بخشی از مقاله
چکیده
خشکسالی یک پدیده خزنده است که میتواند در هر جایی رخ دهد و خسارات قابلتوجهی به بشر و سازههاي طبیعی وارد آورد. شدت و مدت خشکسالی دو فاکتور مهم خشکسالی هستند که همبستگی بالایی با هم دارند و از این رو تحلیل توأم آنها تفسیر دقیقی از ماهیت پدیده خشکسالی را در اختیار میگذارد. هدف از این پژوهش، استفاده از توابع چندمتغیره کوپلا براي تحلیل دومتغیره شدت و مدت خشکسالی هواشناسی در منطقه شاهرود است.
بدین منظور، ابتدا مقادیر متغیرهاي مدت و شدت خشکسالی از SPI در بازه زمانی 12 ماهه استخراج شده است. توزیعهاي تکمتغیره مناسب بر متغیرهاي شدت و مدت خشکسالی بهطور جداگانه برازش داده شده و بر مبناي تست کلموگروف-اسمیرنوف و کاي اسکوئر - در سطح - %5 به ترتیب توزیع گاما و نمایی انتخاب گردیدند. در ادامه، پنج تابع کوپلا به دادههاي شدت و مدت خشکسالی برازش داده شدند و تابع با بیشترین مقدار حداکثر لگاریتم درستنمایی - -192/7663 - ، بهعنوان بهترین تابع مفصل شناخته شد.
-1 مقدمه
خشکی و خشکسالی یکی از ویژگیهاي اجتنابناپذیر و زیانبار اقلیمی کشور ایران بهشمار میرود. بنابراین، پژوهش و مطالعه در این مورد بسیار ضروري است .[1] خشکسالی یک بلاي طبیعی و قابل تکرار است که کلیه اقلیمها را تحت تأثیر قرار میدهد . هر ساله بیش از نصف کره زمین مستعد وقوع خشکسالی است .[2] در تحقیقات صورت گرفته براي ارزیابی خشکسالیها، بیشترین تمرکز بر خشکسالی هواشناسی است که یکی از دلایل آن وجود اطلاعات وسیعتر و کاملتر و همچنین وجود این تفکر که بارش عامل اصلی خشکسالی است، میباشد .
[3] خشکسالی داراي چندین مشخصه - متغیر - است که میان اغلب این متغیرها همبستگی زیادي وجود دارد. از طرفی، بهدلیل آنکه تحلیل تکمتغیره متغیرهاي خشکسالی فقط اثر یک متغیر را در نظر میگیرند، بنابراین نمیتوانند تفسیر درستی از ماهیت پدیده خشکسالی را حاصل کنند. لذا، باید متغیرهاي خشکسالی به صورت توأم تحلیل شوند. این تحلیل توأم توسط روش تابع مفصل - کوپلا - انجام پذیر است.
شیائو و شن - 2001 - ، بوناکورسو و همکاران - 2003 - و گونزالز و والدز - 2003 - توزیع شرطی شدت را براساس مدت خشکسالی براي ایجاد توزیع توأم شدت و مدت خشکسالی ارائه دادند 4]، 5 و .[6 شیائو - 2006 - مفصلهاي دوبعدي را بر شدت و مدت خشکسالی برازش داد .[7] شیا و مدرس - 2009 - براي تحلیل شدت و مدت و فراوانی خشکسالی در ایران از توابع مفصل استفاده کردند .[8] سرینالدي و همکاران - 2009 - کاربرد مفصلها را در تحلیل احتمالاتی خصوصیات خشکسالی نشان دادند .
[9] میر اکبري و گنجی - 1391 - براي مشاهده اثرات مکانی خشکسالی، تحلیل منطقهاي خشکسالی را انجام دادند. آنها ابتدا متغیرهاي مدت و سختی را براي 41 ایستگاه واقع در استان خوزستان استخراج کردند. سپس با به-کارگیري این متغیرها و استفاده از روش L-moments، مناطق همگن را شناسایی کردند. در نهایت، توزیع توأم متغیر-هاي مدت و سختی را براي هر منطقه همگن با استفاده از توابع مفصل ارائه کردند .[3] لاکس و همکاران - 2011 - با به-کارگیري تابع مفصل کلایتون، به بررسی توزیع دومتغیره شدت و مدت خشکسالی پرداختند .
[10] ونگ و همکاران - 2013 - بررسی همبستگی عرضی بین خشکسالی هواشناسی و خشکسالی هیدرولوژیک را مورد توجه قرار دادند .[11] سیستی و همکاران - 2015 - کاربرد تابع مفصل در تحلیل خشکسالی و آبیاري را مورد توجه قرار دادند .[12] در پژوهش حاضر، خشکسالی هواشناسی در منطقه شاهرود با توابع مفصل براساس دو مشخصه شدت و مدت که از مشخصههاي مهم خشکسالی بهشمار میآیند، تحلیل شده است. هدف اصلی از این پژوهش، تحلیل دومتغیره خشکسالی هواشناسی براي بهتر مشخص ساختن خصوصیات بلایاي طبیعی حاصل از آن براساس دو مشخصه شدت و مدت است.
-2 مواد و روشها
در این بخش، ابتدا مقادیر متغیرهاي مدت و شدت خشکسالی از شاخص بارش استاندارد شده - SPI - دوازده ماهه استخراج شده است. سپس، بر متغیرهاي مدت و شدت خشکسالی، توابع توزیع تکمتغیره پارتو تعمیم یافته، پارتو بینهایت تعمیم یافته، لجستیک، نمایی، گاما، نرمال و ویبول بهطور جداگانه برازش داده شده است. با استفاده از آزمونهاي کلموگروف–اسمیرنوف و کاي اسکوئر در سطح %5 براي متغیرهاي مدت و شدت خشکسالی، بهترین تابع توزیع انتخاب گردیده اند. سپس، با برازش چند تابع مفصل بر زوج متغیرهاي مدت و شدت خشکسالی، مناسبترین تابع مفصل از میان توابع مفروض برگزیده شد.
1-2 شاخص بارندگی استاندارد شده - SPI -
شاخص بارندگی استاندارد شده توسط مککی و همکاران - 1993 - توسعه داده شده است [13] و بسیاري از محققین خشکسالی به انعطافپذیري شاخص SPI و توانایی آن در پایش جنبههاي متفاوت خشکسالی اذعان داشتهاند.[14] در این مطالعه، محاسبه SPI با مقیاس زمانی 12 ماه، که یک مقیاس زمانی بلندمدت نسبت به 1، 3 و 6 ماهه است، مد نظر قرار گرفته است. مقادیر مثبت SPI نشاندهنده بارندگی بیشتر از بارش متوسط و مقادیر منفی آن معناي عکس دارد. براساس این تعریف، شدت خشکسالی مجموع مقادیر SPI در این دوره و مدت خشکسالی، تداوم این دوره است.
