Document
Analyzing the climate change-induced variations in intensity-duration-frequency curves in Tawi Atair, Oman
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2017
Language
English
Subject
English abstract
Climate change affects different areas of our lives. The rise in the mean sea level, increases in temperature and changes in intensity and frequency of extreme events attributed to climate change lead to many socio-economical complications. Water management systems depend on the hydrological inputs for the engineering design. The main input for such designs, the IntensityDuration-Frequency (DF) curves, which were thought to be stationary is actually altered significantly with the changes in the extreme rainfall events. This paper discusses the possible variations in the IDF curves due to the climate change in Tawi Atair, Dhofar. It begins with the development of historical DF curves and then utilizing two General Circulation Models (GCM's) from the Couple Model Intercomparison Phase 5 (CMIP5) for the future projections of IDF curves during the years 2040-2059 and 2080-2099 by considering two emission scenarios, RCP4.5 and RCP8.5. A two-stage downscaling-disaggregation method was applied. Firstly, low spatial resolution GCM results were downscaled to the site-specific scale using weather generator (LarsWG). Secondly, a non-parametric disaggregation technique, known as the K-Nearest Neighbor (KNN), was used to disaggregate GCM daily time series to the hourly and sub-hourly time scales.
The two GCM's were selected among 5 GCM's based on their performance to simulate the local precipitation in the Salalah region during 1950-2005. Accordingly, CNRM-CM5 and MRICGCM3 models were selected. The Lars-WG was calibrated with the observations of the study area for the years 1993-2009. The K-NN optimum disaggregation models for hourly and subhourly disaggregation were obtained based on the window size approach. The optimum window sizes for the hourly and sub-hourly disaggregation were found to be 28 days and 90 hours, respectively.
The results show that the rainfall intensities are increasing especially for the short duration storms. For example, rainfall intensity of 5-min and 1-hr storms with 25-yr return period have increased by 51% and 14% respectively. The level of uncertainty related to different factors such as the methods used, the GCM's and RCP's selected and the statistical fitting of the Annual Maximum Rainfalls (AMR's) to the probability distribution function were discussed and presented in different formats for broader understanding.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
يؤثر التغير المناخي على نواح مختلفة من حياتنا. ارتفاع منسوب مياه البحر، وارتفاع درجات الحرارة وأنواء الطقس الشديدة بسبب تغير المناخ يؤدي إلى العديد من المشاكل المتعلقة بالمجتمعات والإقتصاد. أنظمة إدارة المياه تعتمد أساسا على البيانات المائية من أجل التصميم الهندسي. الركيزة الأساسية لهذه البيانات، ما يسمى ب منحنيات الكثافة الفترة-والتردد ( DF CURVES)، والتي كان يعتقد بأنها ثابتة لا تتغير، هي في الحقيقة تتأثر إلى حد كبير كلما زادت الأنواء المطرية الشديدة. يناقش هذا البحث التغيرات التي من الممكن أن تطرا على منحنيات الكثافة الفترة والتردد نتيجة لتغير المناخ في نيابة طوي أعتير، بمحافظة ظفار. تبدأ العملية برسم منحنيات الكثافة الفترة والتردد للسنوات الماضية، ثم بعد ذلك وباستخدام نموذجين من النماذج المناخية العامة (GCM) المدرجة تحت ال (CMIP5) من أجل التنبؤ المستقبلي لمنحنيات الكثافة الفترة والتردد خلال الفترات من 2040-2059م و 2080-2099م باعتبار سيناريوهين انبعاثيين، RCP4 . 5 و RCP8 . 5. الآلية التي تم اتباعها في هذا البحث هي آلية الإسقاط القياسي - والبعثرة البيانية والتي تجمع بين الإسقاط القياسي للنماذج المناخية العامة ذات الدقة المكانية الرديئة على مقياس المنطقة المحددة باستخدام مولد الطقس ( Lars- WG )، وبين بعثرة بيانات النماذج المناخية العامة المعتمدة على التنبؤ اليومي إلى بيانات ساعاتية و تحت - ساعاتية باستخدام تقنية البعثرة الغير معيارية، ال " کي-إن إن" ( K- NN). النموذجان المناخیان تم اختيارهما من بين خمسة نماذج حسب أدائها في محاكاة بيانات الأمطار المسجلة في صلالة لأنها الأطول مدة (1950-2005م) من بين المحطات الأخرى في المنطقة. أفضل هذه النماذج كان نموذج CNRM- CM5 ونموذج -MRI.CGCM3 لقد تم معايرة مولد الطقس من خلال بيانات الأمطار المسجلة في طوي أعتير خلال السنوات (1993-2009م). بالمقابل، فإن نماذج البعثرة البيانية المثلى قد تم تطويرها باستخدام طريقة حجم النافذة الوقتية (window size approach). كانت حجم النوافذ الوقتية المثلى التي تم تحصيلها لنموذجي البعثرة البيانية الساعاتي والتحت ساعاتي، 28 يوما و 90 ساعة، على التوالي.
تشير النتائج إلى ارتفاع في معدلات كميات الأمطار لاسيما في العواصف القصيرة المدى، على سبيل المثال، فإن العواصف ذات الخمس دقائق والعواصف ذات الساعة زادت بنسبة 51 في المئة و 14 في المئة على التوالي. هامش الخطأ المتعلق بعوامل مختلفة، على سبيل المثال، الطرق المستخدمة، النماذج المناخية والسيناريوهات الإنبعائية المستخدمة، بالإضافة إلى عملية المماثلة الإحصائية بين الكثافة السنوية القصوى للأمطار (AMR وبين دالة توزيع الإحتمالات (PDF)، تم نقاشها وعرضها بأساليب مختلفة لتعميق الفهم.
تشير النتائج إلى ارتفاع في معدلات كميات الأمطار لاسيما في العواصف القصيرة المدى، على سبيل المثال، فإن العواصف ذات الخمس دقائق والعواصف ذات الساعة زادت بنسبة 51 في المئة و 14 في المئة على التوالي. هامش الخطأ المتعلق بعوامل مختلفة، على سبيل المثال، الطرق المستخدمة، النماذج المناخية والسيناريوهات الإنبعائية المستخدمة، بالإضافة إلى عملية المماثلة الإحصائية بين الكثافة السنوية القصوى للأمطار (AMR وبين دالة توزيع الإحتمالات (PDF)، تم نقاشها وعرضها بأساليب مختلفة لتعميق الفهم.
Category
Theses and Dissertations