بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش از دادههای پایگاه بارش مرکز اروپایی میانمدت جوی برای بررسی تغییرات خودهمبستگی فضایی بارش بر روی ایران و تعیین خشکسالی با توجه به تراکم نقاط روستایی با نمایه استانداردشده بارش - نمایه - z استفادهشده است.در این راستا میانگین متوسط بارش کشور بهصورت ایستگاهی در مقایسه با پیکسلهای بارش سالانه پایگاه داده میانمدت جوی اروپا قیاس شد و صحت پیشبینی پایگاه دادههای مذکور با بارش نقطهای ایستگاهی در کشور ازنظر مقدار مکانی بارش بهصورت نقاط نمونه در 96 ایستگاه مناسب تشخیص داده شد.در ادامه با استفاده از پایگاه داده مذکور میانگین متوسط بارش سالانه ایران در 36 سال اخیر تعیین روند شد.
نتایج حاصل نشان میدهد که سری زمانی میانگین پهنه بارش کشور در طول زمان وخصوصاً سالهای اخیر دچار کاهش محسوسی شده است.بطوریکه میانگین بارش کشور که حدود 250 میلیمتر تخمین زده میشود، در طول زمان سیر نزولی را نشان می دهد.میزان خودهمبستگی فضایی آماره موران محلی بهصورت دههای نیز نشان داد که خوشههای بالا - بالای بارش در طول زمان در قسمتهای شمالی، شمال غرب و غرب تا محدودههای جنوب غرب کشور واقعشده که در طول زمان الگوی فضایی با خوشه های با بارش بالا کاهش مییابد و الگوی با بارش پایین - پایین بهصورت دههای افزایش مییابد.نمایه خشکسالی محاسبهشده بر روی پایگاه داده مذکور نیز نشان میدهد که قسمت اعظمی از سطح کشور در محدوده با خشکسالی متوسط تا خشکسالی با مقادیر بالا قرار دارد.
محدودههای همسایگی که توسط تحلیل هات اسپات - مناطق بحرانی خشکسالی - بکار گرفتهشده نشان میدهد که مناطق کم بارش کشور بهطور متوسط در سی سال اخیر در محدودههای ایران مرکزی،خصوصاً شرق و جنوب شرق کشور دچار خشکسالی متوسط تا شدید شده است. ازنظر تحلیل هات اسپات - نقاط داغ- با مقادیر بالای نمایه استانداردشده برای ترسالی در سطح 95 درصد - در قسمتهای شمال،شمال غرب و غرب ، و - نقاط سرد با مقادیر پایین نمایه استانداردشده برای خشکسالی در سطح 95 درصد - در قسمتهای ایران مرکزی،شرق و جنوب شرق واقع می باشند.
در اصل میتوان عنوان نمود که مقدار بارش کشور بهطور محسوسی بر روی پایگاه داده میانمدت جوی اروپایی کاهشیافته و تراکم نقاط جمعیت روستایی کشور که در شمال شرق، شرق و جنوب شرق را دربرمی گیرد،دچار بحرانهای محیطی ازجمله کمبود آب،احتمال افزایش مهاجرت و تنشهای منطقهای در بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی خواهند شد.
واژههای کلیدی
تحلیل فضایی، بارش، - - ECMWF،خشکسالی ، تراکم جمعیت روستایی ، ایران
مقدمه
بارش مهمترین متغیر آبشناختی است که پیوند میان جو و فرآیندهای سطحی را برقرار میسازد.سهچهارم گرمای جو حاصل آزادسازی گرمای نهان تبخیر است.از این گذشته پراکنش ابر و بخارآب در ترازمندی تابش نقش دارد.ناهنجارهای مثبت و منفی بارش سبب بروز سیل و خشکسالی میشود استفاده از دادههای پایگاه بارش منطقهای و جهانی در مطالعات اقلیم شنا سی و برنامهریزی محیطی روبه گسترش است.ازجمله پایگاه دادههای متغیر اقلیمی در سطح دنیا داده پایگاه - ECMWF - است.
