जलवायु मॉडल

सीएमआईपी6

भविष्य के परिदृश्यों का विश्लेषण करने के लिए, एक बहु-मॉडल ढांचे में जलवायु परिवर्तनशीलता और जलवायु परिवर्तन के प्रभावों को समझने के लिए, CMIP6 बहु-मॉडल पहनावा (युग्मित मॉडल अंतर-तुलना परियोजना) का उपयोग किया जाता है। CMIP एक "अग्रिम मॉडल के विकास और पृथ्वी प्रणाली की वैज्ञानिक समझ के लिए बड़े कार्यक्रम 'है (WCRP-जलवायु) विश्व जलवायु अनुसंधान कार्यक्रम (WCRP) के युग्मित मॉडलिंग के कार्य समूह (WGCM) की। इसमें दुनिया भर के 30 से अधिक समूह शामिल हैं, 21 मॉडल अंतर-तुलना परियोजनाओं को विश्व जलवायु अनुसंधान कार्यक्रम की बड़ी चुनौतियों और सीएमआईपी 6 के मौलिक विज्ञान प्रश्नों के लिए उनकी प्रासंगिकता के आधार पर समर्थन दिया गया था। मॉडल सिमुलेशन का मूल्यांकन अंतरराष्ट्रीय जलवायु आकलन और बातचीत में भी किया गया है, जैसे कि आईपीसीसी मूल्यांकन रिपोर्ट।

आईएसआईएमआईपी3बी

वेबपोर्टल क्लाइमेटइम्पैक्ट्सऑनलाइन के लिए अंतर-क्षेत्रीय प्रभाव मॉडल इंटरकंपेरिसन प्रोजेक्ट (ISIMIP) से पूर्वाग्रह-समायोजित ISIMIP3b जलवायु इनपुट डेटा का उपयोग किया गया था। डेटा सेट में मूल GCM डेटा होता है, जिसे CMIP6 संग्रह से निकाला जाता है। पूर्वाग्रह सुधार और सांख्यिकीय डाउनस्केलिंग के लिए ISIMIP3BASD और W5E5 v2.0.was लागू किया गया था (लैंग, 2019a, 2020)। पूर्व-औद्योगिक (1601-1849), ऐतिहासिक (1850-2014) और भविष्य (2015-2100) स्थितियां विभिन्न मॉडलों से सीएमआईपी 6 आउटपुट द्वारा प्रदान की जाती हैं। ISIMIP3b में प्रयुक्त CMIP6 परिदृश्य निम्नलिखित हैं: पूर्व-औद्योगिक नियंत्रण प्रयोग (piControl), ऐतिहासिक, ssp126 (SSP1-RCP2.6), ssp370 (SSP3-RCP7) और ssp585 (SSP5-RCP8.5)। चर के रूप में ISIMIP3b में निकट-सतह सापेक्ष आर्द्रता, निकट-सतह विशिष्ट आर्द्रता, निकट-सतह हवा की गति, दैनिक अधिकतम तापमान, दैनिक औसत तापमान, दैनिक न्यूनतम तापमान, लंबी लहर डाउनवेलिंग विकिरण, लघु तरंग डाउनवेलिंग विकिरण, हिमपात, सतही वायु दाब और कुल वर्षा।

विस्तार से मॉडल

जलवायु मॉडल, जो कि CMIP6 परियोजना का हिस्सा है, 2018 में जारी किया गया था। इसमें निम्न शामिल हैं:
"एयरोसोल: इंटरैक्टिव (एयरोसोल अप्रत्यक्ष प्रभाव सहित), एटमॉस: GFDL-AM4.1 (क्यूब्ड-स्फीयर (c96) - 1 डिग्री नाममात्र क्षैतिज रिज़ॉल्यूशन; 360 x 180 देशांतर/अक्षांश; 49 स्तर; शीर्ष स्तर 1 Pa), atmosChem: GFDL-ATMCHEM4.1 (पूर्ण वायुमंडलीय रसायन विज्ञान), भूमि: GFDL-LM4.1 (एक नई वनस्पति गतिशीलता मॉडल के साथ भूमि मॉडल जिसमें पौधे की उम्र और ऊंचाई संरचना और मिट्टी के रोगाणुओं के स्पष्ट उपचार के साथ दैनिक आग, फसल, चारागाह और चराई शामिल है। टाइल्स), लैंडआइस: GFDL-LM4.1, महासागर: GFDL-OM4p5 (GFDL-MOM6, ट्रिपोलर - नाममात्र 0.5 डिग्री; 720 x 576 देशांतर/अक्षांश; 75 स्तर; शीर्ष ग्रिड सेल 0-2 मीटर), ocnBgchem: GFDL- COBALTv2, समुद्री बर्फ: GFDL-SIM4p5 (GFDL-SIS2.0, ट्रिपोलर - नाममात्र 0.5 डिग्री; 720 x 576 देशांतर/अक्षांश; 5 परतें; 5 मोटाई श्रेणियां), MOM6 के साथ संगतता के लिए विकिरण हस्तांतरण और C-ग्रिड गतिकी के साथ। मॉडल नेशनल ओशनिक एंड एटमॉस्फेरिक एडमिनिस्ट्रेशन, जियोफिजिकल फ्लुइड डायनेमिक्स लेबोरेटरी, प्रिंसटन, एनजे 08540, यूएसए (एनओएए-जीएफडीएल) द्वारा देशी नाममात्र प्रस्तावों में चलाया गया था: ए एरोसोल: 100 किमी, एटमॉस: 100 किमी, एटमॉसकेम: 100 किमी, भूमि: 100 किमी, लैंडआइस: 100 किमी, महासागर: 50 किमी, ocnBgchem: 50 किमी, समुद्रीबर्फ: 50 किमी।"
स्रोत: CMIP6.CMIP.IPSL.IPSL-CM6A-LR

