Пространственно-временной анализ и прогнозирование тенденций количества осадков во время тропического муссона

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13933 (2023) Цитировать эту статью

526 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Анализ пространственно-временных тенденций количества осадков как индикатор изменения климата предоставляет важную информацию для улучшения планирования водных ресурсов. Однако пространственно-временное изменение поведения осадков гораздо менее изучено в такой стране, где доминируют тропические муссоны, как Бангладеш. С этой целью данное исследование направлено на анализ пространственно-временных изменений количества осадков за период 1980–2020 годов в Бангладеш в сезонном и ежемесячном масштабах с использованием MAKESENS, теста Петтитта и инновационного анализа тенденций. Нейронная сеть Multilayer Perception (MLP) использовалась для прогнозирования изменений количества осадков в следующие 8 лет на национальном уровне в Бангладеш. Для исследования пространственной структуры тенденций выпадения осадков в среде ArcGIS была принята модель обратного взвешивания расстояний. Результаты показывают, что среднегодовое количество осадков составляет 2432,6 мм, из которых 57,6% выпало с июля по август. Тест тренда Манна-Кендалла показывает, что на 77% станций наблюдается снижение количества осадков, а на 23% наблюдается тенденция к увеличению ежемесячного количества осадков. Более 80% станций сталкиваются с тенденцией к снижению с ноября по март и август. Тенденция к снижению сезонного количества осадков наблюдается на 82% станций в предмуссонный период, на 75% во время муссонов и на 100% во время послемуссонных периодов. Значительная тенденция снижения была выявлена ​​в северной части центра во время сезона дождей, в северной части во время сезона дождей, а также в южной и северо-западной частях во время сезона дождей после сезона дождей. Прогноз количества осадков MLP до 2030 года предполагает, что с ноября по февраль дождей будет мало, а максимальные колебания количества осадков будут наблюдаться в 2025 и 2027–2029 годах. Результаты повторного анализа ECMWF ERA5 показали, что изменение характера осадков в Бангладеш могло быть вызвано увеличением или уменьшением интенсивности конвективных осадков, низкой облачностью и недостаточной вертикально интегрированной дивергенцией влаги. Учитывая нехватку водных ресурсов и ожидаемый рост спроса на воду, результаты исследования имеют определенное значение для управления водными ресурсами в Бангладеш.

Бангладеш — страна, где преобладают тропические муссоны, с влажным климатом, характеризующимся значительным количеством муссонных осадков и меньшим количеством осадков в остальное время года. Эта страна является преимущественно аграрной экономикой, около 80% (145 миллионов) ее населения вовлечены в различные сельскохозяйственные занятия, прямо или косвенно1,2,3. В результате влияние климатических колебаний и изменений на экономический рост страны и продовольственную безопасность значительны4,5. Осадки имеют большое значение как гидрологический параметр, являются жизненно важным фактором изменения климата и существенно влияют на производство продуктов питания, сбор урожая, человеческие ресурсы и природную среду6. Соответствующая и важная информация об осадках, такая как ежедневные, еженедельные и ежемесячные оценки, необходима для поддержания адекватной системы управления водными ресурсами7,8. Исторический анализ тенденций количества осадков позволяет делать прогнозы9. Прогнозирование количества осадков является серьезной проблемой, имеющей большое значение в государственных и научных исследованиях, играющей значительную роль в защите человеческих жизней и ресурсов10; а также способствует управлению водными ресурсами, производству гидроэлектроэнергии, предупреждению о наводнениях и засухах, а также городским канализационным системам11,12.

С 1950-х годов в глобальной климатической системе произошли беспрецедентные изменения, и сейчас нельзя отрицать, что глобальное потепление влияет на климат13. Существует множество различных временных и географических масштабов, в которых возникает изменчивость осадков как компонент изменения климата. Всемирные исследования показали увеличение изменчивости количества осадков в глобальном масштабе14,15, а также на Индийском субконтиненте, включая Индию16 и Пакистан17,18. Во многих исследованиях19,20,21 изучались пространственно-временные закономерности выпадения осадков в климатических зонах по всему миру22,23,24,25. Некоторые исследования были проведены в полурегиональном масштабе изменчивости осадков26,27,28,29. За последние 100 лет количество осадков на Земле увеличилось примерно на 2%14, но, по данным IPCC30, их рост всегда был неодинаковым во времени и пространстве. Увеличение количества осадков было обнаружено, в частности, на Ближнем Востоке, в Центральной Азии31, в регионе Бразилии, в восточной части Америки и Канаде, а также в Северной Европе32,33 и Австралии34. Рен и др. 35 Наблюдая среднегодовое количество осадков над Тибетским нагорьем в Китае, аналогичные тенденции наблюдались в течение предыдущих нескольких десятилетий, а также такая же картина в Индии33,36, на северо-западе Пакистана17,18 и в районе Китайско-Пакистанского экономического коридора37. Однако в бассейне Желтой реки, в Китае38, средиземноморском регионе29 и Иране наблюдается снижение среднегодового количества осадков19. Согласно растущему числу более ранних исследований, в последнее время в Бангладеш наблюдается значительная тенденция к увеличению годового, муссонного и предмуссонного количества осадков39,40,41. За последние несколько десятилетий количество дополнительных исследований сократилось в западном и северо-западном регионах7,42. Более того, Хоссейн и др.43 отметили тенденцию к увеличению среднегодового количества осадков в районе южного побережья Бангладеш. Рахман и Ислам44 утверждают, что количество осадков зависит от региона и времени. По данным Организации планирования водных ресурсов45,46, к 2100 году количество муссонных осадков в Бангладеш увеличится на 12%, а количество зимних осадков сократится на 10%. Более того, Басак и др.47 предсказывают снижение урожайности на 3,3–24,2% и уменьшение количества зимних осадков на 10 мм. Согласно некоторым исследованиям, в зависимости от сезона в Бангладеш могут наблюдаться долгосрочные колебания количества осадков7,48,49.