تحلیل روند تغییرات بارندگی و ارزیابی خشکسالی‌های حوضه آبخیز جازموریان با استفاده از روش‌‌های روندیابی و شاخص‌های بهینه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشی، بخش تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران،

2 دانشیار پژوهشی، بخش تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

3 دانشجوی دکترای بیابان‌زدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، ایران

4 استادیار پژوهشی، بخش تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

تحلیل روند تغییرات زمانی بارش و خشکسالی به دلیل توجه روزافزون به پدیده تغییر اقلیم یکی از موضوعات مورد بحث قرن اخیر در جوامع علمی است. ازاین‌رو، این تحقیق به بررسی و تحلیل روند تغییرات بارندگی و وضعیت خشکسالی متأثر از آن در حوضه آبخیز جازموریان به کمک روش ناپارامتریک من-کندال و مقایسه شاخص‌های خشکسالی هواشناسی بارش استاندارد شده(SPI) ، دهک‌ها(DI) ، درصد نرمال (PNI)، Z چینیCZI) ) و عدد Z ZSI)) با استفاده از آمار بارندگی 24 ایستگاه بارانسنجی با پایه مشترک آماری 30 ساله طی سالهای آبی 63 -1362 تا 92 -1391 می‌پردازد. بدین‌منظور پس از محاسبه شاخص‌های خشکسالی، بر اساس معیارهای شباهت و همبستگی آماری دسته‌بندی آنها به کمک تحلیل خوشه‌ای انجام شد. نتایج تحقیق وجود جهش مثبت و معنی‌دار در میزان بارندگی در سال‌های 71 و 74 را به اثبات رساند و تحلیل آماری داده‌‌ها نشان داد که در سال‌‌های 71، 74 و 83 بیشترین میزان بارندگی و در سال‌‌های 62، 79، 82 و 84 نیز کمترین میزان بارندگی در سطح حوضه رخ داده است. تحلیل خوشه‌ای نشان داد که شاخص‌های PN و ZSI با 100 درصد شباهت در تشخیص دوره‌‌های خشک و تر، شدت، مدت و تداوم آنها کاملاً مشابه عمل نموده و حداکثر مشابهت را در میان تمامی گروه‌ها دارند. نتایج همچنین نشان داد که شاخص‌های CZI و SPI با 5/99 درصد شباهت در رتبه دوم از لحاظ بیشترین همانندی قرار داشتند. اعتبارسنجی نتایج از طریق مقایسه عددی دو شاخص CZI و SPI حکایت از روند تقریباً یکسان این دو شاخص و اختلاف کم آنها در ارائه وضعیت خشکسالی در حوضه آبریز جازموریان با یکدیگر داشت اما از سویی نشان داد در ارزیابی شدت خشکسالی‌ها شاخص CZI خشکسالی‌‌‌ها را شدیدتر نشان می‌دهد. به‌طور کلی نتایج بیانگر تمرکز بیشتر خشکسالی در نواحی جنوب‌شرقی و جنوبی حوضه بوده و گویای وجود استعداد تمامی مناطق حوضه در رویارویی با این پدیده می‌باشد. ازاین‌رو شناخت پدیده خشکسالی در حوضه آبخیز جازموریان از طریق مطالعه شاخص‌های CZI و SPI به‌منظور اتخاذ سیاست‌های درست و بهینه در مدیریت و حفظ منابع آبی و افزایش بهره‌وری آب در بخش‌های مختلف با توجه به محدودیت‌های آبی در منطقه مورد بررسی و مدیریت خطرهای ناشی از آن از جنبه‌های زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی پیشنهاد می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Precipitation Trend Analysis and Drought Assessment of Jazmorian Basin Using Trend Analysis Methods and Optimized Drought Indices

نویسندگان [English]

  • Sakineh Lotfinasabasl 1
  • Mohammad Khosroshahi 2
  • Zahra Saeedifar 3
  • Fatemeh Dargahian 4
1 Assistant Professor, Desert Research Division, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Tehran
2 Associate Professor, Desert Research Division, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO).Tehran. Iran
3 Ph.D. Candidate, Faculty of Desert Studies, University of Semnan, Iran
4 Assistant Professor, Desert Research Division, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO).Tehran. Iran
چکیده [English]