IPSL-CM6A-LR जलवायु मॉडल 2017 में जारी किया गया था और यह CMIP परियोजना का भी हिस्सा है। मॉडल में घटक शामिल हैं: "atmos: LMDZ (NPv6, N96; 144 x 143 देशांतर/अक्षांश; 79 स्तर; शीर्ष स्तर 80000 मीटर), भूमि: ORCHIDEE (v2.0, जल/कार्बन/ऊर्जा मोड), महासागर: NEMO -OPA (eORCA1.3, ट्रिपोलर मुख्य रूप से 1deg; 362 x 332 देशांतर/अक्षांश; 75 स्तर; शीर्ष ग्रिड सेल 0-2 मीटर), ocnBgchem: NEMO-PISCES, समुद्री बर्फ: NEMO-LIM3। मॉडल इंस्टीट्यूट पियरे द्वारा चलाया गया था। साइमन लाप्लास, पेरिस 75252, फ़्रांस (आईपीएसएल) देशी नाममात्र प्रस्तावों में: एटमॉस: 250 किमी, भूमि: 250 किमी, महासागर: 100 किमी, ओसीएनबीजीकेम: 100 किमी, समुद्री बर्फ: 100 किमी।"
स्रोत: CMIP6.CMIP.IPSL.IPSL-CM6A-LR

MPI-ESM में वायुमंडल और महासागर के लिए युग्मित सामान्य परिसंचरण मॉडल शामिल हैं, ECHAM6 (स्पेक्ट्रल T127; 384 x 192 देशांतर/अक्षांश; 95 स्तर; शीर्ष स्तर 0.01 hPa) और MPIOM (ट्रिपोलर TP04, लगभग 0.4deg; 802 x) 404 देशांतर/अक्षांश; 40 स्तर; शीर्ष ग्रिड सेल 0-12 मीटर), और भूमि और वनस्पति JSBACH3.20 और समुद्री जैव-भू-रसायन HAMOCC6 के लिए सबसिस्टम मॉडल। यह मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर मौसम विज्ञान, हैम्बर्ग 20146, जर्मनी (एमपीआई-एम) द्वारा देशी नाममात्र प्रस्तावों में चलाया जाता है: "एयरोसोल: 100 किमी, एटमॉस: 100 किमी, भूमि: 100 किमी, भूमि: कोई नहीं, महासागर: 50 किमी, ocnBgchem: 50 किमी, समुद्रीबर्फ: 50 किमी।"
स्रोत: CMIP6.HighResMIP.MPI-M.MPI-ESM1-2-HR

मॉडल MRI-ESM2.0 2017 में जारी किया गया था और मौसम विज्ञान अनुसंधान संस्थान, त्सुकुबा, इबाराकी 305-0052, जापान (MRI) द्वारा चलाया जाता है। इसमें निम्नलिखित घटक शामिल हैं: "एयरोसोल: MASINGAR mk2r4 (TL95; 192 x 96 देशांतर/अक्षांश; 80 स्तर; शीर्ष स्तर 0.01 hPa), वायुमंडल: MRI-AGCM3.5 (TL159; 320 x 160 देशांतर/अक्षांश; 80 स्तर; शीर्ष स्तर 0.01 hPa), atmosChem: MRI-CCM2.1 (T42; 128 x 64 देशांतर/अक्षांश; 80 स्तर; शीर्ष स्तर 0.01 hPa), भूमि: HAL 1.0, महासागर: MRI.COM4.4 (त्रिध्रुवीय प्राथमिक रूप से 0.5 डिग्री अक्षांश भूमध्य रेखा के उत्तर और दक्षिण में 10 डिग्री के भीतर 0.3 डिग्री तक मेरिडियन शोधन के साथ 1 डिग्री देशांतर; 360 x 364 देशांतर/अक्षांश; 61 स्तर; शीर्ष ग्रिड सेल 0-2 मीटर), ocnBgchem: MRI.COM4.4, समुद्री बर्फ: MRI.COM4.4. मॉडल को मूल नाममात्र के प्रस्तावों में चलाया गया था: एरोसोल: 250 किमी, एटमॉस: 100 किमी, एटमॉसकेम: 250 किमी, भूमि: 100 किमी, महासागर: 100 किमी, ocnBgchem: 100 किमी, समुद्री बर्फ: 100 किमी। "
स्रोत: CMIP6.CMIP.MRI.MRI-ESM2-0

UKESM1 में NEMO महासागर मॉडल और CICE समुद्री-बर्फ, साथ ही TRIFFID गतिशील वनस्पति के साथ JULES भूमि सतह मॉडल शामिल हैं। इसके अलावा, मॉडल यूकेसीए का उपयोग करते हुए वायुमंडलीय रसायन विज्ञान और एरोसोल का अनुकरण करता है, मेडुसा के साथ समुद्री जैव-रसायन विज्ञान और BISICLES मॉडल के साथ गतिशील बर्फ की चादरें। स्रोत: यूकेईएसएम

स्रोत:

जल-चिकित्सीय मॉडल

जल क्षेत्र के चरों के लिए अलग-अलग जलविज्ञानी मॉडल का उपयोग किया गया था। उपयोग किए गए दो जलविज्ञानी मॉडल निम्नलिखित हैं:

ISIMIP - CWatM

CWatM एक स्थानिक रूप से वितरित, वर्षा-जल निकासी और चैनल रूटिंग जल संसाधन मॉडल है (ब्युरेक एट अल., 2020)। यह प्रक्रिया-आधारित है और इसका उपयोग जल उपलब्धता, विभिन्न क्षेत्रों (उद्योग, घरेलू, कृषि) द्वारा मानव जल निकासी, और जलाशय, भूजल पंपिंग और सिंचाई नहरों सहित जल अवसंरचना के प्रभावों को मात्रात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए किया जाता है। CWatM को ग्रिड स्तर पर डिज़ाइन किया गया है, जिसमें वैश्विक पैमाने पर 0.5° और 0.0833° संकल्प के लिए दो मूल संस्करण हैं (जिसमें उप-ग्रिड संकल्प में स्थलाकृति और भूमि आवरण को ध्यान में रखा गया है)। यह दैनिक समय चरणों पर संचालित होता है (जिसमें मिट्टी और नदी मार्ग निर्धारण के लिए उप-दैनिक समय चरण होते हैं)।

