Performance evaluation and modification of SPI in drought monitoring of arid and semi arid regions of Iran
Subject Areas : Farm water management with the aim of improving irrigation management indicatorsSaeid Shiukhy Soqanloo 1 , mehdi nadi 2
1 - PhD student of Agrometeorology, Ferdowsi university of Mashhad (FUM).
2 - PhD of Agrometeorology Assistant Professor, Faculty of Agricultural Engineering. Sari Agricultural sciences and Natural Resources University.
Keywords: drought monitoring, Probability distribution function, Drought monitoring index, Kappa index,
Abstract :
Standard precipitation index (SPI) is the most widely drought monitoring index. However, this index only uses the gamma distribution function for fitting precipitation data and does not consider seasonal variations. The purpose of this study was to evaluate the efficiency of SPI in drought monitoring of arid and semi-arid regions of Iran and fix the related problems with this Index. Then the SPI was compared with its modified state (SPImod) over (1956–2010). The results showed that the generalized extreme value distribution function in more than 57% of the cases was the most appropriate probability distribution function of rainfall data. But the default distribution (Gamma) was selected only in 11% of months. Comparison of Kappa index showed that with increasing time window, the agreement between SPImod and SPI indexes increases. The amounts of one-month Kappa for studied stations was Tehran (0.31), Mashhad (0.33), Bushehr (0.32) and Khorram-Abad (0.26), while for nine-month the Kappa increased. Such that in Tehran (0.49) and in Mashhad, Bushehr and Khorramabad, respectively, with values (0.47), (0.56) and (0.45). Also, the results showed that the frequency and displacement of drought classes would be very variable in comparison to these two indices. As the displacement of normal, severe drought and severe, with a total of 259, 147 and 111 events in the time window-three and displacement of moderate drought, normal and moderate wet year, with a total of 68, 54 And 28 events in time window-nine were noticeable.
اقتدارنژاد، م. ا،. بذرافشان، ا. و بذرافشان، ج. 1396. بررسی تغییرات زمانی و مکانی خشکسالی هواشناسی بر اساس شاخص بارش-تبخیرتعرق استاندارد شده در ایران. نشریه هواشناسی کشاورزی. 5(2): 46-35.
آوند، م. و دولت کردستانی، م. 1398. پایش و پهنهبندی خشکسالی با استفاده از مقایسه شاخصهای CZI، ZSI، SPI و MCZI (مطالعه موردی: استان کهکلویه و بویر احمد). نشریه ترویج و توسعه آبخیزداری. 7(27): 22-10.
حجابی، س. و بذرافشان، ج. 1390. مقایسهی دو رهیافت محاسبهی شاخص بارندگی استاندارد در اقلیمهای خشک و مرطوب ایران. نشریه علوم مهندسی آبخیزداری ایران. 9(28): 64-61.
محسنیساروی، م.، صفدری، ع.، ثقفیان، ب. و مهدوی، م. 1383. تحلیل شدت، مدت، فراوانی و گستره خشکسالیهای حوزه کارون بهکمک شاخص بارش استاندارد (SPI). نشریه منابع طبیعی ایران، 57(4): 620-607.
مساعدی، ا. و قبائیسوق، م. 1390. تصحیح شاخص بارش استاندارد شده (SPI) بر اساس انتخاب مناسبترین تابع توزیع احتمال. نشریه آب و خاک، 25(5): 1206-1216.
مقدسی، م.، مرید، س.، قائمی، ه. و سامانی، ج. م. a1384. پایش روزانه خشکسالی در استان تهران. مجله علوم کشاورزی ایران. 36 (1): 62-51.
مقدسی م.، پایمزد، ش. و مرید، س. b1384. پایش مکانی خشکسالی سالهای 1378-1377 تا 1379-1380 استان تهران با استفاده از شاخصهای DI ،SPI و EDI و سیستم اطلاعات جغرافیائی. فصلنامه علمی- پژوهشی مدرس علوم انسانی ، دانشگاه تربیت مدرس. سال 9 شماره 1 ،197-217 .
نادی، م.، پورطهماسبی، ک.، بذرافشان، ج. و براونینگ، ه. 1393. بازسازی حلقه درختی دورههای خشک دو قرن اخیر در چند رویشگاه جنگلی ایران. 1393. رساله دکتری. استاد راهنما: دکتر کامران پورطهماسبی. پردیش کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران.
نصرتی، ک. 1393. ارزیابی شاخص بارش-تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI) جهت شناسایی خشکسالی در اقلیمهای مختلف ایران. فصلنامه علوم محیطی، 12(4): 74-63.
نوحی، ک. و عسگری، ع. 1385. مطالعه خشکسالی و دوره بازگشت خشکسالیها و ترسالیها در منطقه قم. خشکسالی کشاورزی، شماره 15، 47-59.
