Understanding the problems of inland waters: case study

It is bounded by Kazakhstan to the northeast, Russia to the northwest, Azerbaijan to the 
west, Iran to the south, and Turkmenistan to the southeast. It is 1200 Km long, 200 Km to 480 
Km wide and has a surface area of 370000 
????????????
2
 and is 28 m below sea level. (Cullen, 1999) 
The natural resources of the Caspian Sea are of high economic value. There are many species 
of fish, aquatic birds and the Caspian seals in this area, which are sensetive to any changes in 
temperature. 
CORDEX is a WCRP-sponsored program to organize an international coordinated framework to 
produce an improved generation of regional climate change projections world-wide for input 
into impact and adaptation studies within the AR5 timeline and beyond. CORDEX will produce 
an ensemble of multiple dynamical and statistical downscaling models considering multiple 
forcing GCMs from the CMIP5 archive. (www.meteo.unican.es)
 
CORDEX focuses  on the GCM experiments using emission scenarios known as RCP4.5 and 
RCP8.5 which represent a mid and a high-level emission scenario.Ideally CORDEX simulations 
will span 1951 to 2100. (Evans, 2011) 
In order to evaluate the impact of climate change on the variation of air temperature over the 
Caspian Sea, the CORDEX model results for the period of 2080-2100 with 6-hourly temporal 
resolution and spatial resolutions of 0.44 degrees longitude and 0.44 degrees latitude in 
Central Asia domain were used.  
In order to to know about present air temperature in the mentioned region, local air 
temperature was obtained from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts 
(ECMWF), with 0.5 degree and 6-hourly spatial and temporal resolutions, respectively, for the 
period of 1980 to 2000. 
 
Results 
ECMWF and CORDEX air temperature data over the Caspian Sea, during the period of (1980 -
2000)  were compared  to assess CORDEX data accuracy. As it is shown in figure 1, seasonal 
average air temperature of CORDEX data is almost matching ECMWF data, in both northern 
and southern part of Caspian Sea. 
The ECMWF and CORDEX temperature data over the Caspian Sea during the periods of (1980-
2000) and (2080-2100) were also compared, in order to assess the effect of climate change on 
air temperature of this area.The future data have been downloaded for the RCP 4.5 scenario, 
which represents a mid-level emission scenario. 
67

---

-2 
1 
4 
7 
10 
13 
16 
19 
22 
25 
Spring 
Summer 
Autumn 
Winter 
T
em
p
er
a
tu
re
 (
°C)
 
season 
ECMWF 
data(1980-2000) 
CORDEX 
data(1980-2000) 
5 
8 
11 
14 
17 
20 
23 
26 
Spring 
Summer 
Autumn 
Winter 
T
em
p
er
a
tu
re
 (
°C)
 
season 
ECMWF 
data(1980-2000) 
CORDEX 
data(1980-2000) 
-5 
0 
5 
10 
15 
20 
25 
30 
T
em
p
er
a
tu
re
 (
°C)
 
 
Month 
ECMWF data 
(1980-2000) 
CORDEX data 
(2080-2100) 
0 
5 
10 
15 
20 
25 
30 
Ja
n 
Fe
b 
Mar
ch
 
Ap
ril
 
May
 
June
 
Ju
ly
 
Au
gu
st
 
Se
p 
O
ct
 
N
ov
 
De
c 
T
em
p
er
a
tu
re
 (
°C)
 
Month 
ECMWF data 
(1980-2000) 
CORDEX data 
(2080-2100) 
(a)
 
                                                                                                               (b) 
 
Figure 1: Seasonal average air temperature comparison in (a) Northern part (b) Sothern part of Caspian Sea  
 
Figure 2 shows the monthly average of ECMWF and CORDEX air temperature data for the 
periods of (1980-2000) and (2080-2100), respectively. 
The graphs show the increment of air temperature in future in comparison to the present, in 
all  months.The lowest increase in air temperature in northern part of the Caspian Sea, will 
occur during May-September,  with the range of 0.2-1.5°C. In July the minimum change is 
observed with the value of 0.2°C  .The maximum variation  is  observed in February with the 
value of 6.4°C. 
According to graph b, in southern part of the Caspian Sea in most months of the year except 
February, July, September,  October and December the temperature increment is not 
noticeable (0.1-0.7°C).The highest variation will occur in February with value of 2.98°C. 
 
 
(a) 
(b) 
Figure 2: Monthly average air temperature comparison in (a) Northern part (b) Sothern part of Caspian Sea 
 
68

---

DIscussion 
Air temperature from CORDEX Project, which has downscaled CMIP5 future climate data, are 
used to determine the impact of climate change on air temperature over the  Caspian Sea, 
comparing with ECMWF data for (1980-2000).Sasonal and monthly average air temperature 
were compared for the  mentioned periods.The comparison of seasonal average air 
temperature in period of (1980-2000) for two sets of mentioned data, showed high accordance 
between CORDEX data and ECMWF data. 
Results showed that air temperature in future, will have an increasing trend over the Caspian 
Sea.  August has the highest temperature in current and future climate.  In addition,  the 
maximum value of increment in northern and southern part of Caspian Sea  will  occur  in 
February with the value of 6.4°C and 2.98 °C; respectively.The minimum variation in northern 
and southern area will be in July and June with the value of 0.2 °C and 0.15°C; respectively.The 
air temperature in northern part of the area will increase more then the southern part. 
This increase in air temperature in future can affect the air-sea heat exchange and will result in 
water temperature changes. It may also affect the wind field, wind wave field, sea level and 
dynamics of currents in the Caspian Sea.These side effects can be studied in future researches. 
 
 
References 
[1]
 Cullen, R., 1999. The rise and fall of the Caspian Sea. National Geographic, 195(5) 
[2]
  Dahm, R.J., Singh, U.K., Lal, M., Marchand, M., Sperna-Weiland, F.C., Singh, S.K. and Singh, M.P., 
2016. Downscaling GCM data for climate change impact assessments on rainfall: a practical application 
for the Brahmani-Baitarani river basin. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss.
 
[3]
  Evans, J.P., 2011, December. CORDEX–An  international climate downscaling initiative. In 19th 
International Congress on Modelling and Simulation, Perth, Australia (pp. 12-16)
 
[4] 
Giorgi, F., Jones, C. and Asrar, G.R., 2009. Addressing climate information needs at the regional level: 
the CORDEX framework. World Meteorological Organization (WMO) Bulletin, 58(3), p.175.
 
[
5] Gunduz, M. and Özsoy, E., 2014. Modelling seasonal circulation and thermohaline structure of the 
Caspian Sea. Ocean Science, 10(3), pp.459-471. 
[6] Jouni, R., 2017. Future Climate Change in the Baltic Sea Region and Environmental Impacts, Oxford 
Research Encyclopedias. 
[7]  National Research Council, America’s Climate Choices: Panel on Advancing the Science of Climate 
Change, 2010. Adapting to the impacts of climate change.
 
[8]  Ozturk,  T.,  Altinsoy,  H.,  Türkeş,  M.  and  Kurnaz,  M.L.,  2012.  Simulation  of  temperature  and 
precipitation climatology for the Central Asia CORDEX domain using RegCM 4.0. Climate Research, 52, 
pp.63-76. 
69

---