پیش‌بینی توزیع مکانی فصلی و سالانه گردوغبار در ایران با استفاده از مدل جفت‌شده RegCM4

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار پزوهشی بخش تحقیقات بیابان موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.

2 هواشناسی اداره کل هواشناسی استان البرز، کرج، ایران

3 محقق بیابان‌زدایی، مرکز تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی و منابع طبیعی استان لرستان، پردیس تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی بروجرد.

4 دانش آموخته کارشناسی ارشد هواشناسی دانشگاه آزاد تهران شمال، تهران، ایران

5 استادیار، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران

‎10.22052/deej.2026.258710.1143

چکیده

پژوهش حاضر با هدف پیش‌بینی توزیع مکانی فصلی و سالانه گردوغبار در ایران با استفاده از مدل جفت‌شده RegCM4 تحت سناریوی اقلیمی RCP4.5 برای افق‌های ۲۰۳۰- ۲۰۴۰ و ۲۰۵۰- ۲۰۶۰ انجام شد. به‌این‌منظور، داده‌های شرایط مرزی برگرفته از مدل پیش‌بینی اقلیمی RegCM با قدرت تفکیک زمانی ۶ ساعت و پوشش زمانی تا سال ۲۱۰۰، به‌عنوان ورودی به مدل منطقه‌ای RegCM4  با تفکیک افقی ۴۰ کیلومتر جهت انجام پیش‌بینی‌های بلندمدت معرفی گردید. بر اساس یافته‌ها، کانون‌های داخلی گردوغبار در استان‌های سیستان و بلوچستان، کرمان، خراسان جنوبی، خراسان رضوی، خوزستان، بوشهر، هرمزگان و اصفهان و کانون‌های خارجی مؤثر در شمال عربستان (مرز عراق، کویت و ایران) و شمال شرق ایران (مرز ترکمنستان) شناسایی شدند. الگوهای فصلی نشان داد کانون سیستان و بلوچستان در تمام فصول فعال بوده و در پاییز و زمستان بر حجم ذرات آن افزوده می‌شود و کانون خوزستان با غبار دائمی، بیشترین غلظت را در بهار دارد. نتایج مدل‌سازی حاکی از افزایش میزان غبار تولیدی و تعداد رخدادهای گردوغبار در سال‌های ۲۰۳۰ و ۲۰۵۰ نسبت به شرایط فعلی است و کانون‌های جدیدی در ترکمنستان و نزدیکی مرزهای ایران شکل گرفته‌اند. با توجه به تفکیک ۴۰ کیلومتری مدل، تنها کانون‌هایی با مساحت بیش از ۱۶۰۰ کیلومترمربع قابل آشکارسازی هستند. این یافته‌ها ضرورت بازنگری در سیاست‌های مدیریت منطقه‌ای گردوغبار با تأکید بر کانون‌های فرامرزی و تغییرات اقلیمی آتی را آشکار می­سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Spatiotemporal Projections of Dust Aerosol Dynamics over Iran Using the RegCM4 Model under RCP4.5: 2030–2060

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Dargahian 1
  • Alireza Balalan Fard 2
  • Somayeh Heydarnezhad 3
  • Tahere Aghazadeh 4
  • Seyed Jafar Seyedakhlaghi 5
1 Fatemeh Dargahian: Associated Professor Research institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran.
2 هواشناسی اداره کل هواشناسی استان البرز، کرج، ایران
3 ..Desertification Researcher, Borujerd Agricultural and Natural Resources Research and Education Campus, Lorestan Agricultural and Natural Resources Research, Education and Extension Center (AREEO), Iran.
4 دانش آموخته کارشناسی ارشد هواشناسی دانشگاه آزاد تهران شمال، تهران، ایران
5 Research Institute of Forests and Rangelands, AREEO, Tehran, Iran
چکیده [English]