ISIMIP - H08

H08 एक ग्रिड-सेल आधारित वैश्विक जलविज्ञानी मॉडल है। इसमें छह उप-मॉडल शामिल हैं, अर्थात् भूमि सतह जलविज्ञान, नदी मार्गदर्शन, जलाशय संचालन, फसल वृद्धि, पर्यावरणीय प्रवाह, और जल निष्कर्षण। उप-मॉडलों के सूत्रीकरण का वर्णन हनासाकी एट अल. में विस्तार से किया गया है। (2008a,b, 2010). मानक सिमुलेशन सेटिंग्स में, H08 जल विज्ञान और जल उपयोग की भौगोलिक विषमता का आकलन करने के लिए पूरे ग्लोब को 0.5°×0.5° के संकल्प पर स्थानिक रूप से कवर करता है। सिमुलेशन अवधि आमतौर पर कई दशकों की होती है और गणना अंतराल एक दिन का होता है। छह उप-मॉडल प्रत्येक गणना अंतराल पर जल प्रवाहों का आदान-प्रदान करते हैं और जल भंडारण को अपडेट करते हैं, जिसमें जल संतुलन पूरी तरह से बंद रहता है (त्रुटि कुल इनपुट वर्षा के 0.01% से कम है)। ये विशेषताएँ हमें प्राकृतिक जल चक्र और पृथ्वी की प्रमुख मानवीय गतिविधियों के बीच के प्रमुख अंतःक्रिया को स्पष्ट रूप से अनुकरण करने में सक्षम बनाती हैं। H08 का स्रोत कोड और मैनुअल सार्वजनिक रूप से उपलब्ध हैं, जो यहाँ उपलब्ध हैंhttp://h08.nies.go.jp।2016 में, H08 की जल निष्कर्षण योजनाओं को काफी बढ़ाया गया है। इसके अतिरिक्त, भूमि सतह जलविज्ञान उप-मॉडल में एक सरल भूजल योजना जोड़ी गई। इसने हमें छह प्रमुख जल स्रोतों से जल निष्कर्षण का अनुमान लगाने में सक्षम बनाया, अर्थात्, वैश्विक जलाशयों द्वारा विनियमित प्रवाह (यानी दुनिया की प्रमुख नदियों के मुख्य चैनल के प्रवाह को विनियमित करने वाले जलाशय), जलनली जल हस्तांतरण, स्थानीय जलाशय, समुद्र जल निस्पंदन, नवीकरणीय भूजल, और गैर-नवीकरणीय भूजल। एक मॉडल विवरण पत्र उपलब्ध हैhttps://www.hydrol-earth-syst-sci.net/22/789/2018/।H08, ISIMIP2a प्रोटोकॉल का पालन करने वाले 13 वैश्विक जलविज्ञान मॉडलों में से एक है, जो ISIMIP2a वैश्विक जल क्षेत्र आउटपुट के लिए सिमुलेशन का आधार बनाते हैं; ISIMIP2a सिमुलेशन डेटा फ्रॉम वॉटर (वैश्विक) सेक्टर के पूर्ण तकनीकी विवरण के लिए, इस DOI लिंक को देखें:http://doi.org/10.5880/PIK.2017.010ISIMIP2b के लिए, नए H08 (हनासाकी एट अल., 2018) का उपयोग किया गया था। यह मॉडल मुख्य रूप से छह बिंदुओं से "क्लासिक H08" (हनासाकी एट अल. 2008a, 2008b, 2010) से काफी अलग है। - भूजल योजना जोड़ी गई। - भूजल निष्कर्षण योजना जोड़ी गई। - जलवाहक (एक्वाडक्ट) जल स्थानांतरण योजना जोड़ी गई - वापसी प्रवाह और वितरण हानि के लिए योजना जोड़ी गई - जलाशय योजना को अद्यतन किया गया - समुद्री जल निस्पंदन योजना जोड़ी गई ISIMIP3a/3b के लिए, H08 के जलविज्ञान मापदंडों को योशिदा एट अल. के अध्ययन के आधार पर समायोजित किया गया है। (2022;https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2021WR030660). हमें विश्वास है कि अब पिछले संस्करणों की तुलना में समग्र जल संतुलन का बेहतर अनुमान लगाया गया है। कुछ तकनीकी कारणों से, उप-आर्कटिक जलवायु (Dc) के लिए पैरामीटर अक्षांशीय खंडों के अनुसार भिन्न होते हैं। इससे खंडों की सीमाओं पर जलविज्ञानी चरों (जैसे मृदा नमी) में अचानक उछाल आ सकता है। अधिक जानकारी के लिए योशिदा एट अल. (2022) देखें।

मानवीय प्रेरक प्रयोग निर्दिष्टकर्ता (सोस-परिदृश्य)

स्रोत:

कृषि मॉडल

फसल उपज चर के लिए कृषि डेटा ISIMIP3b कृषि आउटपुट डेटा से लिया गया था। दिखाए गए डेटा में 11 विभिन्न कृषि मॉडलों का एक समूह शामिल है। प्रस्तुत डेटा वैश्विक फसल मॉडलों से व्युत्पन्न है, जो जलवायु, मिट्टी और प्रबंधन स्थितियों के लिए सामान्यीकृत धारणाओं का उपयोग करके दुनिया भर में फसल वृद्धि का अनुकरण करते हैं। चूंकि क्षेत्रीय वातावरण भिन्न होते हैं, इसलिए सटीकता में सुधार के लिए ऐसे मॉडलों को आमतौर पर स्थानीय डेटा के साथ कैलिब्रेट किया जाता है। यहां दिखाए गए परिणामों को क्षेत्रीय रूप से कैलिब्रेट नहीं किया गया है, और इसलिए वे इस क्षेत्र के लिए सटीक उपज स्तरों का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकते हैं। इन्हें सटीक स्थानीय मानों के बजाय वैश्विक या बड़े पैमाने के रुझानों को दर्शाने के रूप में समझा जाना चाहिए।
इनपुट के रूप में उपयोग किए गए प्रत्येक कृषि मॉडल के बारे में विवरण नीचे सूचीबद्ध हैं।