در این پژوهش نیز از مقادیر بارش برآورد شده آخرین نسخه این پایگاه داده بنام از مرکز پیشبینی میانمدت جوی اروپایی در مقطع سالانه در یک دوره نرمال اقلیمی 30ساله بر روی پهنه ایرانزمین استفادهشده است.در ارتباط با بارش پایگاه منطقهای و جهانی مطالعات گستردهای در سطح دنیا و بهندرت در کشور انجامشده است.ژاو و فو بارش تابستانه چین را با استفاده از دادههای بارش پای گاههای و Cru طی بازه زمانی2000تا1979 بررسی کردند.هدف پژوهش آنها،صحت سنجی دادههای بارش پایگاههای یادشده بود.
بوسلوویچ و هم کاران،نیز به وا کاوی ج هانی و منط قهای بارش بر پا یه دادههای بارش پایگاههای پرداخت ند.آن ها علاوه بر پای گاه های یادشده،از دادههای بارش GEOS4 و JAR25 نیز بهره گرفتند.هدف آنها شناخت تفاوت،همسانی و نقاط قوت و ضعف دادههای واکاوی شده بود.نتایج مطالعه آنها نشان از همبستگی مکانی و هماهنگی خاص هریک از پایگاههای یادشده دارد.
دایر و هم کاراند قت م قادیر بارش پای گاه های دادهEra-40 و Ncep/Ncar را در تحلیل مکانی و تغییرپذیری بارش فصلی و سالانه اتیوپی در مقایسه با دادههای زمینی ارزیابی کردند.یافتههای آنها نشان داد که دو پایگاه داده یادشده مقدار بارش را در برخی از مناطق بیشتر و در برخی مناطق دیگر کمتر از حد واقعی برآورد می کنند.بالسامو و همکاران،دقت مقادیر بارش برآورد شده نسخه از پایگاه ECMWF بر روی ایالاتمتحده امریکا در بازه زمانی روزانه،ماهانه ،ف صلی و سالانه ارزیابی کردند.نتایج پژوهش آنها ن شان داد که بر روی منطقه واکاوی شده در بازه زمانی سالانه مقادیر بارش برآورد شده هماهنگی مناسبی با بارش پای گاه Gpcp v2.1 دارد.
دار ند و ز ند کیمی،طی م قا لهای اقدام به واکاوی دقت زمانی – مکانی بارش پایگاه نسخه بر روی ایران و مقایسه این پایگاه داده با دادههای پایگاه ملی اسفزاری بارش که توسط مسعودیان در دانشگاه اصفهان و به روش میان یابی بر روی 1437ایستگاه همدید،اقلیمی و بارانسنجی در دانشگاه اصفهان تولیدشده است نمودند.نامبردگان ضمن مقایسه دقت و صحت خوب دادههای بر روی ایران،محا سبات نمایههای احتمال آ شکار سازی روزهای بارانی،ن سبت هشدار اشتباه،روزهای بارانی و غیر بارانی و آستانه موفقیت پایش روز های بارانی و غیر بارانی بر روی پای گاه داده مذکور نمود ند.
در پژوهش پیش رو نیز با استفاده از پایگاه بارش داده مذکور در مقطع سالانه بر روی ایرانزمین ضمن مقای سه چ شمی مابین این دادهها با تعداد 96 ایستگاه نمونه که پراکندگی مناسب و دوره آماری مناسبی را داشتند شده، که این مقایسه حاکی از هماهنگی مقدار مکانی بارش و نزدیکی بارش پایگاه دادههای بارش دارد.لذا برای ادامه مطالعه حاضر با استفاده از این پایگاه داده اقدام به بررسی تغییرات الگوی خودهمبستگی فضایی بارش و محاسبه خشکسالی - نمایه - z بر روی گستره ایران شده است.
بهصراحت میتوان بیان نمود که تاکنون پژوهشی جهت محاسبه تغییرات الگوی تصادفی و غیر تصادفی - خوشههای بارش - بر روی پایگاههای جهانی و منطقهای بارش و متغیرهای اقلیمی صورت نگرفته است.به همین منظور این تحقیق رویکردی جدید برای محاسبات آماری فضایی بر روی بارش میتواند،ازجمله دستاوردهای جدید در ارائه روشهای مطرح - آمار فضایی - بر روی پایگاه جهانی و منطقهای بارش ازجمله وpersain و غیره برای مطالعات بعدی معرفی نماید.