Introduction
This study provides a dynamic projection of seasonal and annual dust aerosol distributions over Iran using the coupled RegCM4 regional climate model under the RCP4.5 emission scenario for the 2030–2040 and 2050–2060 horizons. This research addresses a critical knowledge gap, as previous assessments in Iran have largely relied on global model outputs or simulations of historical conditions without the benefit of dynamical downscaling. By employing a high-resolution regional climate model (RCM) capable of resolving local-scale physical processes, this study captures the complexities of dust emission, atmospheric transport, and deposition, offering a more nuanced understanding of future dust dynamics in the region.
Methodology
The study utilized boundary conditions derived from global RegCM climate simulations, with 6-hourly temporal resolution extending to 2100. The RegCM4 model was configured with a 40-km horizontal grid resolution, balancing computational feasibility with the requirement to resolve major regional dust sources. Simulations were driven by the RCP4.5 scenarios—representing a moderate greenhouse gas emission pathway—covering the Iranian domain (25°N–45°N and 44°E–64°E). Key physical parameterizations included the Emanuel convection scheme, the Holtslag planetary boundary layer scheme, the NCAR-CCM3 radiation scheme, and the BATS1e land surface scheme. Following a 3-month spin-up period to ensure initialization stability, decadal averages for 2030–2040 and 2050–2060 were analyzed to determine dust trends.
Results
The modeling results successfully identified multiple internal and external dust hotspots. Internal sources were notably active in Sistan and Baluchestan, Kerman, South/Razavi Khorasan, Khuzestan, Bushehr, Hormozgan, and Isfahan provinces. Among these, the Sistan and Baluchestan and Khuzestan regions exhibited the highest frequency and intensity of dust events. External dust contribution was found to be significant from northern Saudi Arabia, the Iraq-Kuwait border, and northeastern regions adjacent to Turkmenistan. Seasonal analysis highlighted distinct behaviors: Sistan and Baluchestan remains active year-round, with peak intensities in autumn and winter linked to the strengthening of the Levar wind system. Conversely, the Khuzestan source, characterized by extensive dry marshlands, exhibits peak mobilization in spring due to the Shamal wind system, which facilitates dust transport from the Tigris-Euphrates basin.
Discussion and conclusion
The projections indicate a clear intensification in both dust production volumes and event frequency throughout the 2030s and 2050s, driven by climate-change-induced declines in soil moisture, altered vegetation cover, and intensified wind patterns under RCP4.5. Furthermore, the identification of emerging dust sources in Turkmenistan poses a heightened risk to northeastern Iran. While the model successfully delineates regional hotspots, it is subject to spatial constraints; the 40-km resolution limits the detection of localized sources smaller than 1,600 km². Consequently, while the model provides a robust assessment of regional-scale dynamics, smaller sources may be underrepresented or smoothed. Despite this, the study’s findings corroborate the urgent need for transboundary cooperation and localized dust mitigation strategies. These results suggest that by 2054, Iran will experience a shift toward significantly warmer and drier conditions, necessitating the integration of these projections into national water resource management and sustainable land-use planning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dust prediction
  • RegCM4
  • RCP4.5
  • Dynamical downscaling
  • Iran
  • Dust hotspots
  • Seasonal distribution
  • Beraki, A. F. DeWitt, D. G. Landman, W. A. & Olivier, C. (2014). Dynamical seasonal climate prediction using an ocean-atmosphere coupled climate model developed in partnership between South Africa and the IRI. Journal of Climate, 27 (4), 1719-1741.
  • Farooghi,A, Kazemi,M, Jalali,M, Hashemiyan,S & Nosraty,N. (2017). Evaluation of the RegCM4 model coupled with Dust module in Identification of dust storm features over the North Khorasan. Nivar, 41(98-99), 23-36. doi: 10.30467/nivar.2017.51890
  • Golzari Partoo, L. (2015). Simulating the Consequences of Lake Urmia’s Drying up on Downfall in Northwest of Iran. Journal of Geography and Environmental Hazards4(2), 137-147. doi: 10.22067/geo.v4i2.36160
  • Hassan, E. M. Fattahi, E. & Habibi, M. (2023). Application of a regional climate model on autumn dust events over the Urmia Basin. Atmospheric Pollution Research, 14 (11), 101904. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1309104223002581#cebib0010
  • IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, In press, doi:1017/9781009157896.
  • Kok, J.F., D.A. Ridley, Q. Zhou, L. Miller, C. Zhao, C.L. Heald, D.S. Ward, S. Albani, and K. Haustein, 2017: Smaller desert dust cooling effect estimated from analysis of dust size and abundance. Nat. Geosci., 10, no. 4, 274-278,
  • Khorshiddoust, A. M. Mofidi, A. Rasuly, A. A. & Azarm, K. (2017). Evaluating the sensitivity of RegCM4 model to types of convection parameterization schemes on the modeling of springtime precipitation in the North West of Iran (Case study: spring 2004). Journal of the Earth and Space Physics, *43*(3), 651-671. (In Persian)
  • Kuzu, S. L. & Yavuz, E. (2021). Comparison of RegCM dust schemes by monitoring an aeolian dust transport episode. Air Quality, Atmosphere & Health, 14 (12), 2047-2057.
  • Mallet, M. Solmon, F. & Nabat, P. (2024). Development of dust emission parameterizations in RegCM-4 for Mediterranean basin simulations. HAL open archive.
  • Marcella, M. P. & Eltahir, E. A. B. (2010). Effects of mineral aerosols on the summertime climate of southwest Asia: Incorporating subgrid variability in a dust emission scheme. Journal of Geophysical Research, 115(D7).
  • Mofidi, A. Kamali, S. & Zarrin, A. (2013). Evaluation of the capability of RegCM4 model coupled with a dust scheme in detecting the structure of summer dust storms in the Sistan Plain. The First National Conference on Climatology, Kerman, Iran.
  • Mostafa, A. N. Zakey, A. S. & Alfaro, S. C. (2023). Sensitivity Study of Daily Dust Forecast over the MENA Region Using the RegCM4.4 Model. Environmental Sciences Proceedings, 27 (1), 35.
  • Saha, S. Moorthi, S. Wu, X. Wang, J. Nadiga, S. Tripp, P. Behringer, D. Hou, Y.T. Chuang, H.Y. Iredell, M. and Ek, M. 2014. The NCEP climate forecast system version 2. Journal of Climate, 27(6), pp.2185-2208.
  • Solmon, F. Mallet, M. & Zakey, A. S. (2009). Regional modeling of Saharan dust events using the RegCM model. EGU General Assembly Conference Abstracts,  11, 610.
  • Tsikerdekis, A. (2017). Study of dust aerosol–climate interactions using a regional climate model[Doctoral dissertation, Aristotle University of Thessaloniki].
  • Tsikerdekis, A. Zanis, P. Steiner, A. L. Solmon, F. Amiridis, V. Marinou, E. Katragkou, E. Karacostas, T. & Foret, G. (2017). Impact of dust size parameterizations on aerosol burden and radiative forcing in RegCM4. Atmospheric Chemistry and Physics, 17 (2), 769-791.
  • Zakey, A. S. Solmon, F. & Giorgi, F. (2006). Implementation and testing of a desert dust module in a regional climate model. Atmospheric Chemistry and Physics, Vol. 6, 4687-4704.
  • Zargari, M. Boroughani, M. Entezari, A. Mofidi, A. & Baaghideh, M. (2024). Dynamic modeling of spatial-temporal characteristics of dust in south and southeastern Iran with REG-CM4 model. Journal of Applied Researches in Geographical Sciences,  24 (72), 115-137.