بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مقايسه عملکرد دو شاخص SPI و SPI اصلاح شده در تشخيص رويداده هاي خشک سالي (مطالعه موردي : شهرستان دهدشت ، استان کهگيلويه و بوير احمد)
چکيده
عليرغم اينکه شاخص هواشناسي خشک سالي SPI بطور گسترده به عنوان يک ابزار عمومي رايج براي ارزيابي خشک سالي پذيرفته شده است ولي داراي محدوديت هايي همچون مقياس هاي مختلف زماني ، تغييرپذيري فصلي و تأثير عمده طول دوره ي آماري بر مقدار شاخص SPI مي باشد. بنابراين ، اين شاخص ممکن است به طور کامل و دقيق نتواند شرايط خشک سالي را نشان دهد و با انتخاب مقياس هاي زماني مختلف گاهاً نتايج متناقضي ارائه مي دهد. لذا در اين پژوهش سعي شده است تا رخدادهاي خشک سالي توسط دو شاخص SPI و SPI اصلاح شده با سري زماني بارش در ايستگاه دهدشت واقع در استان کهگليويه و بويراحمد مورد مقايسه قرار بگيرد. بمنظور بررسي عملکرد دو شاخص مذکور در تشخيص رويدادهاي خشکسالي ، تعداد خشک سالي هايي که در هر ماه تقويم خورشيدي رخ داده بود، شمارش گرديد و با نتايج بدست آمده از دو شاخص SPI متداول و اصلاح شده مقايسه شد. نتايج نشان داد که شاخص SPI اصلاح شده در مقياس هاي کم رفتاري مشابه به الگوي بارش هر ايستگاه دارد، در حاليکه شاخص SPI تغييرات فصلي بارش منطقه را نمي تواند نشان دهد.
واژه هاي کليدي : خشک سالي ، شاخص SPI، شاخص SPI اصلاح شده ، دهدشت
مقدمه
با توجه به طبيعت مبهم و پيچيده خشک سالي ها و عدم وجود تعريف يکسان از آن ، محققان اغلب براي ارزيابي خشک سالي ها از شاخص هاي خشک سالي مختلف که از متغيرهاي هيدرولوژيکي مشتق شده اند، استفاده مي کنند و تصميم گيري در مورد مديريت خشک سالي ها بر اساس اين شاخص ها صورت مي پذيرد.
شاخص هاي خشک سالي در واقع شکل استاندارد شده معرف ها هستند که بررسي شدت ، توسعه و مقايسه نسبي آنها را در زمان و مکان فراهم مي سازند (مريد و همکاران ، ۱۳۸۴). برخي از شاخص هاي خشک سالي عبارتند از: شاخص بلومن استوک (بلومن استوک ۱۹۴۲)، شاخص پالمر (پالمر ۱۹۶۵) و شاخص تأمين آب سطحي (SWSI)، (شافر و دزمان ۱۹۸۲). يکي از معروفترين شاخص ها براي تحليل و ارزيابي خشک سالي شاخص بارش استاندارد شده (SPI) مي باشد. گرچه در بين محققين اين شاخص بطور گسترده به عنوان يک ابزار عمومي رايج براي ارزيابي خشک سالي پذيرفته شده است ، ولي داراي محدوديت هايي مي باشد. اول اينکه طول دوره استانداردي براي SPI مشخص نشده است و اين شاخص تحت مقياس هاي زماني مختلف ، نتايج متناقضي مي دهد که اين مسئله باعث سردرگمي کاربران آن شده است (ميشرا و سينگ ۲۰۱۰). بنابراين ، به منظور ارزيابي کلي خشک سالي هاي يک منطقه بايد SPI هاي چندگانه با مقياس هاي زماني مختلف (براي مثال ، ۱، ۳، ۶، ۹ و ۱۲ ماهه ) بطور همزمان بررسي شوند. افزون بر اين ، شاخص SPI تغييرپذيري فصلي بارش را نمي تواند توصيف نمايد، بعبارت ديگر، زماني که فصل خشک با فصل مرطوب مقايسه مي شود، يک مقدار معين بارش بايد اثر متفاوتي داشته باشد ولي با توجه به اينکه شاخص SPI براساس ميانگين کلي بارش بيان مي گردد، مقدار آن براي ماه ها و فصل هاي مختلف معناي يکساني دارد که اين موضوع در مناطقي که ميزان بارندگي در فصول مختلف سال تفاوت چشمگيري دارند، با واقعيت مطابقت ندارد (کائو و گوينداراجو ۲۰۱۰). محدوديت ديگر در استفاده از SPI براي ارزيابي خشک سالي ها، تعيين طول دقيق دوره - هاي خشک سالي است . اين مسئله بويژه در مواردي که يک دوره ترسالي کوتاه مدت مابين دو دوره خشکي با مدت و شدت بزرگ قرار مي گيرد، نمود پيدا مي کند. در اين حالت ، بر اساس SPI دو رويداد خشک سالي مجزا روي داده است ، در حاليکه واقعيت اين است که در منطقه مورد مطالعه يک رويداد خشک سالي بلند مدت رخ داده است ، زيرا مقدار بارش ها در دوره ترسالي کمتر از آن بوده که بتواند کمبود ايجاد شده توسط خشک سالي اول را جبران کند و بلافاصله رويداد خشک سالي دوم اتفاق افتاده است . براي حل کردن برخي از محدوديت هاي فوق الذکر، کائو و گوينداراجو (۲۰۱۰) شاخص SPI اصلاح شده را پيشنهاد نمودند. بررسي منابع نشان مي دهد که عليرغم محدوديت هاي شاخص SPI، اين شاخص بطور گسترده توسط محققان مختلف براي تحليل خشکسالي ها در نواحي مختلف جهان بکار رفته است (هيز و همکاران ، ۱۹۹۹؛ بردي و سوترا، ۲۰۰۱؛ لانا و همکاران ، ۲۰۰۱؛ لويد-هوقس و ساندرس ، ۲۰۰۲؛ وايسنت - سرانو و همکاران ، ۲۰۰۴؛ موريرا و همکاران ، ۲۰۰۸؛ کيم و همکاران ، ۲۰۰۹؛ ادوسا و همکاران ، ۲۰۱۰؛ ابوالوردي و خليلي ، ۲۰۱۰) و فقط در تعداد معدودي از مطالعات از شاخص SPI اصلاح شده براي تحليل خشک سالي ها استفاده شده است
(کائو و گوينداراجو ۲۰۱۰؛ ميرعباسي و همکاران ، ۲۰۱۳ و ميرعباسي و همکاران ، ۱۳۹۲). در اين پژوهش عملکرد دو شاخص مذکور در تشخيص خشکسالي هاي ايستگاه دهدشت واقع در استان کهگيلويه و بويراحمد مورد مقايسه قرار گرفت .
موقعيت جغرافيايي مورد مطالعه
استان کهگيلويه و بويراحمد از نظر جغرافيايي در جنوب غربي ايران و در فاصله ۳۰ درجه و ۹ دقيقه تا ۳۱ درجه و ۳۲ دقيقه عرض شمالي و در فاصله ۴۹ درجه و ۴۳ دقيقه تا ۵۱ درجه طول شرقي از نصف النهار گرينويچ واقع گرديده است . استان کهگيلويه و بويراحمد سرزميني کوهستاني و نسبتاٌ مرتفعي است که کوه - هاي زاگرس با رشته هاي موازي سراسر شمال آن را در بر گرفته که در ميان استان هاي فارس در شرق ، اصفهان و چهارمحال بختياري در شمال ، خوزستان در غرب و بوشهر در جنوب محدود شده است . بلندترين نقطه استان قله دنا با ارتفاع ۴۴۰۹ متر و پست ترين ناحيه آن ليشتر به ارتفاع ۵۰۰ متر از سطح دريا مي باشد (شکل ١).
شکل ١ – وضعيت استان کهگلويه و بويراحمد در کشور
شاخص SPI
شاخص SPI توسط مک کي و همکاران (۱۹۹۳) پيشنهاد شد. شاخص SPI براي هر منطقه براساس ثبت بارندگي هاي طولاني مدت ماهيانه آن منطقه محاسبه مي شود (ادواردز و مک کي ، ۱۹۹۷). همچنين ادوارد و مک کي (۱۹۹۷) شاخص SPI ۳ماهه به عنوان کوتاه مدت ، شاخص SPI ۱۲ماهه به عنوان ميان مدت و شاخص SPI ۴۸ماهه به عنوان بلند مدت جهت ارزيابي خشک سالي انتخاب کردند. با توجه به اينکه تاکنون در زمينه شاخص SPI تحقيقات گسترده اي صورت گرفته است لذا جهت آشنايي بيشتر به مقالات قبلي همچون (مک کي و همکاران ، ۱۹۹۳: ادوارز و مک کي ، ۱۹۹۷) مراجعه شود.
شاخص SPI اصلاح شده
همانگونه که قبلاً نيز ذکر گرديد شاخص SPI اصلاح شده توسط کائو و گويندارجو (۲۰۱۰) پيشنهاد شد.
براي محاسبه شاخص SPI اصلاح شده يا SPImod، کائو و گوينداراجو (۲۰۱۰) پيشنهاد کردند که Xw را با ماه مختوم به آن جمع و بصورت Xmonth نشان داده شود که در آن رونويس month نشان دهنده يکي از
w
ماه هاي ژانويه ، فوريه ، ....، دسامبر مي باشد. بعبارت ديگر، سري زماني بارش در بازه زماني w ماهه ، (X)t،
به ۱۲ زير سري تقسيم مي شود:
.
که در آن g شاخص سال و m شاخص ماه و برابر ١(ژانويه )، ٢ (فوريه )، . . . ١٢(دسامبر) و t شاخص زمان و برابر مي باشد. به اين ترتيب ، نمونه ها در هر گروه بطور سالانه جمع آوري مي - شوند. واضح است تا زماني که باشد نمونه ها هيچگونه همپوشاني نخواهند داشت . به عبارت ديگر، درجه خودهمبستگي بين داده ها به مقدار زيادي کاهش خواهد يافت . از طرف ديگر، نمونه هاي داخل گروه يکسان Xmonth تحت اثرات فصلي مشابه قرار دارند و بنابراين ، تغييرات فصلي به يک شيوه مناسب در نظر گرفته مي شوند. با برازش دادن توزيع آماري بر هر گروه به طور مجزا (يعني ايجاد کردن را با شيوه اي مشابه با SPI متداول محاسبه مي شود:
