar Altimetry, Comptes Rendus Geoscience, 338(14-15), PP. 1098-1112.
Food and Agriculture Organization, 2015, <http://ag/agp/agpc/doc/counprof/iran/iran htm. last visited at 23/04/2015>.
Forootan, E., Rietbroek, R., Kusche, J., Sharifi, M.A., Awange, J.L., Schmidt M., … & Famiglietti, J., 2014, Separation of Large Scale Water Storage Patterns over Iran Using GRACE, Altimetry and Hydrological Data, Remote Sensing of Environment, 140, PP. 580-595.
Guo, M., Wang, X.F., Li, J., Yi, K.P., Zhong, G.S., Wang, H.M. & Tani, H., 2013, Spatial Distribution of Greenhouse Gas Concentrations in Arid and Semi-arid Regions: A Case Study in East Asia, Journal of Arid Environments, 91, PP. 119-128.
Jaramillo, F. & Destouni, G., 2015, Local Flow Regulation and Irrigation Raise Global Human Water Consumption and Footprint, Science, 350(6265), PP. 1248-1251.
Jing, Y., Shi, J. & Wang, T., 2014, Mapping Global Land XCO2 from Measurements of GOSAT and SCIAMACHY by Using Kriging Interpolation Method,in 2014 IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium, PP. 3017-3020.
Joodaki, G., Wahr, J. & Swenson, S., 2014, Estimating the Human Contribution to Groundwater Depletion in the Middle East, from GRACE Data, Land Surface Models, and Well Observations, Water Resources Research, 50(3), PP. 2679-2692.
Khaki, M., Forootan, E., Kuhn, M., Awange, J., van Dijk, A.I.J.M., Schumacher, M. & Sharifi, M.A., 2018, Determining Water Storage Depletion within Iran by Assimilating GRACE Data into the W3RA Hydrological Model, Advances in Water Resources, 114, PP. 1-18.
Kuze, A., Suto, H., Nakajima, M. & Hamazaki, T., 2009, Thermal and Near Infrared Sensor for Carbon Observation Fourier-transform Spectrometer on the Greenhouse Gases Observing Satellite for Greenhouse Gases Monitoring, Applied Optics, 48(35), PP. 6716-6733.
Miao, R., Lu, N., Yao, L., Zhu, Y., Wang, J. & Sun, J., 2013, Multi-year Comparison of Carbon Dioxide from Satellite Data with Ground-based FTS Measurements (2003-2011), Remote Sensing, 5(7), PP. 3431-3456.
Morino, I., Uchino, O., Inoue, M., Yoshida, Y., Yokota, T., Wennberg, P., ... & Warneke, T., 2010, Preliminary validation of column-averaged volume mixing ratios of carbon dioxide and methane retrieved from GOSAT short-wavelength infrared spectra, Atmospheric Measurement Techniques, 4(6), PP. 1061-1076.
Mousavi, S.M., Falahatkar, S. & Farajzadeh, M., 2017, Assessment of Seasonal Variations of Carbon Dioxide Concentration in Iran Using GOSAT Data, In Natural Resources Forum, 41(2), PP. 83-91. Oxford, UK: Blackwell Publishing Ltd.
Papa, F., Durand, F., Rossow, W.B., Rahman, A. & Bala, S.K., 2010, Satellite Altimeter-Derived Monthly Discharge of the Ganga-Brahmaputra River and its Seasonal to Interannual Variations from 1993 to 2008, Journal of Geophysical Research, 115(C12).
Papa, F., Prigent, C., Durand, F. & Rossow, W.B., 2006, Wetland Dynamics Using a Suite of Satellite Observations: A Case Study of Application and Evaluation for the Indian Subcontinent, Geophysical Research Letters, 33(8).
Parker, R., Boesch, H., Cogan, A., Fraser, A., Feng, L., Palmer, P.I. … & Wunch, D., 2011, Methane Observations from the Greenhouse Gases Observing Satellite: Comparison to Ground‐based TCCON Data and Model Calculations, Geophysical Research Letters, 38(15), PP. 1-20.
Schneising, O., Buchwitz, M., Burrows, J.P., Bovensmann, H., Bergamaschi, P. & Peters, W., 2009, Three Years of Greenhouse Gas Column-averaged Dry Air Mole Fractions Retrieved from Satellite–Part 2: Methane,Atmospherics Chemistry & Physics, 9(2), PP. 443-465.
Shim, C., Lee, J. & Wang, Y., 2013, Effect of Continental Sources and Sinks on the Seasonal and Latitudinal Gradient of Atmospheric Carbon Dioxide over East Asia Atmospheric Environment, 79(85), PP. 853-860.
Solomon, S., Plattner, G.K., Knutti, R. & Friedlingstein, P., 2009, Irreversible Climate Change Due to Carbon Dioxide Emissions, Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(6), PP. 1704-1709.
Sun, Z., Wang, X., Tani, H., Zhong, G. & Yin, S., 2016, Spatial Distribution of CO2 Concentration over South America during ENSO Episodes by Using GOSAT Data, American Journal of Climate Change, 5(01), P. 77.
Syed, T.H., Famiglietti, J.S., Rodell, M., Chen, J. & Wilson, C.R., 2008, Analysis of Terrestrial Water Storage Changes from GRACE and GLDAS, Water Resources Research, 44(2).
Tourian, M.J., Elmi, O., Chen, Q., Devaraju, B., Roohi, S. & Sneeuw, N., 2015, A Spaceborne Multisensor Approach to Monitor the Desiccation of Lake Urmia in Iran, Remote Sensing of Environment, 156, PP. 349-360.
Trenberth, K.E., Dai, A., Rasmussen, R.M. & Parsons, D.B., 2003, The changing, Character of Precipitation, Bulletin of the American Meteorological Society, 84(9), PP. 1205-1218.
UNEP, 1997.
WMO, 2015, WMO WDCGG Data Summary, No. 39, Japan Meteorological Agency/WMO: Tokyo, Japan, 2015; PP. 17-22.
Yeh, P.J.F., Swenson, S.C., Famiglietti, J.S. & Rodell, M., 2006, Remote Sensing of Groundwater Storage Changes in Illinois Using the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), Water Resources Research, 42(12), PP. 1-7.
Yokota, T., Yoshida, Y., Eguchi, N., Ota, Y., Tanaka, T., Watanabe, H. & Maksyutov, S., 2009, Global Concentrations of CO2 and CH4 Retrieved from GOSAT: First Preliminary Results, National Institute for Environmental Studies Tsukuba, Japan, SOLA, 5, PP. 160-163.
نشریه سنجش از دور و GIS ایران
دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 45
اردیبهشت 1399
صفحه 101-112

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار