بخشی از مقاله
چکیده
خشکسالی به دلیل وسعت زیاد و طولانی بودن مدت اثر، تاکنون به عنوان پرهزینهترین بلاي طبیعی شناخته شده که باعث ایجاد بحران کمبود آب و مواد غذایی در مناطق متأثر از آن میشود. تشخیص روند دادههاي اقلیمی در مدیریت منابع آب بسیار حائز اهمیت است. در این مطالعه، تحلیل روند سريهاي زمانی خشکسالی با استفاده از آزمون ناپارامتریک من- کندال در ایستگاههاي همدیدي مشهد، سبزوار و تربت حیدریه واقع در استان خراسان رضوي که داراي بیش از 50 سال دادهي آماري - - 1960-2010 بودند، صورت گرفت.
شاخص بارش استاندارد به منظور بررسی خشکسالی در مقیاسهاي زمانی 1 ، 3 ، 6، 9، 12، 18، 24 و 48 ماهه محاسبه شد. بر اساس نتایج بهدست آمده در سطح اطمینان 95 درصد، شاخص بارش استاندارد تنها در ایست گاه همدیدي سبزوار روند افزایشی داششت. در ایستگاههاي همدیدي مشهد و تربت حیدریه روند معنیداري مشاهده نگردید. بیشترین روند افزایشی شاخص ببارش اسستاندارد در ایستگاه همدیدي سبزوار در مقیاس زمانی 12 ماهه و کمترین روند افزایشی آن در سري زمانی 6 ماهه مشاهده شد.
در سري زمانی یک ماهه روند معنیداري در هیچ کدام از ایستگاههاي سینوپتیک وجود نداشت. نتایج این پژوهش نشان داد که سريهاي زمانی طولانیمدت بهتر از سريهاي زمانی کوتاهمدت میتوانند روند را نشان دهند.
نتایج همچنین نشان داد که در ایستگاه همدیدي سبزوار نیز در سريهاي زمانی 1 و 3 ماهه روند معنیداري وجود نداشت . در مقیاس زمانی ماهانه در هیچ کدام از ایستگاههاي همدیدي مورد مطالعه روند معنیداري در شاخص استاندارد بارش وجود نداشت. با توجه به یافتههاي این پژوهش میتوان نتیجه گرفت که سريهاي زمانی طولانیمدت بهتر از سريهاي زمانی کوتاهمدت میتوانند روند را تشخیص دهند.
مقدمه
خشکسالی هواشناسی پدیدهاي طبیعی و نامحسوس است که در پی کاهش بارندگی در طی یک دوره ممتد کوتاه یا طولانی مدت روي میدهد
این پدیده به عنوان یکی از محدودیتهاي خاص طبیعت، براي هر اقلیمی تکرارپذیر و پیشآمدنی است و برخی از محققان، از آن به عنوان ناهنجاري اقلیمی یاد کردهاند
اگرچه خشکسالی تقریباً در تمام مناطق آب و هوایی رخ میدهد، در مناطق خشک و نیمهخشک نظیر ایران که با دشواريهاي زیادي در زمینهي تأمین آب مورد نیاز روبهروست، این مسئله اهمیت بیشتري پیدا میکند
خشکسالیهاي شدید و مداوم در تمام جهان، منشأ اصلی مشکلاتی نظیر کاهش منابع آب، کاهش محصولات کشاورزي و نقصان در چرخهي اکوسیستم به شمار میرود. از این رو این واقعه تأثیرات منفی اقتصادي را در این مناطق به دنبال دارد
براي مثال، طی یکی از دورههاي شدید خشکسالی در ایران بین سالهاي 1998 تا 2001، جمعیت 10 استان از 28استان کشور - که در آن زمان تقریباً با بیش از نصف جمعیت ایران معادل بود - در خطر گرسنگی و کمبود آب قرار گرفتند
شاخصهاي مختلفی در جهت تشخیص و پایش خشکسالی پیشنهاد شده که یکی از پرکاربردترین آنها شاخص بارش استاندارد یا SPI است که توسط McKee و همکاران - 1993 - پیشنهاد شد.
تشخیص روند دادههاي اقلیمی در مدیریت منابع آب و همچنین بررسی تأثیر صنعتی شدن بر چرخهي هیدرولوژیکی آب از طریق انتشار گازهاي گلخانهاي بسیار حائز اهمیت است
براي تشخیص روند در سريهاي مختلف زمانی متغیرهاي آب و هوایی، از آزمونهاي مختلفی استفاده میشود. این آزمونها به دو دستهي پارامتریک و غیرپارامتریک تفکیکپذیرند. آمار پارامتریک مستلزم پیشفرضهایی در خصوص جامعهاي است که از آن نمونه-گیري صورت گرفته است.
یکی از مهمترین پیشفرضها، فرض نرمال بودن جامعه است. اما آمار ناپارامتریک مستلزم هیچگونه فرضی در مورد نرمال بودن جامعه نیست . آزمونهاي من- کندال نمونهاي از آزمونهاي غیرپارامتریک هستند که در تحقیقات بررسی روند متغیرهاي اقلیمی از آنها استفاده میشود. در سالهاي اخیر مطالعات متعددي در زمینهي تحلیل روند طولانیمدت خشکسالی در تمام دنیا از جمله ایران با استفاده از این روش صورت گرفته است. بري ابرقویی و همکاران تغییرات و روند خشکسالی تحت تغییرات اقلیمی جهانی را با استفاده از آزمون من- کندال براي 42 ایستگاه سینوپتیک واقع در نواحی مختلف ایران بررسی کردند. نتایج به دست آمده بیانگر روند منفی خشکسالی در نقاط مختلف ایران به خصوص جنوب شرق، غرب و جنوب غرب است
و همکاران، . - 2011 کوثري و همکاران روند خشکسالی را در نواحی خشک و نیمهخشک ایران بر اساس شاخص خشکسالی RDI براي ارزیابی شدت خشکسالی با استفاده از آزمون ناپارامتریک من- کندال و آزمون سن بررسی کردند Kousari - و همکاران، . - 2014 نتایج روند کاهشی بیشتري را در سريهاي زمانی طولانی مدت 12 - ، 18 و 24 ماهه - نسبت به سريهاي کوتاه مدت نشان داد.
طبري وهمکاران روند زمانی و شاخصههاي مکانی خشکسالی را در مناطق خشک و نیمهخشک ایران با استفاده از SPI در مقیاس زمانی 12 ماهه با استفاده از آزمونهاي من- کندال و اسپیرمن بررسی کردند Tabari - و همکاران، . - 2012 بر اساس نتایج به دست آمده روند کاهشی بارش در بهار، تابستان، پاییز و زمستان به ترتیب در 90، 60، 60 و 50 درصد ایستگاهها مشاهده و منطقه مطالعاتی در طول 4 دهه خشکتر شده است.
در این مطالعه با هدف بررسی تغییرات روند سريهاي زمانی خشکسالی و بارش، از دادههاي ماهانهي بارش ایستگاههاي سینوپتیک شهرستانهاي مشهد، سبزوار و تربت حیدریه با بیش از 50 سال داده آماري - 1960-2010 - استفاده شد. بدین منظور از شاخص بارش استاندارد در مقیاسهاي زمانی مختلف 1، 3، 6، 9، 12، 18، 24 و 48 ماهه براي مطالعهي خشکسالی و از آزمون ناپارامتري من- کندال به منظور مطالعهي روند بهره گرفته شد. هدف از این مطالعه، ضمن بررسی روند خشکسالی در شهرستانهاي مشهد، سبزوار و تربت حیدریه واقع در استان خراسان رضوي در مقیاس طولانیمدت، تعیین میزان معناداري روند در سريهاي مختلف زمانی شاخص بارش استاندارد است.
مواد و روشها
استان خراسان رضوي با مساحت 118854کیلومترمربع که حدود 7 درصد مساحت کل کشور را تشکیل میدهد، در ششمال ششرق کشور قرار دارد. منطقه مورد مطالعه بین 33 درجه و52 دقیقه تا 37 درجه و 42 دقیقه عرض شمالی و 56 درججه و 19 دقیققه تتا 61 درجه و16 دقیقه طول شرقی قرار دارد. این استان یکی از مناطق مهم با قدمت دیرینه در تولید محصولات کشاورزي است، ککه ححدود 80 درصد از آب کشاورزي استان به طور مستقیم از آبهاي زیرزمینی تأمین میگردد. لذا خششکسالیها تأثیر مسستقیم ببر مییزان تولیدات زراعی استان دارد. به منظور انجام این تحقیق از آمار بلندمدت بارش ماهانه - 1960- 2010 - سه ایستگاه سینوپتیک وابسته به سازمان هواشناسی کشور در محدودهي شهرستانهاي مشهد، سبزوار و تربت حیدریه واقع در استان خراسان رضوي استفاده شد.
جهت انجام تحقیق ابتدا خلا آماري محدود در دادههاي هواشناسی از طریق روش تفاضلها و نسبتها برآورد شد. سپس همگننی دادههها ببا استفاده از روش رانتست مورد بررسی قرار گرفت. براي محاسبه شاخصهاي خشکسالی از نرم افزار DIP استفاده شد.
نرم افزار فوق حاصل پروژه »طراحی سیستم پایش خشکسالی استان تهران « - WREI-79489 - ، که به وسیله معاونت پژوهش و مطالعات پایه شرکت سهامی مدیریت منابع آب ایران انجام گرفته، میباشد. این نرم افزار اغلب شاخصهاي خشکسالی هواشناسی را محاسبه مینماید و سريهاي زمانی شاخصها را در مقیاسهاي زمانی مختلف ایجاد میکند. این نرم افزار تحت سیستم عامل ویندوز عرضه گردیده است. دادهها جهت ورود به نرم افزار با فرمت ASCII تهیه شد و شاخص بارش استاندارد در مقیاسهاي زمانی مختلف 1، 3، 6 ، 9، 12، 18، 24 و 48 ماهه براي مطالعهي خشکسالی محاسبه و از آزمون ناپارامتري من- کندال به منظور مطالعهي روند بهره گرفته شد.
شاخص بارش استاندارد
شاخص بارش استاندارد یک شاخص خشکسالی هواشناسی است که توسط Mckee و همکاران - 1993 - پیشنهاد شده است. این شاخص تنها بر اساس دادههاي بارش است. از این رو محاسبهي آن آسان است و مقدار آن تحت تأثیر ارتفاع و جغرافیاي منطقه قرار نمیگیرد. همچنین امکان محاسبهي خشکسالی در مقیاسهاي زمانی مختلف با استفاده از این شاخص فراهم است.
محاسبهي SPI براي هر منطقه بر پایهي آمار بلندمدت بارندگی - یعنی حداقل 30 سال - براي یک دورهي یک ماهه، سه ماهه، شش ماهه و ... استوار است. این آمار درازمدت به یک تابع توزیع احتمال برازش یافته و تابع حاصل براي پیدا کردن احتمال تجمعی بارندگی براي یک ایستگاه و یک مقیاس زمانی مشخص میتواند استفاده شود . این احتمال سپس به متغیر تصادفی نرمال تبدیل میشود و بیانگر نمایهي SPI است. براي محاسبهي SPI از رابطهي زیر استفاده میشود:
مسئله ي اصلی در اینجا برازش توزیع آماري مناسب بر سري زمانی مورد نظر است. تابع توزیع گاما به عنوان رایجترین تابع توزیع احتمالی برازش دادهها در محاسبهي SPI به کار گرفته میشود.
بنابراین مقدار SPI انحراف استانداردي است که یک رویداد مشخص از شرایط نرمال نشان میدهد و به طور کلی این نمایه بر اساس توضیحات گفته شده براي بیان خشکسالی چنین تعریف میشود: دوره-اي که SPIدائماً منفی است و به مقدار -1 و کمتر از آن میرسد، زمانی پایان میپذیرد که مقدار آن مثبت شود.
بنابراین مقادیر مثبت نمایانگر بارشی بیش از مقدار متوسط و مقادیر منفی بیانگر بارشی کمتر از بارش متوسط هستند. دامنهي تغییرات و طبقهبندي SPI براي بیان شدت خشکسالی در جدول 1 آورده شده است.
