بخشی از مقاله
چکیده
واقع شدن استان اصفهان در مرکز ایران و در دامنههای شرقی سلسله جبال زاگرس موجب شده تا همانند سایر مناطق مرکزی کشور به دلیل فرونشست هوا در این مناطق از بارندگیهای کم، دما و تبخیر زیاد برخوردار بوده و مقادیر بارندگی آن نیز همواره دچار نوسانات شدید باشد. یکی از راههای تعدیل خشکسالی، ارزیابی و پایش آن بر اساس شاخصهایی است که بتوان میزان شدت و تداوم آن را در یک منطقه تعیین نمود. در مقاله حاضر تحلیل بارش و خشکسالی در استان اصفهان با استفاده از شاخص بارش استاندارد و تحلیل روند آماری با استفاده از آزمون ناپارامتریک من-کندال انجام گرفت. جهت برآورد میزان و نحوه تأثیر پدیدهENSO بر نوسانات بارندگی استان اصفهان، رابطه همبستگی میان بارش و شاخص SOI به طور سالانه در طول دوره آماری هر ایستگاه محاسبه شده است.
نتایج بررسیها نشان میدهد اکثر نقاط استان اصفهان در سال 2000 با خشکسالی شدیدی روبرو بوده و در سال 2008 چنین شرایطی بار دیگر در استان اتفاق افتاده، به طوری که ایستگاه شهرضا شدیدترین خشکسالی را در سال 2008 تجربه کرد، چنین خشکسالی از سال 1970 تا 2008 بیسابقه بوده است. تغییرات روند در بیشتر ایستگاهها تقریباً از سال 2000 به بعد میباشد و در واقع میتوان گفت سال 2000 سرآغازی بر تغییر اقلیم در استان اصفهان است. بارندگی ایستگاههای فریدونشهر، فریدن، خوانسار، گلپایگان و میمه واکنش معنیداری نسبت به پدیده ENSO نشان میدهند، بعبارت دیگر میانگین ضرایب همبستگی بارندگی با شاخص SOI به طور سالانه منفی میباشد، یعنی با افزایش مقادیر SOI مقادیر بارندگی در سطح استان اصفهان در سالهای مختلف کاهش مییابد.
مقدمه
تحقیقات دانشمندان نشان داده است که اقلیم کره زمین ثابت نبوده، لکن علت این تغییرات در گذشته و حال با یکدیگر متفاوت است ]چانگ و یون، .2000، هراس و راتناکر، .2004، یو و همکاران، .[2006 نگرانی انسانها در مورد تغییرات اقلیمی آینده در سالهای اخیر، باعث توجه بیشتر به این مسئله شده است، زیرا تغییر دما و بارش بیشتر در یکصد سال اخیر در سراسر دنیا رخ داده و انتظار میرود که همچنان ادامه داشته باشد [2002 9]، به طوری که تغییرات فصلی در الگوی باران ممکن است چرخه هیدرولوژی، فرایندهای محیطی و اکوسیستم را تغییر دهند 11]اگز و بایازیت، .[2003 همچنین تغییرات اقلیمی بر سیل، خشکسالی، اکوسیستمهای طبیعی، جامعه و اقتصاد نیز مؤثر هستند .
درجه آسیبپذیری منطقه به عوامل محیطی و اجتماعی، قدرت پیشبینی و نیز مقابله با شرایط خشکسالی بستگی دارد. گرچه ما میدانیم که چگونه تغییرات اقلیمی منابع آب منطقهای را متاثر میکند، اما اولین اقدام برای مقابله با این موضوع، آنالیز روند اقلیمی با استفاده از دادههای به روز است. همانا بارندگی به عنوان یکی ار ذخایر منابع آبی مهم میباشد، لذا تجزیه و تحلیل خصوصیات باران به عنوان یک ترکیب بحرانی از ریسک خشکسالی میباشد. به این منظور شاخص استاندارد بارش - SPI - مهمترین شاخص خشکسالی است که استاندارد میباشد و در مقیاسهای زمانی مختلف قابل محاسبه میباشد.
سیگنالهای هواشناسی که در اثر تغییرات میدانهای فشار در مناطق مختلف زمین شناخته شدهاند، میتوانند با تغییر توزیع فشار در سطح زمین، الگوهای بارش و به ویژه دمای سطح زمین را تعیین کنند. قویترین سیگنالهای طبیعی که در مقیاس جهانی بر اکثر مناطق کره زمین تاثیر میگذارد پدیده انسو یا - ENSO1 - است. به دلیل واقع شدن ایران در عرضهای پرفشار میانی نیمکره شمالی، اکثر مناطق کشور - از جمله اصفهان - دارای آب و هوای خشک سرد میباشد. بنابراین پیشبینی و پایش دراز مدت شرایط اقلیمی در هر منطقه میتواند راهکار مناسبی جهت مقابله با عوارض ناگوار تغییرات اقلیمی - خشکسالی، سیل و غیره - باشد.
در این رابطه پایش بارندگی - به عنوان مهمترین عنصر اقلیمی - و عوامل تأثیرگذار بر این پدیده نظیر پدیده ENSO نقش مؤثری در جهت تعیین اقلیم و تغییرات آن ایفا خواهد کرد. در مقالات مختلف در زمینه خشکسالی و ارتباط و همبستگی مقادیر سیگنالها با بارندگی در نقاط مختلف دنیا و در ایران بررسی شده است. به طوری که بردی و همکاران - 2009 - روندهای خطی و غیرخطی خشکسالی و ترسالی را با استفاده از دادههای شاخص SPI باران ماهانه در اروپا بررسی نمودند و یزدانی و حق شنو - 2008 - نشان دادند در حدود یک دوره 30 ساله، 4 سال خشکسالی در منطقه زابل اتفاق افتاده است 1993 - ، 1949، 1958 و - 1970، اگر چه یکبار در هر ده سال بوده است.
همچنین یک خشکسالی شدید در منطقه زابل در سال 2000 اتفاق افتاد. یزدانی و همکاران - 1390 - نشان دادند که در مقیاس سالانه بیشترین مقدار مساحت کشور در پهنه خشکسالیها از نوع خفیف بوده است، در حالی که خشکسالیهای شدید و بسیار شدید نمود چشمگیری نداشتهاند. همچنین به طور متوسط 61 درصد از مساحت ایران در سالهای مورد بررسی در پهنه طبقات مختلف خشکسالی قرار داشته است. دودانگه و همکاران - 1390 - به بررسی روند متغیرهای اقلیمی با استفاده از آزمون من-کندال در حوضه آبخیز سفید پرداختند و نشان دادند که بارش سالانه و بارش حداکثر 24 ساعته در تعداد کمی از ایستگاهها روند معنیدار نشان میدهد.
اسدی و حیدری - 1390 - تغییرات زمانی بارش را در ایستگاه شیراز از 1951 تا 2005 مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که متوسط بارش سالانه دارای یک روند کاهشی میباشد و از نظر فصول سال نیز این روند کاهشی به غیر از فصل زمستان در سایر فصول مشاهده میشود. تحلیلهای بارلو و سالاستین - 2005 - در آسیای مرکزی و بعلاوه مناطق از عراق تا شمالشرق هند نشان میدهد که بخش بزرگی از بارشهای فصل سرد مرتبط با تغییرات ناشی از النینو میباشد که این ارتباط به عنوان فاکتور اولیه در خشکسالی منطقهای و همچنین به عنوان ابزاری در پیشبینیهای فصلی میباشد. نتایج تحقیقات کولن - 2002 - بیانگر وابستگی تغییرات دما و بارش و جریان دوره دسامبر-مارس رودخانهها خاورمیانه از پدیده اقلیمی نوسانات اطلس شمالی است. هدف از این پژوهش مطالعه روند خشکسالی و تاثیر پدیده ENSO بر روند خشکسالی در استان اصفهان میباشد.
مواد و روشها
استان اصفهان با وسعت 106179 کیلومتر مربع، حدود 6/45 درصد از مساحت کل کشور را به خود اختصاص داده است. این استان بین 30 درجه و 42 دقیقه تا 34 درجه و 30 دقیقه عرض شمالی و 49 درجه و 36 دقیقه تا 55 درجه طول شرقی در ایران مرکزی قرار دارد. در این تحقیق 12 ایستگاه هواشناسی در مناطق رویشی مختلف استان اصفهان انتخاب شد. این ایستگاهها ضمن داشتن طول آماری قابل توجه - 1970-2009 - از کمترین داده گمشده نیز برخوردارند. دادههای اقلیمی مورد بررسی شامل بارندگیهای ماهانه است که در محاسبه این شاخص به کار گرفته میشود. این دادهها از ایستگاههای سینوپتیک سازمان هواشناسی کشور در محدوه استان اصفهان استخراج گردید. مکان ایستگاه ها در شکل 1 نشان داده شده است.
به منظور ایجاد پایگاه دادههای مورد نیاز این تحقیق، اولین مرحله، بازسازی دادهای مفقوده میباشد. سریهایی که حدود 4 درصد از دادههای آنها مفقود شدهاند مورد بازسازی قرار گرفتند که خوشبختانه تعداد دادههای گمشده در سریهای زمانی مورد مطالعه بسیار کم بوده و تنها در چند مورد بازسازی با استفاده از همبستگی پیرسون بین دادههای ایستگاه معرف و ایستگاه دارای داده گمشده انجام گردید. دادهها از نظر کیفی نیز مورد مطالعه قرار گرفتند. برای بررسی همگنی دادهها از آزمون تام استفاده گردید.
همچنین جهت ارزیابی پدیده خشکسالی در استان اصفهان از شاخص بارش استاندارد در مقیاسهای زمانی مختلف استفاده شد. دادههای اقلیمی مورد بررسی شامل بارندگیهای ماهانه است که در محاسبه این شاخص به کار گرفته شد. در این بررسی بازه زمانی مورد استفاده سال آبی در نظر گرفته شده، بنابراین 12 ماهه مختوم به ماه سپتامبر برای ایستگاههای منتخب محاسبه گردید. شاخص خشکسالی مورد بررسی شاخص بارش استاندارد میباشد که به عنوان یکی از شاخصهای خشکسالی هواشناسی است و قادر به برآورد ویژگیهای مختلف خشکسالی و نیز ترسالی میباشد. همچنین این شاخص به منظور تعیین و پایش خشکسالی به وسیله مکی و همکارانش - 1993 - ارائه گردید.
کاربرد روشهای آماری به منظور شناخت رفتار خطی و غیر خطی عناصر اقلیمی از بهترین روشهای ارزیابی روند دراز مدت اقلیمی است. با توجه به اینکه برخی سریهای اقلیمی از جمله بارش به طور کلی از توزیع نرمال تبعیت نمیکند در این صورت میتوان از آزمونهای رتبهای استفاده نمود. این قبیل آزمونها بسیار زیاد و هر یک تواناییها و ضعفهای خاص خود را دارند. یکی از این آزمونها به نام آزمون من - کندال1 معروف است.
بنابراین در این مطالعه تحلیل روند با استفاده از آزمون ناپارامتریک من- کندال انجام شد و آماره آزمون در سطوح معنیداری 1، 5 و 10 درصد بررسی گردید. در این مطالعه جهت برآورد میزان و نحوه تأثیر پدیده ENSO بر نوسانات بارندگی استان اصفهان، رابطه همبستگی میان هر یک از این پدیدههای اقلیمی و ENSO به طور سالانه در طول دوره آماری هر ایستگاه محاسبه شده و در نهایت نتایج پنج ایستگاه با قدمت که بین مقادیر بارندگی آنها و پدیده ENSO همبستگی معنیداری وجود داشت، به صورت نمودار نشان داده شد.
