پایش و پهنه‌بندی خشکسالی در البرز جنوبی

محورهای موضوعی : اقلیم شناسی

پوریا قاسمی ¹ , مسعود کرباسی ² , علیرضا زمانی نوری ³ , مهدی سرائی تبریزی ⁴

1 - گروه علوم و مهندسی آب ، واحد علوم و تحقیقات ، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران ، ایران
2 - گروه مهندسی آب، دانشگاه زنجان، زنجان ، ایران
3 - گروه مهندسی عمران ، واحد شهر قدس ، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران ، ایران
4 - گروه علوم و مهندسی آب ، واحد علوم و تحقیقات ، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران ، ایران

تاریخ دریافت : 1400/02/24 تاریخ پذیرش : 1400/04/01 تاریخ انتشار : 1400/08/01

کلید واژه: خشکسالی, ضریب همبستگی, پهنه‌بندی, شاخص‌های‌ SPI و SPEI, شدت و مدت خشکسالی,

چکیده مقاله :

خشکسالی یکی از مهمترین مخاطرات طبیعی است و اغلب زندگی تعداد زیادی از مردم را تحت تأثیر قرار می‌دهد و باعث خسارات اقتصادی، آسیب‌های زیست محیطی و معضلات اجتماعی می‌شود. این مطالعه برای ارزیابی روند خشکسالی، شدت و مدت آن در طی سال‌های 1988–2019 نسبت به اقلیم‌های موجود در منطقه البرز جنوبی انجام شده است. برای توصیف خشکسالی‌ها در مقیاس‌های زمانی 3، 6، 12 و 24 ماهه، از دو شاخص خشکسالی، یعنی شاخص بارش استاندارد شده (SPI) و شاخص بارش- تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI) استفاده شد. در مورد محاسبه (SPEI)، تبخیر و تعرق عامل مهمی برای پایش و نظارت بر خشکسالی بود. بنابراین برای محاسبه تبخیر و تعرق از روش هارگریوز-سامانی (HS) استفاده شد. نقشه‌های شدت و مدت خشکسالی برای SPI و SPEI ارائه شدند. همبستگی SPI و SPEIنیز مورد بررسی قرار گرفت. که در نتایج حاضر بر خلاف اقلیم‌های مرطوب، SPI با SPEI در اقلیم‌های بیش از حد خشک و خشک همبستگی خوبی نداشته و نشان دهنده اهمیت تبخیر و تعرق مرجع (ET0) برای شناسایی خشکسالی در این مناطق می‌باشد و شاخص (SPEI) دارای نتایج پایش دقیق‌تری نسبت به شاخص (SPI) می‌باشد. علاوه بر این، نقشه‌های شدت خشکسالی برای (SPI) و (SPEI) نشان داده است که منطقه با شرایط بسیار خشک مواجه بوده است و منابع آب هم در کوتاه مدت و هم در میان مدت تحت تاثیر شدت خشکسالی قرار دارند. که خشکسالی کوتاه مدت در شرق منطقه (زنجان) و خشکسالی بلند مدت در مرکز و غرب منطقه (گرمسار، سمنان، کرج، تهران) بیشتر بوده است.

چکیده انگلیسی:

Drought is one of the most important natural hazards and often affects the lives of many people and causes economic damage, environmental damage and social problems. This study was conducted to evaluate the drought trend, intensity and duration during 1988-2019 in relation to the existing climates in the southern Alborz region. To describe droughts in 3, 6, 12 and 24-month time scales, two drought indices, namely standardized precipitation index (SPI) and standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) were used. In the case of SPEI, evapotranspiration was an important factor in monitoring drought. Therefore, (HS) method was used to calculate evapotranspiration. Drought intensity and duration maps were presented for SPI and SPEI. The correlation between SPI and SPEI was also examined. In the present results, unlike humid climates, SPI does not have a good correlation with SPEI in extremely arid and arid climates and shows the importance of reference evapotranspiration (ET0) to identify drought in these areas and the index (SPEI) has more accurate monitoring results. Relative to the index (SPI). In addition, drought intensity maps for (SPI) and (SPEI) have shown that the region is experiencing very dry conditions and water resources are affected by intense drought in the short and medium term. Short-term drought in the east of the region (Zanjan) and long-term drought in the center and west of the region (Garmsar, Semnan, Karaj, Tehran) have been more.

