Assessment of Climate Change Impacts on Snow-Runoff Processes A Case Study‌: Zayandehroud River Basin

Document Type : Original Article

Authors

1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran,

2 MSc. Graduated Student, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, اصفهان, Iran

3 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

Abstract

In this paper, the climate change impacts on snowmelt-runoff processes in upstream of Zayanderoud river basin, the sub-basin upstream of Ghaleh Shahrokh hydrometry station, has been studied. For this purpose daily and eight days MODIS snow cover products have been used to monitor snow cover changes as effective variables in SRM runoff-rainfall model. As a preprocessing step, the accuracy of MODIS products in snow cover assessment are evaluated by the observed land data. The results indicated that the accuracy of the daily snow product in overall, clear sky conditions, and eight day product is 73.4, 92.1 and 84.2 percent, respectively. The snowmelt runoff is modeled in the sub-basin utilizing extracted snow cover, temperature, and precipitation variables and SRM model parameters. The modeling results indicated acceptable performance of SRM in calibration and validation procedures. In this research, the HadCM3 model data under A2 and B2 emission scenarios is utilized. SDSM model have been used to downscale GCM data. The results showed a decreasing trend in precipitation over the case study area for the upcoming decades. Finally using GCM downscaled outputs and the developed snowmelt model, the future runoff in two periods of 2011-2040 as a near future and 2071-2099 as a far future are evaluated under climate change condition. Results showed that annual runoff will decrease and seasonal winter runoff will increase. Also the seasonal runoff in spring will significantly decrease.

