بخشی از مقاله
چکیده
خشکسالی یکی از بلایای طبیعی که خسارات زیادی به اکوسیستم های طبیعی وارد می آورد و با دیگر حوادث طبیعی تفاوت دارد. عمده این تفاوت ها در تأثیر تدریجی خشکسالی طی یک دوره نسبتاً طولانی، عدم امکان تعیین زمان شروع و خاتمه و وسعت جغرافیایی تأثیر آن می باشد. از طرف دیگر نبود تعریف دقیق و قابل قبول جهانی از خشکسالی به پیچیدگی و سردرگمی این پدیده افزوده است. در این پژوهش بهمنظور پایش و تحلیل خشکسالی از شاخص DPI استفادهشده است.
بدین منظور آمار معتبر بارندگی 11 ایستگاه سینوپتیک هواشناسی استان خوزستان طی دوره آماری 1995-2014 از بانک اطلاعات سازمان هواشناسی مورد استفاده قرارگرفته است. با استفاده از نرمافزارDIP و با استفاده از شاخص مطرح DPI محاسبه مشخصات و ویژگیهای خشکسالی نظیر فراوانی، شدت و مدت خشکسالی برای ایستگاههای استان انجام گردید.
درنهایت تحلیل بهدستآمده از این شاخص خشکسالی بیانگر 5 دوره خشکسالی طی سالهای 2011-2010-2008- 1995 و2013 بوده است وخشکسالیهای سال 2010 و 2008 ازشدیدترین خشکسالیهای به وقوع پیوسته در استان خوزستان محسوب می گردند. درنهایت پهنهبندیهای خشکسالی استان طی 5 دوره خشکسالی در محیط ARC Gis تهیه و ارائه گردیده است.
مقدمه
خشکسالی یکی از پدیدههای آبوهوایی و ازجمله رخدادهایی است که هرساله خسارات زیادی را باعث میشود. این پدیده درواقع از ویژگیهای اصلی و تکرارشوندهی اقلیمهای متفاوت به شمار میآید و اثرات آن صرفاً به نواحی خشک و نیمهخشک محدود نمیشود، بلکه خشکسالی هم در نواحی خشک وهم در نواحی مرطوب به وقوع میپیوندد و باعث کمبود منابع آب میگردد.
کشور ایران در مقایسه با سایر کشورهای جهان به سبب داشتن تنوع محیطی رتبه بالایی را در بروز بحران ناشی از سوانح طبیعی داراست؛ بهطوریکه، از چهل نوع بلای طبیعی جهان، 31 مورد آن در ایران رخداده است
همچنین موقعیت جغرافیایی ایران در منطقه جنبحارهای باعث قرار گرفتن آن در کمربند خشک جهان شده است. این موقع جغرافیایی، همراه عوامل طبیعی دیگری، در پیدایش خصوصیات بیابانی کشور اثرات زیادی دارد و باعث میشود ، میزان بارندگی متوسط سالیانه کمتر از یکسوم متوسط بارندگی جهانی شود
در این شرایط میبینیم که ایران در بیشتر مواقع با نوسانات عناصر اقلیمی و جوی همراه است و تحت تأثیر جریانات جوی الگوهای سینوپتیکی، بینظمی در الگوی بارش و دمای کشور به وجود میآید، ازآنجاییکه کمبود بارش ویژگی مهم نواحی خشک و نیمهخشک میباشد و واکنش محیط به نوسانات بارش بهویژه کاهش بارندگی - خشکسالی - بیش از سایر نواحی اقلیمی است، بررسی خشکسالی در این نواحی جهت جلوگیری از بحران محیطی و خسارات ناشی از آن اهمیت بسزایی دارد. بنابراین ناحیه غرب کشور نیز از این مسئله مستثنا نیست.
بعلاوه منطقه موردمطالعه، اقتصاد کشاورزی مبتنی بر شیوه کشت دیم دارند بهطوریکه هرگونه کاهش در مقدار بارش، سبب کاهش در میزان تولید و بازدهی محصول شده و سطح درآمد را پایین میآورد. بنابراین این ضرورت ایجاب میشود که پدیده خشکسالی ازآنجهت که جنبههای مختلف زیستی، اجتماعی و اقتصادی را تحت شعاع خود قرار میدهد و اختلالات زیستمحیطی بهویژه در جامعه گیاهی به وجود میآورد و تأثیر مهمی بر روند کاهش فعالیتهای انسانی و بازدهی آنها دارد و برنامهریزیهای محیطی را با مشکلات و محدودیتهایی مواجه میسازد، موردبررسی قرار گیرد.
پیشینه
مطالعات بسیار گستردهای، چه در سطح جهانی و چه در سطح ملی، برای تبیین ویژگیهای خشکسالی از طریق شاخصهای متعدد صورت گرفته است. در همین رابطه، بوردی و همکاران - 2001 - از سال 1950 تا 2000 در ایتالیا، به مطالعهی خشکسالی با استفاده از شاخص بارش استاندارد در مقیاسهای زمانی متفاوت پرداختهاند و تأکید کردند که این شاخص ابزار مناسبی برای تجزیهوتحلیل خشکسالی های بلندمدت است.
رولت و ریچارد - 2003 - با استفاده از شاخص بارش استاندارد، گسترش مکانی و شدت خشکسالی جنوب آفریقا را در مقیاسهای سهماهه، ششماهه و دوازدهماهه بررسی کردند و دریافتند که این شاخص ابزار مناسبی برای پایش گسترش مکانی و شدت خشکسالی در منطقه ی موردمطالعه است.
پالوا و همکاران - 2005 - با استفاده از مدل زنجیره مارکف، به تخمین گروههای متفاوت خشکسالی و مدتزمان لازم برای تغییر مقدار SPI از یک گروه خشکسالی به گروه دیگر و تعیین دوره بازگشت برای هر یک از این ردهها در منطقه آلنتیجای پرتغال پرداخت.
کیم و همکاران - - 2009 به ارزیابی و مقایسه عملکرد شاخص بارش مؤثر و شاخص SPI با مقیاس زمانی ماهانه 1، 3، 6، 9، 12 و 24 ماهه برای پایش شدت خشکسالی در سئول کره، طی دوره 200 ساله از 1807تا 2006 پرداختند. نتایج تأییدشده بیانگر اثر بیشتر شاخص EDI نسبت به شاخص SPI در ارزیابی دورههای کوتاهمدت و بلندمدت خشکسالی ها است. فضل اولی، میردارسلطانی، رائینی سرجا - 1389 - با بهکارگیری شاخصهای خشکسالی SPI، ZSI، CZI و MCZI در استان مازندران نشان دادند که تفاوت معنیدار میان شاخصهای خشکسالی محاسبهشده برای کلیه ایستگاهها وجود دارد.
بنیمهد و خلیلی - 1390 - بررسی و مقایسهای بین شاخصهای خشکسالی SPI و EDI در ایستگاههای منتخب استان مازندران انجام دادند و نشان دادند که تداوم خشکسالی و شدت خشکسالی بر اساس شاخص EDI به ترتیب بیشتر و کمتر از مقادیر بازبینی شده توسط شاخص SPI میباشد. علیجانی و ام السلمه - 1390 - پایش و پهنهبندی خشکسالی های ایران را با استفاده از شاخص بارش استاندارد SPI و دادههای آماری هفتاد ایستگاه در دوره آماری سیساله موردبررسی قراردادند.
نتایج پژوهش نشان داد که در بازه دوازده ماه قسمتهای شرق، جنوب شرق، غرب و مرکز کشور، خشکسالی ها بسیار شدید و شدید است، اما در مناطق شمال شرق، شمال غرب و شمال کشور خشکسالی ها متوسط و ملایم است. در بازه بیستوچهار ماهه غرب، شرق، جنوب شرق، جنوب و مرکز کشور خشکسالی ها بسیار شدید و شدید است.
منا ملکی، شیخی شتان - 1393 - به منظور بررسی و ارزیابی پدیده خشکسالی استان کرمانشاه با استفاده از شاخص های ZSI و CZI،SPI پرداختند. برای انجام این هدف از داده های بارندگی 4 ایستگاه که دارای طول دوره آماری 19 سال بوده اند 1365 - الی - 1384،استفاده شد و برای تحلیل خشکسالی از نرم افزار DIP استفاده گردید. نتیجه این پژوهش بیانگر این است که در روند شاخص درصد نرمال - PN - در دوره زمانی 19 ساله ، دوره های خشکسالی هر 6 سال یک بار بوده است که شروع آن سال 1367 و پایان آن سال 1379 بود.
منطقه مورد مطالعه
استان خوزستان با مساحتی بالغ بر 64746 کیلومتر مربع بین طول شرقی 47 درجه و 41 دقیقه تا 50 درجه و 39 دقیقه و عرض شمالی 29 درجه و 58 دقیقه تا 33 درجه و 4 دقیقه در جنوب غربی ایران به عنوان یک منطقه انتخاب شده است که به واسطه موقعیت جغرافیایی و نامنظم بودن رژیم بارندگی، دوره خشکسالی در آن بوجود می آید و از نظر سخت بودن شرایط خشکسالی در بین استان های کشور، در مرتبه سوم قرار دارد متوسط بارندگی سالانه آن حدود 291 میلی متر، متوسط درجه حرارت حدود 26 درجه و متوسط رطوبت نسبی 43 درصد است به منظور بررسی شرایط اقلیمی و تأثیر عناصر اقلیمی این پژوهش از حداکثر آمار شبکه جامع ایستگاه های هواشناسی برای کل استان شامل 11 ایستگاه سینوپتیک هواشناسی طی یک دوره 20 ساله - 1995-2014 - مورد استفاده قرار گرفت.
شکل :1 نقشه موقعیت جغرافیایی ایستگاه های مورد مطالعه
روش تحقیق
حداکثر بعد از جمع آوری آمار ایستگاه های هواشناسی منتخب به صورت ماهانه و سالانه، عناصر لازم متناسب با اهداف تحقیق استخراج گردیده و سپس تغییر فرمت داده ها در محیط نرم افزار اکسل انجام شده و در نهایت توان مندی های لازم به صورت ماهانه و سالانه جهت انجام تحلیل های آماری تعیین و آماده سازی شده است. نتایج حاصل از بررسی توزیع فصلی بارش برای ایستگاه های مورد مطالعه در سطح استان خوزستان در جدول شماره 1 ارائه گردیده است.
جدول :1 ویژگی های آماری توزیع بارش فصلی ایستگاه های مورد مطالعه
مطابق شکل 2 در ارتفاعات استان نواحی کوهستانی شمالی، شمال شرقی و شرق، از میزان بارش قابل ملاحظه ای در مقایسه با سطح دشت های نواحی مرکزی و جنوبی، جنوب شرقی، جنوب غربی و غرب استان برخودار می باشد.
شکل :2 نقشه همباران استان خوزستان
بررسی شاخص دهکهای - DPI -
این شاخص بهوسیله گیبس و ماهر در سال 1967 بهمنظور جلوگیری از نواقص موجود درروش درصد از نرمال ارائهشده است - گیبس و ماهر، 1967، ص. - 3 درروش دهکها، توزیع بارش به وقوع پیوسته در یک دوره طولانی به ده بخش تقسیم میشود. هر یک از این بخشها یک دهک نامیده میشود. دهک اول، معرفی بارشی است که از 10 درصد بارش کمتر و دهک دوم نشاندهنده مقدار بارشی است که از 20 درصد بارش کمتر است. در این روش، آمار اقلیمی طولانیمدت از منطقه موردنیاز است. روش دهکها بهعنوان یک شاخص هواشناسی جهت پایش خشکسالی توسط سیستم مراقبت خشکسالی استرالیا 3 انتخابشده است زیرا این روش دارای محاسبات نسبتاً سادهای است و دادههای کمتری نیاز دارد در عوض اشکال این روش آن است که برای محاسبه دهکها به آمار اقلیمی بلندمدت نیاز است. اصول کلی در محاسبه دهکها بهصورت زیر است:
-1 مرتب کردن دادههای بارندگی ماهانه بهصورت صعودی
-2 تعیین دامنه دهکی با استفاده از رابطه زیر - گیبس و ماهر -
-3 برآورد مقادیر بارندگی مربوط به هر دهک - حد انتهایی -
-4 تعیین سالهای آماری که در دهکهای مختلف قرارگرفتهاند.