منابع و مأخذ:

توفیق، فیروز و هائیده نصیری (1387): طرح کالبدی منطقه البرز جنوبی، انتشارات مرکز مطالعات و تحقیقات شهرسازی و معماری ایران، چاپ اول، تهران.

فرج زاده اصل، منوچهر(1384): خشکسالی از مفهوم تا راهکار، انتشارات سازمان جغرافیایی وزارت دفاع و پشتیبانی نیروهای مسلح، چاپ اول، تهران.

قبائی سوق، محمد، حمید زارع ابیانه، ابوالفضل مساعدی و زهرا صمدی (1395): پایش وضعیتهای رطوبتی و روند آنها بر مبنای شاخص بارش تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI) در نواحی مختلف آب و هوایی ایران، نشریه آب و خاک،30(5)، 1700-1717

کارآموز، محمد و شهاب  عراقی نژاد (1384): هیدرولوژی پیشرفته، انتشارات دانشگاه امیرکبیر. چاپ اول، تهران.

Abramowitz, M., and Stegun, I. (1965): Handbook of mathematical functions: with formulas, graphs, and mathematical tables, 9th edn New York. NY: Dover Publications.

Bazrafshan, J. (2017): Effect of air temperature on historical trend of long-term droughts in different climates of Iran. Water Resources Management, 31(14), 4683–4698.

Beguería, S., Vicente-Serrano, F. and Latorre, B (2014): Standardized precipitation evapo-transpiration index revisited: parameter fitting, evapotranspiration models, tools, datasets and drought monitoring. international journal of climatology, 34(10), 3001-3023.

Blenkinsop, S., and Fowler, H. J. (2007): Changes in European drought characteristics projected by the PRUDENCE regional climate models. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society, 27(12), 1595-1610.

Bonaccorso, B., Bordi, I., Cancelliere, A., Rossi, G. and Sutera, A. (2003): Spatial variability of drought: an analysis of SPI in Sicily. Water Resour. Manag. 17, 273-296.

Byun, H. R. and Wilhite, D. A. (1999): Objective quantification of drought severity and duration. Journal of Climate, 12(9), 2747-2756.

Cancelliere, A., Mauro, G. D., Bonaccorso, B., and Rossi, G. (2007): Drought forecasting using the standardized precipitation index. Water Resource Manage, 21(5), 801-819.

Chen, L., Singh, V. P., Guo, S., Mishra, A. K. and Guo, J. (2013): Drought analysis using copulas. J. Hydrol. Eng. 18(7), 797-808.

Damania, R., Desbureaux, S., Hyland, M., Islam, A., Moore, S., Rodella, A. S., Russ, J. and Zaveri, E. (2017): Uncharted Waters. Washington, DC: World Bank Publications.

Darand, M., & Sohrabi, M. M. (2018). Identifying drought-and flood-prone areas based on significant changes in daily precipitation over Iran. Natural Hazards, 90(3), 1427-1446

Droogers, P., and Allen, R. G. (2002): Estimating reference evapotranspiration under inaccurate data conditions. Irrigation and drainage systems, 16(1), 33-45.

Frank, A., Armenski, T., Gocic, M., Popov, S., Popovic, L. and Trajkovic, S. (2017): Influence of mathematical and physical background of drought indices on their complementarity and drought recognition ability. Atmospheric Research, 194, 268–280.

Genest, C., R´emillard, B. and Beaudoin, D (2009): Goodness-of-fit tests for copulas: A review and a power study. Journal of Mathematics and Economics, 44(2), 199–213.

González, J. and Valdés, J. B. (2006): New drought frequency index: definition and comparative performance analysis. Water Resources Research, 42(11), W11421.

Guttman, N. B. (1998): Comparing the palmer drought severity index and the standardized precipitation index. J. Am. Water Resour. Assoc. 34 (1), 113-121.

Hayes, M. J. (2000): What is drought?. National drought mitigation center.