Keywords

References

پرهمت ج، صدقی ح، ثقفیان ب (1384) بررسی مدل در شبیه‌سازی رواناب حاصل از ذوب برف با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای در حوضه‌های بدون آمار برف (مطالعه موردی حوضه خرسان در کارون). تحقیقات منابع آب ایران، سال 1، شماره 1:1-11.
دلاور م، مرید س، نیکبخت ن (1390) شبیه­سازی توزیعی ذوب برف در حوضه­های کوهستانی فاقد داده (مطالعه موردی حوضه امامزاده داوود). تحقیقات منابع آب ایران، سال 7، شماره 4 : 41-50.
دهقانی م، مرید س، نوروزی ع ا (1389) ارزیابی شبیه­سازی رواناب حوزه­های برفی با مدل شبیه­سازی SRM و شبکه عصبی برای برآورد انرژی برقابی در مواجهه با کمبود آمار. تحقیقات منابع آب ایران، سال 6، شماره 3: 12-24.
دینی غ، ضیائیان فیروزآبادی پ، علیمحمدی سراب ع، داداشی خانقاه س (1386) بررسی سطوح برفگیر در البرز مرکزی با استفاده از داده‌های ماهوارهای  MODIS و AVHRR و سامانه اطلاعات جغرافیایی(GIS). تحقیقات منابع آب ایران، سال 3، شماره 3: 1-8.
فتاحی ا، دلاور م، قاسمی ا (1390) شبیه‌سازی رواناب ناشی از ذوب برف در حوضه‌های کوهستانی با استفاده از مدل SRM مطالعه موردی حوضه آبریز بازفت. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، شماره 20(23): 129-141.
نجف‌زاده ر، ابریشم‌چی ا، تجریشی م، طاهری شهرآیینی ح (1383) شبیه سازی جریان رودخانه با مدل ذوب برف. مجله آب و فاضلاب، شماره 15(4): 2-11.
Hall DK, Kelly REJ, Foster JL, Chang ATC (2005) Hydrological application of remote sensing: surface states: snow. Encyclopedia of Hydrological Sciences, John Wiley and Sons, Chichester.
Hall DK, Riggs GA, Salomonson VV (1995) Development of methods for mapping global snow cover using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. Remote Sensing of Environment 54: 127−140.
IPCC (2008) Climate change and water. Cambridge University Press, Cambridge.
Klein AG, Barnett AC (2003) Validation of daily MODIS snow cover maps of the Upper Rio Grande River Basin for the 2000-2001 snow year. Remote Sensing of Environment 86(2): 162-176.
Martinec J (1975) Snowmelt Runoff Model for Streamflow Forecasts. Nordic Hydrology 6: 145–154.
Maurer EP, Rhoads JD, Dubayah RO, Lettenmaier DP (2003) Evaluation of the snow-covered area data product from MODIS. Hydrological Processes 17 (1): 59-71.
MODIS Website: http://modis.gsfc.nasa.gov
Parajka J, Blöschl G (2006) Validation of MODIS snow cover images over Austria. Hydrology and Earth System Sciences 10 (5): 679-689.
Riggs GA, Hall DK, Salomonson VV (2006) MODIS snow Products User Guide to Collection 5, NSIDC, 2006.  http://nsidc.org/data/docs/daac/modis_v5/dorothy_snow _doc.pdf.
Stern N (2007) The economics of climate change: The Stern Review, Cambridge University Press, Cambridge.
Tahir AA, Chevallier P, Arnaud Y, Neppel L, Ahmad B (2011) Modeling snowmelt-runoff under climate scenarios in the Hunza River basin, Karakoram Range, Northern Pakistan. Journal of Hydrology 409 (1-2): 104-117.
Tang Q, Lettenmaier DP (2010) Use of satellite snow-cover data for streamflow prediction in the Feather River Basin, California. International Journal of Remote Sensing 31(14): 3745-3762.
Tekeli AE, Akyürek Z, Şorman AA, Şensoy A, Şorman AÜ (2005) Using MODIS snow cover maps in modeling snowmelt runoff process in the eastern part of Turkey. Remote Sensing of Environment 97 (2): 216-230.
Wang X, Xie H, Liang T (2008) Evaluation of MODIS snow cover and cloud mask and its application in Northern Xinjiang, China. Remote Sensing of Environment 112 (4): 1497-1513.
Wilby RL, Dawson CW, Barrow EM (2002) SDSM- A desicision support tool for the assessment of regional climate change impacts. Journal of Environmental Modeling and Software 17: 147-159.
Wilby RL, Dawson CW (2007) A decision support tool for the assessment of regional climate change impacts, User Manual, United Kingdom. Available from: http://co-public.lboro.ac.uk/cocwd/SDSM/ SDSMManual.pdf
Zhou X, Xie H, Hendrickx JMH (2005) Statistical evaluation of remotely sensed snow-cover products with constraints from streamflow and SNOTEL measurements. Remote Sensing of Environment: 94: 214–231.
 
 
 