प्रभाव मॉडल - CYGMA1p74

CYGMA एक वैश्विक ग्रिडयुक्त फसल मॉडल है। यह मॉडल देशांतर और अक्षांश में 0.5° के संकल्प पर काम करता है और इसका दैनिक समय-चरण होता है। मॉडल में, फसल के विकास को फसल की थर्मल आवश्यकताओं के सापेक्ष संचित ग्रोइंग डिग्री डेज़ (growing degree days) के एक अंश के रूप में मॉडल किया गया है। गेहूं के लिए, केवल बसंत गेहूं (spring wheat) पर विचार किया गया है, क्योंकि वेर्नलाइज़ेशन प्रक्रिया (vernalization process) वर्तमान में मॉडल में शामिल नहीं है। पत्ती का विकास और वृद्धत्व (senescence) पत्ती क्षेत्र सूचकांक वक्र (leaf area index curve) के निर्धारित आकार का उपयोग करके, विकासशील मौसम के अंश के अनुसार गणना की जाती है। उपज की गणना फसल की छतरी द्वारा अवशोषित प्रकाश संश्लेषणीय सक्रिय विकिरण, विकिरण-उपयोग दक्षता (RUE), RUE पर CO2 उर्वरण के प्रभावों और कुल बायोमास वृद्धि के उस अंश से की जाती है जो काटने योग्य घटक को आवंटित किया गया है। मृदा जल संतुलन उप-मॉडल, जो बर्फ की चादर उप-मॉडल के साथ जुड़ा हुआ है, का उपयोग वास्तविक वाष्पोत्सर्जन की गणना करने के लिए किया जाता है। मॉडल में, फसल के विकास को फसल की थर्मल आवश्यकताओं के सापेक्ष संचित ग्रोइंग डिग्री डेज़ (growing degree days) के एक अंश के रूप में मॉडल किया गया है। गेहूं के लिए, केवल बसंत गेहूं (spring wheat) पर विचार किया जाता है, क्योंकि वेर्नलाइज़ेशन प्रक्रिया (vernalization process) वर्तमान में मॉडल में शामिल नहीं है। पत्ती का विकास और वृद्धत्व (senescence) पत्ती क्षेत्र सूचकांक वक्र (leaf area index curve) के निर्धारित आकार का उपयोग करके, बढ़ते मौसम के अंश के अनुसार गणना की जाती है। उपज की गणना फसल की छतरी द्वारा अवशोषित प्रकाश संश्लेषणीय सक्रिय विकिरण, विकिरण-उपयोग दक्षता (RUE), RUE पर CO2 उर्वरण के प्रभावों और कुल बायोमास वृद्धि के उस अंश से की जाती है जो काटने योग्य घटक को आवंटित किया गया है। मृदा जल संतुलन उप-मॉडल, जो बर्फ की चादर उप-मॉडल के साथ जुड़ा हुआ है, का उपयोग वास्तविक वाष्पोत्सर्जन की गणना करने के लिए किया जाता है। पाँच विभिन्न प्रकार के तनाव, अर्थात् नाइट्रोजन (N) की कमी, गर्मी, ठंड, पानी की कमी और पानी की अधिकता पर विचार किया जाता है, और एक दिन के लिए सबसे प्रमुख तनाव प्रकार, शाकीय वृद्धि अवधि के लिए पत्तियों के क्षेत्र में दैनिक संभावित वृद्धि और प्रजनन वृद्धि अवधि के लिए उपज को कम कर देता है। मॉडल में सोयाबीन की वृद्धि और उपज, यहाँ विचार की गई अन्य फसलों की तुलना में नाइट्रोजन (N) की कमी के तनाव के प्रति कम संवेदनशील है क्योंकि सोयाबीन एक दालहन है जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण करता है। N की कमी को छोड़कर सभी तनाव प्रकार दैनिक मौसम के आधार पर होते हैं, और ज्ञान भंडार बढ़ने के साथ ही प्रत्येक फसल की इन तनावों के प्रति सहनशीलता बढ़ जाती है। ज्ञान भंडार एक आर्थिक संकेतक है जिसकी गणना 1961 से प्रत्येक देश के सार्वजनिक वार्षिक कृषि अनुसंधान और विकास (R&D) व्यय के योग के रूप में की जाती है, जिसमें एक निश्चित अप्रचलन दर होती है, और यह किसी देश में किसानों के बीच कृषि प्रौद्योगिकी और प्रबंधन के औसत स्तर का प्रतिनिधित्व करता है। मॉडलिंग के बारे में अधिक विवरण इजुमी एट अल. (2017) में उपलब्ध हैं।

प्रभाव मॉडल - क्रोवर

क्रोवर (CROVER) ISIMIP3a/b प्रोटोकॉल का पालन करने वाले 15 मॉडलों में से एक है, जो ISIMIP3a/b कृषि क्षेत्र के आउटपुट के लिए सिमुलेशन का आधार बनाते हैं; कृषि क्षेत्र से ISIMIP3a सिमुलेशन डेटा के पूर्ण तकनीकी विवरण के लिए, इस DOI लिंक को देखें:https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-281/

प्रभाव मॉडल - EPIC-IIASA

EPIC-आधारित वैश्विक ग्रिडयुक्त फसल मॉडलिंग प्रणाली "EPIC-IIASA" का उपयोग फसल रोपण प्रथाओं, उर्वरक और सिंचाई प्रथाओं या संरक्षण और जैविक कृषि विकल्पों, और जलवायु परिवर्तन और मृदा क्षरण सहित परिवर्तित पर्यावरण जैसी प्रबंधन हस्तक्षेपों के प्रति मुख्य वैश्विक कृषि प्रणालियों का आकलन करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, ईपिक-आईआईएएसए का उपयोग फसल भूमि प्रबंधन प्रणालियों और जल उपलब्धता, मिट्टी में नाइट्रोजन और फॉस्फोरस के स्तर, और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन जैसे पर्यावरणीय संकेतकों पर उनके प्रभावों की तुलना करने के लिए किया जाता है।
पर्यावरण नीति एकीकृत जलवायु मॉडल और जलवायु, मिट्टी, भूमि आवरण और भूमि उपयोग पर वैश्विक या क्षेत्रीय डेटासेट पर आधारित, EPIC-IIASA विभिन्न मौसम, स्थलाकृतिक और मिट्टी की स्थितियों के तहत कई प्रकार की फसलों और उनके प्रबंधन का विश्लेषण कर सकता है। यह एक ओर पौधों की वृद्धि और उपज, और दूसरी ओर पर्यावरणीय प्रभावों और स्थिरता के बीच होने वाले संतुलन-समन्वय की जांच करता है।
उदाहरण के लिए, EPIC-IIASA मिट्टी के प्रकार और मौजूदा जलवायु परिस्थितियों के आधार पर यह अनुमान लगा सकता है कि उर्वरक से मिलने वाले पोषक तत्व, जैसे नाइट्रोजन (N), किस हद तक पास की नदी और धारा नेटवर्क में रिस रहे हैं। यह समस्या चिंता का बढ़ता हुआ विषय है क्योंकि वैश्विक स्तर पर कृषि में उपयोग किए जाने वाले N का दो-पांचवां हिस्सा हानिकारक पर्यावरणीय प्रभावों के साथ पारिस्थितिकी तंत्र में खो जाता है।
EPIC-IIASA सतत कृषि के विकल्पों का विश्लेषण कर सकता है, जिसमें मृदा अपरदन नियंत्रण, फसल अवशेष प्रबंधन, मृदा कार्बनिक कार्बन भंडार में सुधार और जीएचजी उत्सर्जन में कमी शामिल है। वैश्विक और क्षेत्रीय EPIC-IIASA अनुप्रयोग कृषि प्रणालियों की वैश्विक जलवायु और खाद्य सुरक्षा लक्ष्यों को पूरा करने में योगदान देने की क्षमता के बारे में जानकारी देने में मदद करते हैं।

प्रभाव मॉडल - ISAM

एकीकृत विज्ञान मूल्यांकन मॉडल (ISAM) एक युग्मित जैव-भू-रासायनिक और जैव-भू-भौतिकीय मॉडल है, जिसमें 0.5° × 0.5° का स्थानिक संकल्प और आधे घंटे से लेकर वार्षिक समय चरणों तक के कई कालिक संकल्प हैं। यह प्रकाश संश्लेषण, सतही जल विज्ञान, विकिरण हस्तांतरण, कार्बन आवंटन, और पारिस्थितिकी तंत्र श्वसन के माध्यम से विभिन्न स्थलीय पारिस्थितिकी तंत्रों के लिए C, N, ऊर्जा, और जल बजट का अनुकरण करता है (बर्मन एट अल., 2014a, 2014b; यांग एट अल., 2009)। इसके अलावा, ISAM C3 और C4 खाद्य फसलों (मक्का, सोयाबीन, गेहूं और चावल) और बायोएनर्जी घासों के लिए फसल विकास प्रक्रियाओं को शामिल करता है (मिस्कैंथस, केव-इन-रॉक, और अलामो), जिनका मूल्यांकन स्थल-स्तरीय, क्षेत्रीय, और वैश्विक स्तर पर किया जाता है (गाहलोत एट अल., 2020; लिन एट अल., 2017; नियोगी एट अल., 2015; सॉन्ग एट अल., 2013, 2015, 2016)। ISAM की कुछ महत्वपूर्ण विशेषताएँ, जो अद्वितीय हैं और फसल उपज की गणना के लिए महत्वपूर्ण हैं, में शामिल हैं (i) गतिशील फसल-विशिष्ट फेनोलॉजी और कार्बन आवंटन योजनाएँ (सॉन्ग एट अल., 2013, 2015), जो विभिन्न फसलों की चरम पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रति संवेदनशीलता को ध्यान में रखती हैं; (ii) गतिशील वनस्पति संरचनाएं, जो पर्ण क्षेत्र सूचकांक (LAI), कैनोपी ऊंचाई और जड़ की गहराई में मौसमी परिवर्तनशीलता को बेहतर ढंग से दर्शाती हैं; (iii) गहराई पर गतिशील जड़ वितरण प्रक्रियाएं जो अनुकरणीय जड़-मध्यस्थ मृदा जल अवशोषण और वाष्पोत्सर्जन में सुधार करती हैं।

प्रभाव मॉडल - LDNDC

LandscapeDNDC, ISIMIP3a/b प्रोटोकॉल का पालन करने वाले 15 मॉडलों में से एक है, जो ISIMIP3a/b कृषि क्षेत्र के आउटपुट के लिए सिमुलेशन का आधार बनाते हैं; कृषि क्षेत्र से ISIMIP3a सिमुलेशन डेटा के पूर्ण तकनीकी विवरण के लिए, इस DOI लिंक को देखें:https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-281/

प्रभाव मॉडल - LPJ-GUESS

यह मॉडल LPJ-GUESS का फसल-सक्षम संस्करण है, जिसका वर्णन लिंडेस्कोग एट अल. (2013) में किया गया है। यह बॉन्डो एट अल. में वर्णित LPJmL पर ढीले तौर पर आधारित है। (2007), लेकिन यह कई महत्वपूर्ण पहलुओं में भिन्न है, जिसमें देखे गए देश-स्तरीय उपज के लिए कैलिब्रेट न किया जाना, एक नई फेनोलॉजी योजना, और एक फसल के परिपक्वता प्राप्त करने के लिए आवश्यक संभावित हीट यूनिट्स (PHU) की गतिशील गणना शामिल है। बोने की तारीखों की गणना वाहा एट अल. के अनुसार गतिशील रूप से की जाती है। (2012)। किसी विशेष ग्रिड सेल में फसल के पूर्ण विकास के लिए आवश्यक PHU योग की गणना बुआई की तारीख से नमूना अवधि (190 से 245 दिनों तक) के अंत तक संचित हीट यूनिट योगों के 10-वर्षीय चल औसत का उपयोग करके की जाती है, जो डिफ़ॉल्ट बुआई और कटाई की अंतिम तिथियों से प्राप्त किया गया है। (लिंडेस्कोग एट अल., 2013)। फसलों की कटाई पूर्ण विकास पर की जाती है। जलवायु के प्रति PHU में यह गतिशील भिन्नता प्रभावी रूप से प्रचलित जलवायु के प्रति फसल की किस्म के पूर्ण अनुकूलन का अनुमान लगाती है। इस मॉडल के इस संस्करण में N की कमी को स्पष्ट रूप से शामिल नहीं किया गया है।

प्रभाव मॉडल - LPJmL

LPJmL एक गतिशील वैश्विक वनस्पति मॉडल है जिसे कृषि प्रणालियों और स्थलीय जल चक्र को शामिल करने के लिए विस्तारित किया गया है। यह विभिन्न फसलों, चरागाह प्रणालियों और प्राकृतिक वनस्पति गतिकी के क्षणिक सिमुलेशन में सक्षम है और फसल सिमुलेशन में विभिन्न प्रबंधन पहलुओं को ध्यान में रख सकता है।

प्रभाव मॉडल - pDSSAT

pDSSAT, ISIMIP3a/b प्रोटोकॉल का पालन करने वाले 15 मॉडलों में से एक है जो ISIMIP3a/b कृषि क्षेत्र के आउटपुट के लिए सिमुलेशन का आधार बनाते हैं; कृषि क्षेत्र से ISIMIP3 सिमुलेशन डेटा के पूर्ण तकनीकी विवरण के लिए, यह DOI लिंक देखें: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-281/
pDSSAT, DSSAT फसल मॉडल को एक समानांतर वैश्विक तरीके से चलाने के लिए pSIMS वातावरण का उपयोग करता है। GGCMI/ISIMIP चरण 3a/3b (समूह 1 और 2) में हम DSSAT संस्करण 4.6 का उपयोग करते हैं, जिसे अब चरण 3a ATTRICI और चरण 3b समूह 3 सिमुलेशन के लिए संस्करण 4.8 में अपडेट किया गया है।

प्रभाव मॉडल - PEPIC

PEPIC एक पाइथन-आधारित पर्यावरण नीति एकीकृत जलवायु (EPIC) मॉडल है।

प्रभाव मॉडल - प्रॉमेट

प्रोमेट (PROMET) एक जलविज्ञानी भूमि सतह प्रक्रिया मॉडल है, जिसे फसल वृद्धि और उपज गठन का मॉडल बनाने के लिए एक जैव-भौतिक गतिशील वनस्पति घटक द्वारा विस्तारित किया गया है। यह फार्क्वहार एट अल. (1980) और बॉल एट अल. के दृष्टिकोणों के आधार पर शुद्ध प्राथमिक उत्पादन और श्वसन निर्धारित करने के लिए प्रथम-क्रम के भौतिक और शारीरिक सिद्धांतों का उपयोग करता है। (1987), जिसे यिन एट अल (2005) के फेनोलॉजी और दो-परत कैनोपी आर्किटेक्चर घटक के साथ जोड़ा गया है। PROMET, शुद्ध प्राथमिक उत्पादन और फेनोलॉजी की निर्भरता को पर्यावरणीय परिस्थितियों पर ध्यान में रखता है, जिसमें मौसम विज्ञान, C3 और C4 मार्गों के लिए CO2 सांद्रता के साथ-साथ पानी और तापमान का तनाव शामिल है। कैनोपी और उसके नीचे की मिट्टी की सतह का द्रव्यमान और ऊर्जा संतुलन प्रत्येक सिमुलेशन समय चरण के लिए पुनरावृत्ति करके बंद किया जाता है। कैनोपी और फेनोलॉजी घटक, विकास के फेनोलॉजिकल चरण के आधार पर, कैनोपी के विभिन्न पौधों के अंगों में अवशोषित पदार्थों को आवंटित करता है। विकास अवधि के दौरान फल अंश के भीतर संचित अवशोषित पदार्थ, उपज निर्माण के लिए उपलब्ध शुष्क बायोमास को निर्धारित करते हैं। पर्यावरणीय परिस्थितियों (मुख्य रूप से प्रकाश, पानी, तापमान और हवा) के प्रति फसल वृद्धि की गैर-रेखीय प्रतिक्रियाओं को ध्यान में रखने के लिए सिमुलेशन को प्रति घंटे के समय चरण पर किया जाता है। दैनिक जलवायु मॉडल डेटा का प्रति घंटा मानों में रूपांतरण टेडीटूल v1.1 (ज़ाबेल और पोश्लॉड 2023) द्वारा किया जाता है। विचारित फसल की मौसम संबंधी और मिट्टी-विशिष्ट परिस्थितियों पर प्रतिक्रिया के आधार पर, फसल या तो कटाई से पहले पानी, गर्मी या ठंड के तनाव के कारण मर सकती है या यह परिपक्वता तक नहीं पहुँच सकती है। दोनों ही मामलों में, इसका परिणाम कुल उपज हानि होता है।

प्रभाव मॉडल - सिम्प्लेस-लिंटुल5

सिम्प्लेस—टिकाऊ फसलों और कृषि-पारिस्थितिकी तंत्रों के लिए एक बहुमुखी मॉडलिंग और सिमुलेशन फ्रेमवर्कhhttps://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad006

जलवायु परिदृश्य

तथाकथित प्रतिनिधि एकाग्रता पथ (आरसीपी) जलवायु परिवर्तन पर अंतर सरकारी पैनल (आईपीसीसी) की पांचवीं आकलन रिपोर्ट के लिए विकसित किए गए थे। वे ग्रीनहाउस गैसों से प्रेरित विकिरण ड्राइव के विभिन्न स्तरों का वर्णन करते हैं जो 2011 से 2100 की अवधि में हो सकते हैं। हालांकि, उन्होंने उनके साथ जाने के लिए किसी भी सामाजिक आर्थिक "कथा" को शामिल नहीं किया। पिछले कुछ वर्षों में, जलवायु वैज्ञानिकों, अर्थशास्त्रियों और ऊर्जा प्रणाली मॉडलर्स की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने नए "मार्गों" की एक श्रृंखला विकसित की है जो यह जांचती है कि अगली शताब्दी में वैश्विक समाज, जनसांख्यिकी और अर्थशास्त्र कैसे बदल सकते हैं। उन्हें "साझा सामाजिक आर्थिक रास्ते" (एसएसपी) के रूप में जाना जाता है। एसएसपी 2017 में प्रकाशित हुए थे (रियाही एट अल।, 2017) और वे 2021/2022 में आईपीसीसी छठी मूल्यांकन रिपोर्ट में एक प्रमुख भूमिका निभाएंगे।

एसएसपी आधारभूत परिदृश्य हैं जो नई जलवायु नीतियों की अनुपस्थिति में भविष्य के विकास का वर्णन करते हैं, जो आज पहले से मौजूद हैं। वे पाँच मार्ग प्रदान करते हैं जिन्हें दुनिया ले सकती है। पांच एसएसपी मुख्य रूप से जनसंख्या वृद्धि, शहरीकरण, आर्थिक विकास, शिक्षा और स्वास्थ्य में निवेश, ऊर्जा प्रणाली और भूमि उपयोग, तकनीकी विकास की दर के साथ-साथ जीवन शैली में बदलाव (रियाही एट अल।, 2017) जैसे मांग के ड्राइवरों में भिन्न हैं।

आरसीपी के रूप में एसएसपी भी अपने डिजाइन में पूर्ण नहीं हैं, क्योंकि ये केवल सामाजिक भविष्य हैं जिनमें जलवायु परिवर्तन के प्रभाव शामिल नहीं हैं। इसके अलावा, इनमें कोई शमन या अनुकूलन उपाय लागू नहीं किए गए हैं (ओ'नील एट अल।, 2020)। इसलिए, क्लाइमेटइम्पैक्ट्सऑनलाइन विभिन्न सामाजिक आर्थिक और विकिरण परिदृश्यों के अनुरूप जलवायु डेटा की कल्पना करने के लिए तीन एसएसपी-आरसीपी संयोजन का उपयोग करता है।

"स्थिरता" SSP1 - 2.6

"क्षेत्रीय प्रतिद्वंद्विता" SSP3 - 7.0

"जीवाश्म-ईंधन विकास" SSP5 - 8.5

एसएसपी डेटाबेस

साझा सामाजिक-आर्थिक रास्ते (एसएसपी): एक सिंहावलोकन (पोस्टर)
स्रोत:

ओ'नील, बीसी, कार्टर, टीआर, ईबी, के। एट अल। जलवायु परिवर्तन परिदृश्य ढांचे के लिए उपलब्धियां और आवश्यकताएं। नेट। क्लिम। चांग। 10, 1074–1084 (2020)। https://doi.org/10.1038/s41558-020-00952-0

रियाही, के. एट अल।, साझा सामाजिक आर्थिक रास्ते और उनकी ऊर्जा, भूमि उपयोग, और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन प्रभाव: एक सिंहावलोकन, वैश्विक पर्यावरण परिवर्तन, खंड 42, 153-168 (2017)। https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2016.05.009।

अवलोकन संबंधी डेटा

W5E5 डेटासेट में अवलोकन और पुनर्विश्लेषण डेटा होते हैं और इसका उपयोग देखे गए डेटा का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है। यह इंपैक्ट मॉडल इंटरकंपेरिसन प्रोजेक्ट (ISIMIP3b) का हिस्सा है, जहां डेटासेट का उपयोग प्रभाव आकलन के पूर्वाग्रह समायोजन के लिए किया जाता है। डेटासेट में भूमि आधारित WFDE5 डेटा और महासागर आधारित ERA5 डेटासेट (डेटा और रीनलिसिस डेटा) (कुची एट अल।, 2020, हर्सबैक एट अल।, 2020) शामिल हैं। एक अतिरिक्त डेटा स्रोत ग्लोबल रेन क्लाइमेटोलॉजी प्रोजेक्ट (एडलर एट अल।, 2003) के संस्करण 2.3 से वर्षा डेटा है।