هاشمی نسب، آ.، بذرافشان، ج. و نازی قمشلو، آ. 1394. ارزیابی شاخص خشکسالی کمبود توام تحت شرایط اقلیمی ایران، نشریه حفاظت منابع آب و خاک ایران، 4(3): 53-64.
هدایتی دزفولی، ا.، و صداقتکردار، ع. 1386. بررسی خشکسالی و روند آن در استان کهکلویه و بویراحمد. مجله علمی و فنی نیوار، شمارههای 58 و 59، 61-74.
Akbari, M., M. Ownegh., Asgari, H., Sadoddin, A. and Khosrvi, H. 2016. Drought Monitoring Based on the SPI AND RDI Indicers under Climate Change Scenarios (Case Study: Semi-Arid Area of West Golestan Province). ECOPERSIA. 4(4), 1585-1602.
Bazrafshan, J., Nadi M. and Ghorbani, KH. 2015. Comparison of Empirical Copula-Based Joint Deficit Index (JDI) and Multivariate Standardized Precipitation Index (MSPI) for Drought Monitoring in Iran. Water Resources Management. 29(6): 2027-2044.
Blain, G.C. 2011. Standardized Precipitation Index based on Pearson Type III Distribution. Journal of Revista Brasiliera de Meteorologia, 26(2): 167-180.
Cohen, J. 1960. A coefficient of agreement for nominal scales. Educational and Psychological Measurement, 20: 37–46.
Edwards, D.C. and McKee, T.B. 1997. Characteristics of 20th century drought in the United States at multiple time scales. Journal of Atmospheric Science, 634:1–30.
Guttman, N.B. 1999. Accepting the Standardized Precipitation Index: a Calculation Algorithm. Journal of American Water Resources Association. 35(2):311-322.
Haied, N., Foufou, A. Chaab, S. Azlaoui, M. Khadri. Benzahia, K. and Benzahia, I. 2017. Drought assessment and monitoring using meteorological indices in a semi-arid region. Energy Procedia. 119: 518-529.
Henry, F., Herwindiati, E. D. and Mulyono, S. 2016. Sugarcane Land Classification with Satellite Imagery using Logistic Regression Model. International Conference on Information Technology and Digital Applications. 6pp.
Kao, Sh.Ch. and Govindaraju, R.S. 2010. A copula-based joint deficit index for droughts. Journal of Hydrology, 380: 121–134.
Keyantash, J. and Dracup, J.A. 2002. The Quantification of Drought Indices, American Meteorological Society, 83(8): 1167-1180.
Landis, J.R. and Koch, G.G. 1977. The measurement of observer agreement for categorical data. Journal of Biometrics, 33: 159–174.
McKee, T.B., Doesken, N.J. and Kleist, J. 1993. The Relationship of Drought frequency and Duration to Time Scales. Preprints 8th Conference on Applied Climatology, 179-184.
Mohammadi, H., Abasi,M. and Bazrafshan, J. 2017. Drought Monitoring in Chaharmahl-Bakhtiyari Province in Iran. Revista Brasileira de Meteorologia. v (32):4, 615-621.
Moghaddasi, M., Morid S., Byun, H. R., Ghaemi, H. and Samani L.M. (2006) Drought monitoring using deciles index, standardized precipitation index and effective drought index in Tehran Province, Iran, Iran Agriculture Research, 23(1)
Morid, S., Smakhtin, V. and Moghaddasi, M. (2005) Comparison of seven meteorological indices for drought monitoring in Iran. International Journal of Climatology.26:971-985.
Rahimi, J., Ebrahimpour, M. and Khalili, A. 2013. Spatial changes of Extended De Martonne climatic zones affected by climate change in Iran. Theoretical and Applied Climatology. 112: 409-418.
Said., A.A., Cetin, M. and Yurtal, R. 2019. Drough Assessment and Monitoring Using Some Drought Indicators in the Semi-Arid Putland State of Somalia. Fresenius Environmental Bulletin. 28(11A): 8765-8772.
Sonmez, F.K., Komuscu, A.U., Erkan, A. and Turgu, E. 2005. An analysis of spatial and temporal dimension of drought vulverability in Turkey using the precipitation index. Natural Hazards, 35: 243-264.
Surendran, U., Anagha, B., Raja, P., Kumar, V., Rajan, K. and Jayakumar, M. 2019. Analysis of Drought from Humid, Semi-Arid and Arid Regions of India Using DrinC Model with Different Drought Indices. Water Resourcees Management. 33: 1521-1540.
Tirivarombo, S., Osupile, D. and Eliasson, P. 2018. Drought monitoring and analysis: Standardised Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) and Standardised Precipitation Index (SPI). Physics and Chemistry of the Earth, 106: 1-10.
Wilhite, D.A., Svoboda, M.D. and Hayes, M.J. 2007. Understanding the complex impacts of drought: a key to enhancing drought mitigation and preparedness. Water Recourses Management 21:763–774. doi:10.1007/s11269-006-9076-5.
_||_