دادهها و روش کار
در این پژوهش با است فاده از داده های بارش در مقطع سالا نه ایرانزمین پایگاه باقدرت تفکیک مکان قوسی استفادهشده است.همچنین از مقادیر بارش ایستگاهی در یک بازه زمانی - 30 ساله - از سال 1981-2010 ضمن مقای سه و دقت صحت با مشاهده چشمی با پایگاه داده بارش استفادهشده است الف موقعیت ایستگاههای نمونه ایران با دادههای بارش پایگاه ب پراکنش فضایی بارش پایگاه در ادامه ضمن ایجاد یک پایگاه داده جداگانه در مقطع دههای بهصورت سه دوره از برای بررسی تغییرات خودهمبستگی فضایی و محاسبه خ شک سالی ا ستفاده شده ا ست.
همچنین با محا سبه متو سط مجموع بارش کل دوره با بهرهگیری از نمایه Z ، خشکسالی بر روی پهنه ایران محاسبهشده است. آمار فضایی ازجمله رویکردهای آماری-مکانی است که در بعد مکان قادر به شناخت تغییرات فضایی و تحلیل همسایگی متغیرهای مکانی است.چراکه دادههای مکانی - در اینجا بارش سالانه - دارای خودهمبستگی بوده و لذا برای ارزیابی آنها نمی توان از آمار کلاسیک استفاده نمود.
راهکار مناسب مطالعه و بررسی یا به تعبیری تحلیل اکتشافی دادههای فضایی - - ESDA را میتوان با روشهای تحلیل ف ضایی - آمار ف ضایی - واکاوی نمود.ازجمله روشهای آمار فضایی برای شناخت و پخش الگوهای فضایی متغیرهای مکانی - بارش - اماره محلی موران است. این شاخص تفاوت فضایی مقادیر ارزشهای هر پیکسل و پیکسلهای مجاورش را اندازهگیری کرده و معنیداری آن ها را نیز ارز یابی میک ند. آ ماره موران محلی شکل تجزیه شده آماره موران جهانی ا ست و برای پیک سل i از طریق رابطه زیر قابلمحاسبه است.
همانند آماره موران جهانی نتایج آماره را میتوان بهوسیله نمره Z با یک سطح اطمینان م شخص آزمون کرد. اگر پیک سل i ام معنیداری مثبت داشته باشد مقدار ارزش پیکسل i ام شبیه به مقدار ارزش پیکسلهای مجاور است و اگر مقدار پیکسل i ام منفی و معنیدار با شد مقدار ارزش پیک سل i ام تفاوت زیادی با پیک سلهای مجاورش دارد که نشانگر همبستگی فضایی منفی است.
خودهمبستگی فضایی آماره موران در متغیر بارش سالانه بدینصورت قابل تفسیر هستند: نقاط بالا - بالا1نقاطی را شامل میشوند که هر دو پیکسل موردنظر یا هر همسایگی عارضه جغرافیایی - بارش سالانه - دارای ارزش بالا بوده و از اطراف نیز توسط نقاطی محاصرهشدهاند که دارای مقدار بالای آن خصیصه در اینجا بارش سالانه میباشند. نقاط پایین - پایین:2 نقاطی را شامل میشوند که هر دو پیکسل موردنظر یا هر همسایگی عارضه جغرافیایی - بارش سالانه - دارای ارزش پایین بوده و از اطراف نیز توسط نقاطی محاصره شدهاند که دارای مقدار پایین آن خصیصه در اینجا بارش سالانه میباشند.
نقاط پایین بالا:3نقاط یا همسایگانی هستند که در اینجا بارش سالانه پایینی دارند، یا ناخو شه های که در آن یک مقدار کم تو سط مقادیر بالایی محاصرهشدهاند. نقاط بالا پایین:4 نقاط یا همسایگانی هستند که در اینجا بارش سالانه بالایی دارند، یا ناخوشه های که در آن یک مقدار زیاد تو سط مقادیر پایینی محاصرهشدهاند.ازجمله آمارههای دیگر میتوان به آماره نقاط داغ - مقادیر باارزشهای بالا و نقاط سرد0ارزشهای با مقادیر پایین - که خروجی آن بهصورت نمرات با سطح اطمینان90تا95درصد و بالاتر است،اشاره نمود.
این آماره نیز که بر روی مقدار نمایه خشکسالی اعمال خواهد شد،مقادیر را بهصورت نقاط داغ و سرد باارزش بالای - - z بهصورت ترسالی - نقاط قرمزرنگ - و نقاط سرد باارزش پایین - - z بهصورت خشکسالی - نقاط آبیرنگ - ارائه می نماید.آماره جی ا ستار یا نقاط داغ و سرد به شکل ذیل قابلمحا سبه است بطوریکهWij وزن فضایی میان سلولهای i و j هستند،وnتعداد مجموع کل عرضه - یاختههای بارش9 در منطقه است.
بهنحویکه آماره جی استار خود نوعی معیار نمره zاستاندارد را ارزیابی میکند دیگر نیازی به محاسبه نمره آن نیست.درنهایت با توجه به عمومیت نمایه استاندار بارش - - z در محاسبه مقادیر یاخته های کمتر و بیشتر از میانگین بارش سالانه - محاسبه خشکسالی - بر روی پایگاه بارش از توصیف معادله آن صرفنظر شده است.
یافتههای پژوهش
همانگونه که بیان شد برای برر سی تغییرات خودهمب ستگی ف ضایی بارش کشور و محاسبه خشکسالی از بارش پایگاه استفاده شده است. لذا ابتدا جهت صحت سنجی و قابلیت استفاده از دادههای مذکور تعداد 96 ایستگاه کشور که مقادیر بارش سالانه آنها تا سال 2010 ثبتشده بود جهت مقایسه و هماهنگی مکانی و زمانی مقدار بارش مورد ارزیابی قرار گرفت.لذا مقدار همسانی دادههای بارش پایگاه مذکور با توجه به قشه دو پایگاه داده مذکور و مقادیر عددی آنها قابلقبول است.با این تفاسیر جهت بررسی پژوهش حاضر بر روی یاخ ته های پای گاه بارش تحلیلهای فضایی مورد واکای قرار خواهد گرفت.
در ابتدا به برخی از ویژگیهای آماری بارش پایگاه در کشور پرداخته می شود.همانگونه که مشاهده میشود میانگین بارش کشور در طول دوره آماری مذکور 244 میلیمتر بوده و از متوسط بارش کشور که 250میلیمتر است حدود 6میلیمتر کاهش را نشان میدهد.مقادیر میانگین و میانه بهطور بارزش از همدیگر فاصله داشته و نشان می دهد که پهنههای بار بارش کم در کشور بهطور بارزی بیشتر از پهنههای با بارش بالا است.این وضعیت را میتوان از مقادیر کشیدگی و چولگی درک نمود. ضریب ک شیدگی و چولگی مثبت ا ست.بطوریکه میتوان دریافت فراوانی مقادری پایینتر از میانگین بارش - 244 میلی متر - بر روی یاخته های بارش کمتر از فراوانی مقادیر بالای میانگین در کشور است.
بطوریکه تعداد یاخته های بارش بیشتر از میانگین مذکور3560 و تعداد یاخته های بارش کمتر از میانگین پهنهای بارش 6389 عدد ا ست. نمودار روند سری زمانی میانگین پهنهی بارش پایگاه را نشان میدهد.همانگونه که مشاهده میشود میانگین متوسط یاخته های بارش کشور بهطور بارزی دچار کاهش شده به تعبیری مقدار میانگین بارش پهنهای کشور به ازای هرسال در طول دوره آ ماری میلیمتر کاهش می یا بد.این وضعیت در محدودههای از کشور که دارای تراکم جمعیتی بالا و خصوصاً شرق و جنوب شرق کشور که مواجه با خشکسالی و تغییرات بارش در طول سال هستند مسئلهای بحرانی و نگرانکننده است.
تراکم پراکنش جمعیت رو ستایی در ک شور را به ت صویر میک شد. چنانچه ملاحظه میشود تراکم جمعیت سکونتگاهی در کشور در قسمتهای پربارش خصوصاً محدودههای کلانشهر مشهد از تراکم بالایی برخوردار است و کمبود بارش در پهنههای با بارش کم در جریان سالهای خشک متوالی اوضاع نامناسب را ازلحاظ مصرف آب شرب،کشاورزی و احتمال افزایش مهاجرت در محدودههای مرزی ک شور دوچندان مینماید.