برای استفاده ازاینروش، لازم است دادهها دارای توزیع نرمال باشند و ازآنجاکه دادههای بارندگی معمولاً از این توزیع پیروی نمیکنند، ابتدا لازم است با یکی از روشهای مناسب، دادهها را نرمال کرد. یکی از روشها، روش Box-Cox میباشد که در سال 1961 معرفیشده است و از فرمول زیر برای آن استفاده میشود
در این رابطه، Rn دادههای بارندگی نرمال شده؛ R داده های بارندگی مشاهدهشده؛ و پارامتر معادله میباشد. مقدار از روش سعی خطا و جایگزینی اعداد مختلف به ترتیب حاصل میشود که چولگی مقدار Rn به سمت صفر میل کند. یکی از ایرادات سیستم دهکها این است که یک سری طولانیمدت از دادههای اقلیمی نیاز است تا دهکها بهطور دقیق محاسبه شوند. جدول2 طبقه بندی شدت خشکسالی بر اساس شاخص دهکها نشان دادهشده است
در روش دهکها به منظور بررسی خصوصیات خشکسالی زمان شروع، خاتمه، تداوم و شدت خشکسالی دوره ای که مقادیر این شاخص پایین تر از دهک چهارم باشد خشکسالی شروع واستیلا می یابد. وزمانی که مقادیر DPI از دهک چهارم بالاتر باشد خشکسالی خاتمه یافته است.
جدول :2 طبقه بندی خشکسالی بر اساس روش دهک ها DPI
تغییرات شاخص شدت خشکسالی - - DPI در مقیاس زمانی12 ماهه ایستگاه های استان خوزستان
نتایج حاصل ازشاخص DPI برای 11 ایستگاه استان خوزستان طی دوره 1995-2014 محاسبه گردیده ودر غالب جداول و نمودار در بخشهای ذیل ارائه شده است با توجه به جدول3 و 4 که فراوانی خشکسالی ایستگاههای استان به روشDPI را نشان می دهد می توان گفت که؛ بیشترین وکمترین خشکسالی های ملایم استان مربوط به ایستگاههای بستان و بهبهان با 4 دوره خشکسالی ملایم وایذه بدون خشکسالی ملایم بوده است.
بیشترین وکمترین خشکسالی های متوسط استان مربوط به ایستگاههای ایذه واهشهر با 4 دوره خشکسالی متوسط وایستگاه بستان بدون خشکسالی متوسط می باشد. بیشترین وکمترین خشکسالی های شدید استان نیز مربوط به ایستگاههای رامهرمز وبستان با 3 دوره خشکسالی شدید وایستگاههای اهواز و مسجد سلیمان بدون خشکسالی شدید بوده است.
بیشترین وکمترین خشکسالی های خیلی شدید استان نیز مربوط به ایستگاههای اهواز و بهبهان و مسجد سلیمان با 3 دوره خشکسالی خیلی شدید وایستگاههای امیدیه ایذه وبستان وشوشتر با 2 دوره خشکسالی بسیار شدید بوده است. در مجموع استان خوزستان نیز در مجموع 5 دوره خشکسالی را با توجه به نتایج ایستگاهها از شاخص DPI طی دوره 1995-2014 تجربه نموده است.
جدول :3 شدت دوره های خشکسالی ایستگاهها ی استان به روش DIP