W5E5 संस्करण 1.0 में 1979 से 2017 तक की अवधि के डेटा शामिल हैं। इसका मतलब है कि 2011-2020 के दशक में केवल 6 वर्ष मौजूद हैं और इसी तरह अंतर मानचित्र केवल 1991-2014 के सापेक्ष हैं। हम इस दशक में W5E5 के और डेटा को लगातार अपडेट और संचार करेंगे। डेटासेट 0.5° का क्षैतिज स्थानिक विभेदन और दैनिक अस्थायी समाधान प्रदान कर रहा है।
डेटासेट में शामिल चर इस प्रकार हैं: सतह के पास सापेक्षिक आर्द्रता (संक्षिप्त नाम: hurs, इकाई:%), सतह के पास विशिष्ट आर्द्रता (huss, kg kg-1), अवक्षेपण (pr, kg m-2 s-1) ), स्नोफॉल फ्लक्स (पीआरएसएन, किग्रा एम-2 एस-1), सतही वायुदाब (पीएस, पा), समुद्र तल दबाव (पीएसएल, पा), अवरोही लॉन्गवेव सतह विकिरण (आरएलडी, डब्ल्यू एम-2), अवरोही शॉर्टवेव सतह विकिरण (rsds, W m-2), निकट-सतह हवा की गति (sfcWind, m s-1), निकट-सतह वायु तापमान (tas, K), दैनिक अधिकतम निकट-सतह वायु तापमान (tasmax, K), दैनिक न्यूनतम निकट-सतह हवा का तापमान (tasmin, K), सतह की ऊंचाई (orog, m) और WFDE5-ERA5 मास्क (मास्क, 1) (लैंग, 2019)। चरों का W5E5 डेटा, भूमि और महासागर पर, प्रति घंटा WFDE5 डेटा का दैनिक औसत है। स्थलीय चर हर्स, पीआर, पीएसएल, टैसमैक्स और टैस्मिन और महासागरीय चर टैसमैक्स और टैस्मिन एक अलग गणना में प्राप्त किए जाते हैं। इसका वर्णन निम्नलिखित वेबसाइट पर किया गया है: WFDE5 ओवर द लैंड का विलय ERA5 ओवर द ओशन (W5E5) के साथ

सेटिंग टैब के ऐतिहासिक डेटा अनुभाग में "अवलोकन" का चयन करके, आप W5E5 डेटासेट के देखे गए डेटा की कल्पना कर सकते हैं।

स्रोत:

एडलर, आरएफ, हफमैन, जीजे, चांग, ए।, फेरारो, आर।, ज़ी, पी.-पी।, जानोविक, जे।, नेलकिन, ई। (2003)। संस्करण -2 वैश्विक वर्षा जलवायु विज्ञान परियोजना (जीपीसीपी) मासिक वर्षा विश्लेषण (1979-वर्तमान)। जर्नल ऑफ हाइड्रोमेटोरोलॉजी, 4(6), 1147-1167। doi:10.1175/1525-7541(2003)004<1147:tvgpcp>2.0.co;2
कुची, एम।, वीडन, जीपी, एमीसी, ए।, बेलौइन, एन।, लैंग, एस।, मुलर श्मीड, एच।, हर्सबैक, एच।, और बुओनटेम्पो, सी। (२०२०)। WFDE5: प्रभाव अध्ययन के लिए पूर्वाग्रह-समायोजित ERA5 पुनर्विश्लेषण डेटा। अर्थ सिस्टम साइंस डेटा, १२(३), २०९७-२१२०। https://doi.org/10.5194/essd-12-2097-2020
हर्सबैक, एच।, बेल, बी।, बेरिसफोर्ड, पी।, हिराहारा, एस।, होरानी, ए।, मुनोज़ोसाबेटर, जे।, निकोलस, जे।, प्यूबे, सी।, राडू, आर।, शेपर्स, डी। ।, सीमन्स, ए।, सोसी, सी।, अब्दुल्ला, एस।, एबेलन, एक्स।, बाल्सामो, जी।, बेचटोल्ड, पी।, बियावती, जी।, बिडलॉट, जे।, बोनाविटा, एम।, … थेपौत, जेएन (2020)। ERA5 वैश्विक पुनर्विश्लेषण। रॉयल मौसम विज्ञान सोसायटी का त्रैमासिक जर्नल, १४६(७३०), १९९९-२०४९। https://doi.org/10.1002/QJ.3803
लैंग, स्टीफन (2019): WFDE5 ओवर लैंड का विलय ERA5 ओवर द ओशन (W5E5) के साथ हो गया। वी. 1.0. जीएफजेड डाटा सर्विसेज। https://doi.org/10.5880/pik.2019.023
लैंग, एस.: ISIMIP3BASD v2.4.1, https://doi.org/10.5281/zenodo.3898426, 2020।

ऐतिहासिक सिमुलेशन डेटा

जलवायु मॉडल को मान्य करने के लिए, पिछली जलवायु परिस्थितियों का अनुकरण किया जाता है और देखे गए डेटा के साथ तुलना की जाती है। मॉडलों से भविष्य के जलवायु अनुमानों की विश्वसनीयता को मान्य करने के लिए एक महत्वपूर्ण संकेतक पूर्व-औद्योगिक काल से वर्तमान तक वैश्विक औसत सतह के तापमान में नकली अस्थायी और स्थानिक परिवर्तन है।

युग्मित मॉडल इंटरकंपेरिसन प्रोजेक्ट (चरण 6) में भाग लेने के लिए प्रवेश पत्र का एक हिस्सा ऐतिहासिक अनुकरण है। इसे सीएमआईपी और एक विशिष्ट चरण के बीच बेहतर पृथक्करण के लिए डायग्नोसिस, इवैल्यूएशन एंड कैरेक्टराइजेशन ऑफ क्लिमा (DECK) में जोड़ा गया था, इस मामले में CMIP6। वे सीएमआईपी 6-अनुमोदित मॉडल इंटरकंपेरिसन प्रोजेक्ट्स (एमआईपी) के लिए एक बेंचमार्क के रूप में भी काम करते हैं।

सिमुलेशन पूर्व-औद्योगिक नियंत्रण प्रयोग (piControl) से मनमाने ढंग से संतुलन की स्थिति में शुरू होते हैं। फिर, विभिन्न समय-निर्भर फोर्सिंग, सीएमआईपी 6 के अनुरूप, जैसे कि ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन, भूमि उपयोग फोर्सिंग, एरोसोल, सोलर फोर्सिंग और अन्य को मॉडल में फीड किया जाता है। ये तब ऐतिहासिक परिस्थितियों का एक बाधा उत्पन्न करते हैं। CMIP6 ऐतिहासिक अनुकरण 1850 से 2014 तक की समयावधि को कवर करता है।

स्रोत: