نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

ارزیابی کارایی شبکه عصبی مصنوعی در ریزمقیاس‌نمایی دما و بارش با استفاده از خروجی مدل‌های اقلیمی CMIP6 (مطالعه موردی: حوضه آبریز درودزن)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد مرودشت، مرودشت، ایران
10.22125/iwe.2026.592583.1938
چکیده
به‌دلیل تفکیک مکانی درشت خروجی مدل‌های گردش عمومی جو(GCMs) ، استفاده مستقیم از آن‌ها در مطالعات منابع آب و ارزیابی اثرات تغییر اقلیم امکان‌پذیر نیست؛ ازاین‌رو، ریزمقیاس‌نمایی این داده‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. هدف این پژوهش، ارزیابی کارایی شبکه عصبی مصنوعی (ANN) در ریزمقیاس‌نمایی دما و بارش خروجی مدل‌های اقلیمی CMIP6 در حوضه آبریز درودزن استان فارس است. بدین منظور، داده‌های مشاهداتی دما و بارش، بازتحلیل NCEP/NCAR و خروجی هشت مدل اقلیمی CMIP6 تهیه شد. عملکرد مدل‌های اقلیمی با استفاده از شاخص‌های ضریب تعیین (R²)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین قدر مطلق خطا (MAE) ارزیابی و مدل HadGEM3-GC31-LL به‌عنوان مناسب‌ترین مدل انتخاب شد. سپس، با استفاده از متغیرهای بزرگ‌مقیاس منتخب و توسعه مدل ANN در محیط MATLAB، ریزمقیاس‌نمایی انجام گرفت. نتایج نشان داد که مدل ANN در شبیه‌سازی دمای ماهانه عملکرد بسیار مطلوبی دارد، به‌طوری‌که ضریب تعیین در مراحل آموزش و آزمون 99/0 و مقادیر RMSE به‌ترتیب 0191/0 و 0194/0 درجه سانتی‌گراد به‌دست آمد. برای بارش نیز ضریب تعیین در مراحل آموزش و آزمون به‌ترتیب 84/0و 83/0 حاصل شد. نتایج پیش‌بینی اقلیم برای دوره 2025 تا 2050 نیز نشان داد که در تمامی سناریوهای انتشار، بارش سالانه حوضه روندی کاهشی و دمای هوا روندی افزایشی خواهد داشت و بیشترین شدت این تغییرات در سناریوی SSP5-8.5 مشاهده شد. به‌طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی ابزاری کارآمد و قابل اعتماد برای ریزمقیاس‌نمایی خروجی مدل‌های اقلیمی CMIP6 و پیش‌بینی تغییرات اقلیمی در مقیاس حوضه آبریز است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Performance Evaluation of Artificial Neural Network for Downscaling Temperature and Precipitation Using CMIP6 Climate Model Outputs (Case Study: Dorudzan Watershed)

نویسندگان English

Mohammad Sadegh Kamali
Abolghasem Sayadi
Hossein Khorshidi
Department of Civil Engineering, Marv.C., Islamic Azad University, Marvdasht, Iran
چکیده English

Due to the coarse spatial resolution of General Circulation Model (GCM) outputs, their direct application in water resources studies and climate change impact assessments is limited. Therefore, downscaling these outputs is important. This study aimed to evaluate the performance of an Artificial Neural Network (ANN) for downscaling temperature and precipitation outputs from CMIP6 climate models in the Dorudzan Watershed, Fars Province, Iran. Observed temperature and precipitation data, NCEP/NCAR reanalysis data, and outputs from eight CMIP6 climate models were used. The performance of climate models was evaluated using the coefficient of determination (R²), root mean square error (RMSE), and mean absolute error (MAE), and the HadGEM3-GC31-LL model was selected as the most appropriate model for the study area. Subsequently, downscaling was performed using selected large-scale atmospheric variables and an ANN model developed in MATLAB. The results showed that the ANN model provided high accuracy in simulating monthly temperature, with an R² value of 0.99 in both training and testing stages. The RMSE values were 0.0191 and 0.0194°C for training and testing stages, respectively. For precipitation, R² values of 0.84 and 0.83 were obtained for the training and testing stages, respectively. Climate projections for 2025–2050 indicated an increasing trend in temperature and a decreasing trend in annual precipitation under all emission scenarios, with the greatest changes observed under the SSP5-8.5 scenario. Overall, the results demonstrated that ANN is an effective approach for downscaling CMIP6 climate model outputs and assessing future climate changes at the watershed scale.

کلیدواژه‌ها English

'
Statistical Downscaling'
Climate Change'
Artificial Neural Network (ANN)'
, '
Temperature'
,'
Precipitation'

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 مرداد 1405