 
پرهمت ج، صدقی ح، ثقفیان ب (1384) بررسی مدل در شبیه‌سازی رواناب حاصل از ذوب برف با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای در حوضه‌های بدون آمار برف (مطالعه موردی حوضه خرسان در کارون). تحقیقات منابع آب ایران، سال 1، شماره 1:1-11.
دلاور م، مرید س، نیکبخت ن (1390) شبیه­سازی توزیعی ذوب برف در حوضه­های کوهستانی فاقد داده (مطالعه موردی حوضه امامزاده داوود). تحقیقات منابع آب ایران، سال 7، شماره 4 : 41-50.
دهقانی م، مرید س، نوروزی ع ا (1389) ارزیابی شبیه­سازی رواناب حوزه­های برفی با مدل شبیه­سازی SRM و شبکه عصبی برای برآورد انرژی برقابی در مواجهه با کمبود آمار. تحقیقات منابع آب ایران، سال 6، شماره 3: 12-24.
دینی غ، ضیائیان فیروزآبادی پ، علیمحمدی سراب ع، داداشی خانقاه س (1386) بررسی سطوح برفگیر در البرز مرکزی با استفاده از داده‌های ماهوارهای  MODIS و AVHRR و سامانه اطلاعات جغرافیایی(GIS). تحقیقات منابع آب ایران، سال 3، شماره 3: 1-8.
فتاحی ا، دلاور م، قاسمی ا (1390) شبیه‌سازی رواناب ناشی از ذوب برف در حوضه‌های کوهستانی با استفاده از مدل SRM مطالعه موردی حوضه آبریز بازفت. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، شماره 20(23): 129-141.
نجف‌زاده ر، ابریشم‌چی ا، تجریشی م، طاهری شهرآیینی ح (1383) شبیه سازی جریان رودخانه با مدل ذوب برف. مجله آب و فاضلاب، شماره 15(4): 2-11.
Hall DK, Kelly REJ, Foster JL, Chang ATC (2005) Hydrological application of remote sensing: surface states: snow. Encyclopedia of Hydrological Sciences, John Wiley and Sons, Chichester.
Hall DK, Riggs GA, Salomonson VV (1995) Development of methods for mapping global snow cover using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. Remote Sensing of Environment 54: 127−140.
IPCC (2008) Climate change and water. Cambridge University Press, Cambridge.
Klein AG, Barnett AC (2003) Validation of daily MODIS snow cover maps of the Upper Rio Grande River Basin for the 2000-2001 snow year. Remote Sensing of Environment 86(2): 162-176.
Martinec J (1975) Snowmelt Runoff Model for Streamflow Forecasts. Nordic Hydrology 6: 145–154.
Maurer EP, Rhoads JD, Dubayah RO, Lettenmaier DP (2003) Evaluation of the snow-covered area data product from MODIS. Hydrological Processes 17 (1): 59-71.
MODIS Website: http://modis.gsfc.nasa.gov
Parajka J, Blöschl G (2006) Validation of MODIS snow cover images over Austria. Hydrology and Earth System Sciences 10 (5): 679-689.
Riggs GA, Hall DK, Salomonson VV (2006) MODIS snow Products User Guide to Collection 5, NSIDC, 2006.  http://nsidc.org/data/docs/daac/modis_v5/dorothy_snow _doc.pdf.
Stern N (2007) The economics of climate change: The Stern Review, Cambridge University Press, Cambridge.
Tahir AA, Chevallier P, Arnaud Y, Neppel L, Ahmad B (2011) Modeling snowmelt-runoff under climate scenarios in the Hunza River basin, Karakoram Range, Northern Pakistan. Journal of Hydrology 409 (1-2): 104-117.
Tang Q, Lettenmaier DP (2010) Use of satellite snow-cover data for streamflow prediction in the Feather River Basin, California. International Journal of Remote Sensing 31(14): 3745-3762.
Tekeli AE, Akyürek Z, Şorman AA, Şensoy A, Şorman AÜ (2005) Using MODIS snow cover maps in modeling snowmelt runoff process in the eastern part of Turkey. Remote Sensing of Environment 97 (2): 216-230.
Wang X, Xie H, Liang T (2008) Evaluation of MODIS snow cover and cloud mask and its application in Northern Xinjiang, China. Remote Sensing of Environment 112 (4): 1497-1513.
Wilby RL, Dawson CW, Barrow EM (2002) SDSM- A desicision support tool for the assessment of regional climate change impacts. Journal of Environmental Modeling and Software 17: 147-159.
Wilby RL, Dawson CW (2007) A decision support tool for the assessment of regional climate change impacts, User Manual, United Kingdom. Available from: http://co-public.lboro.ac.uk/cocwd/SDSM/ SDSMManual.pdf
Zhou X, Xie H, Hendrickx JMH (2005) Statistical evaluation of remotely sensed snow-cover products with constraints from streamflow and SNOTEL measurements. Remote Sensing of Environment: 94: 214–231.
 
 
 

Files

History

  • Receive Date: 21 August 2014
  • Accept Date: 19 September 2014

Share

How to cite

Statistics