Hayes, M.J., Wilhelmi, O. V., and Knutson, C. L. (2004). Reducing drought risk: bridging theory and practice. Natural Hazards Review. 5(2), 106-113.

Keshavarz, M., Karami, E. and Vanclay, F. (2013): The social experience of drought in rural Iran. Land Use Policy, 30(1), 120–129.

Kousari, M. R., Hosseini, M. E., Ahani, H., and Hakimelahi, H. (2017): Introducing an operational method to forecast long-term regional drought based on the application of artificial intelligence capabilities. Theoretical and applied climatology, 127(1-2), 361-380.

Mansouri, M. R., Bagherzadeh, A. and Khosravi, M. (2013): Assessment of drought hazard impact on wheat cultivation using standardized precipitation index in Iran. Arabian Journal of Geosciences, 6(11), 4463-4473.

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, 17-22 January, Anaheim, CA, pp. 179-184.

Mishra, A. K., and Singh, V. P. (2010): A review of drought concepts. Journal of Hydrology, 391(1-2), 202- 2016.

Moorhead, J. E., Gowda, P. H., Singh, V. P., Porter, D. O., Marek, T. H., Howell, T. A. and Stewart, B. A. (2015): “Identifying and Evaluating a Suitable Index for Agricultural Drought Monitoring in theTexas High Plains. JAWRA” Journal of the American Water Resources Association, 51(3), 807–820.

Nabaei, S., Sharafati, A., Yaseen, Z. M., and Shahid, S. (2019): Copula based assessment of meteorological drought characteristics: regional investigation of Iran. Agricultural and Forest Meteorology, 276, 107611.

Palmer, W. C. (1965): Meteorological drought. US Department of Commerce, Weather Bureau. Washington, DC: Office of Climatology.

Procházka, P., Hönig, V., Maitah, M., Pljucˇarská, I. and Kleindienst, J. (2018): Evaluation of water scarcity in selected countries of the Middle East. Water, 10(10), 1482.

Qutbudin, I., Shiru, M. S., Sharafati, A., Ahmed, K., Al-Ansari, N., Yaseen, Z.M., Shahid, S. and Wang, X. (2019): Seasonal drought pattern changes due to climate variability: case study in Afghanistan. Water, 11(5), 1096.

Salami, H., Shahnooshi, N. and Thomson, K. (2009): The economic impacts of drought on the economy of Iran: An integration of linear programming and macro- econometric modeling approaches. Journal of Ecological Economics, 68, 1032–1039.

Serinaldi, F., Bonaccorso, B., Cancelliere, A. and Grimaldi, S. (2009): Probabilistic characterization of drought properties through copulas. Phys. Chem. Earth 34, 596-605.

Shahi, A. (2019): Drought: the Achilles heel of the Islamic Republic of Iran. Asian Affairs, 50(1), 18–39.

Sharafati, A, Nabaei, S, and Shahid, S. (2020): Spatial assessment of meteorological drought features over different climate regions in Iran. Int J Climatol. 40(7), 1864– 1884.

Tsakiris, G., Pangalou, D., and Vangelis, H (2007): Regional drought assessment based on the Reconnaissance Drought Index (RDI). Water Resource Manage, 21(5), 821–833.

Tajbakhsh, S., Eisakhani, N. and FAZL, K. A. (2015): Assessment of meteorological drought in Iran using standardized precipitation and evapotranspiration index (SPEI). Journal of the Earth and Space Physics, 41(2), 313–321.

Vicente-Serrano S. M., Beguería S., and López-Moreno J. I (2010): A Multi–scalar drought index sensitive to global warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index –SPEI”. Journal of Climate, 23(7), 1696– 1718.

Yevjevich, V. (1967): An objective approach to definition and investigations of continental hydrologic droughts, Hydrology papers, Colorado State University, Fort Collins, USA, pp. 23.

Zarch, M. A. A., Malekinezhad, H., Mobin, M. H., Dastorani, M. T. and Kousari, M. R. (2011): Drought monitoring by reconnaissance drought index (RDI) in Iran. Water Resources Management, 25(13), 3485.