Precipitation temporal trend analysis and study of the drought condition have been of great concern during the past century because of the attention given to global climate change by the scientific community. The aim of present study was to investigate and analyze the rainfall trends and its affected drought conditions in Jazmurian basin using non-parametric mann-kendall method and multidimensional comparison of drought indices including Standardized Precipitation (SPI), deciles (DI), the percentage of normal (PNI), Chinese Z (CZI) and the Z score (ZSI) with rainfall data from 24 gauged stations for the period of 1983 to 2013. For this, the drought indices were calculated, and then categorization was performed on the basis of similarity and correlation using cluster analysis method. The results proved a positive and significant increase in the rainfall amount of 1992-1993 and 1995-1996 years. Statistical analysis showed that the highest amount of rainfall occurred in the years of 1992-93, 1995-96 and 2004-2005 and the lowest in the years of 1983, 2000, 2003 and 2005 in the basin. Cluster analysis showed that the ZSI and PN indices with similarity of hundred percent in the diagnosis of wet and dry periods, intensity, duration and continuity were completely similar and had the highest similarity among all the groups. The CZI and SPI with 99.5 percent similarity were in the second level of similarity as well. Validation of the results through the numerical comparison of SPI and CZI indicates the same trend of two indicators and little differences in presenting the drought conditions of Jazmorian basin. However, in assessing the severity of droughts, CZI showed more severe drought condition. Overall, the results showed a greater focus of the drought in the southern east and southern parts of the basin indicating the high probability of drought occurrence potential of the basin. Therefore, the study of drought through CZI and SPI indices in the basin of Jazmorian is suggested for the proper policy making and management of water resources regarding conservation and increasing of the productivity from environmental, economic and social point of views.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Jazmorian Basin
  • trend of precipitation
  • drought indices
  • cluster analysis
  • Mann-Kendall Trend Test
-  Ensafi Moghaddam, T., 2007. An investigation and assessment of climatological indices and determination of suitable index for climatological droughts in the Salt Lake Basin of Iran. Iranian journal of Range and Desert Reseach, 14 (2):271-288.

-  Farajzadeh, M., MovahedDanesh, A. A. and Ghaemi, H., 1995. Drought in Iran using some statistical indicators. Journal of Agricultural Science, 5(1&2):52-31.

-  Gandomkar, A. and Khadem Al-Husseini, A., 2009. Study the trend of changes in precipitation in Zabol. Quaterly Environmental Based Territorial Planning (Amayesh), 2(6): 65-76.

-  Hennessy K. J., Suppiah R. and Page, C. M., 1999. Australian rainfall changes 1910–1995. Australian Meteorology Magazine, 48: 1–13.

-  Herbst, P. H., Bredencamp, D. B. and Baker, H. M. G., 1966. A technique for the evaluation of drought from rainfall data. Journal of Hydrology Science, 4(4):264-272.

-  Hojam, S., Khoshkhoo, y. and Shamsudinvandi, R., 2008. Analyzing the trend of seasonal and annual rainfall variations of several selected stations in the central region of Iran using nonparametric methods. Geographic Research, 6: 168-157.

-  Hong, W., Hayes, M. J., Welss, A. and Hu, Q., 2001. An evaluation the standardized precipitation index, the china-z index and the statistical z-score. International Journal of Climatology, 21:745-758.

-  Karimi, V., Kamkar Haghighi, A., Sepaskhah, A. and khaili, D., 2001. Drought Investigation in Fars province. Journal of Agricultural Science and Technology, 5(105): 4-16.

-  Khalighi Sigaroudi, Sh., Sadeghi Sangdehi, S. A., Awsati, Kh. and GHavidel Rahimi Y., 2009. The Study of Drought and Wet Year Assessment models for Stations in Mazandaran province, Iranian Journal of Range and Desert Research, 16(1):44-54.

-  Khalili, A. and Bazr Afshan, J., 2003. Evaluation the efficiency of several indicators of meteorological drought in different climatic samples of Iran. Newvar, Spring and Summer ( 48 & 49): 93-79.

-  Khalili, A. and Bazrafshan, J., 2004. A trend analysis of of annual, seasonal and monthly precipitation over Iran during the last 116 years. Journal of Desert, 9(1): 23-35.

-  Loukas, A., Vailiades, L. and Dalezios, N. R., 2003. Inter comparison of meteorological drought indices for drought assessment and monitoring in Greece. 8th international conference on Environmental Science and Technology Lemons Island, 8-10 September: 484-491.

-  Liu, L., Hong, Y., Bednarczyk, C. N., Yong, B., Shafer, M. A. and Riley, R., 2012. Hydro climatological drought analyses and projections using meteorological and hydrological drought indices: a case study in Blue River Basin Oklahoma. Water Resources Management, 26(10): 2761-2779.

-  Mckee, T. B., Doesken N. J. and Kleist, J., 1995. "Drought monitoring with multiple time scales. 9th Conference in Applied climatology, 15 - 20 Jan, Dallas 233 - 236p.

-  Modarres, R. and Rodriguesda silva, V. D. P ., 2007. Rainfall trends in arid and semiarid regions of Iran. Journal of Arid Environments,70: 344-355

-  Mohan, S. and Rangacharia, N.C., 1991. A modified method for drought identification. Journal of Hydrology Science, 36(1):11-21.

-  Morid, S., Ghaemi, E., Moghadasi, M. and Paymozd, Sh., 2004. Design of drought monitoring system for Tehran province. Research Project. Ministry of Energy.

-  Nazari Pouya, H. and Khosroshahi. M., 2013. Determining the most appropriate meteorological drought index for evaluation of drought in Hamedan province. Iranian journal of Range and Desert Reseach, 20(4): 625-633.

 

-  Piri, H. and Ansari, H., 2013.Study of drought in Sistan plain and its impact on Hamoun international wetland. Journal of Wetland Ecobiology, Islamic Azad University Ahvaz Branch, 15: 63-74.

-  Piri, H., Rahdari, V. and Maleki, S., 2013. Study and compare performance of four meteorological drought index in the risk management droughts in Sistan and Baluchestan province. The Iranian Society of Irrigation & Water Engineering, 11: 96p.

-  Quiring, S .M., 2009. Monitoring drought: an evaluation of meteorological drought indices. Texas A & M University. Geography Compass, 3(1): 64–88.

-  Richard, R. H., 2002. A review of twentieth century drought Indices used in the United States. American Meteorological Society, 1149-1165p.

-  Shokoohi, A. and Morovati, R., 2014. An investigation on the Urmia Lake Basin drought using RDI and SPI indices. Watershed Engineering and Management, 6 (3): 232-246.

-  Simani, N., 2011. Investigation and analysis of occurrence of dry and wet year phenomena using several precipitation indices: Case study; Kerman province. Second National Conference on Desertification and Sustainable Development of Iran's Desert wetland, Islamic Azad University of Arak, 130p.

-  Talebi, A., Akbari, Z., Dasturani, T. and Mahjubi, J., 2010. Evaluation of the efficiency of decision trees in estimating suspended sediments (case study: Ilam Dam Basin). The first National Conference on Natural Resources Research.

-  Wilhite, D. A. and Glantz, M. H., 1985. Understanding the drought phenomenon: the role of definitions. Water International, 10(3):111–120.

-  Zare Abianeh, H. and Mahboobi A. A., 2004. Evaluation of drought situation and its process in Hamadan region on the basis of drought statistical indexes. Journal of Pajouhesh & Sazandegi, 64: 2-7.

-  Zhanga, L., Jiaoa, W., Zhanga, H., Huanga, C. and Tonga, Q., 2017. Studying drought phenomena in the continental United States in 2011 and 2012 using various drought indices. Journal of Remote Sensing of Environment, 190(1): 96–106.