بخشی از مقاله
چکیده
پایش و تحلیل شرایط خشکسالی یکی از نیازهای اساسی به منظور مدیریت علمی منابع آب است. با توجه به مشکلات کمی نمودن ویژگی های خشکسالی مانند تداوم، شدت و بزرگی خشکسالی، شاخص های متعددی در دهه های اخیر توسعه پیدا یافتند. یکی از محدودیت های شاخص های رایج مانند شاخص بارش استاندارد - SPI - عدم لحاظ بیلان آب بر اساس میزان تبخیر-تعرق میباشد.
شاخص تبخیر-تعرق-بارش استاندارد - SPEI - بر اساس بارش و تبخیر- تعرق پتانسیل، بیلان آب را در محاسبه شاخص خشکسالی لحاظ می نماید. در پژوهش حاضر به منظور تحلیل دوره های خشکسالی و ترسالی ایستگاه سینوپتیک تبریز در دوره آماری 1960-2012 از شاخص SPEI استفاده شد. نتایج نشان داد که خشکسالی در منطقه به خصوص طی سالیان اخیر از صفات منطقه شده است. شاخص SPEI در گام های زمانی بلندمدت نشان داد که بارش منطقه برای جبران نیازآبی منطقه کفایت لازم را ندارد و تبعات فشار مضاعف بر مخازن و منابع آب زیرزمینی همچنان وجود خواهد داشت.
-1 مقدمه
خشکسالی پدیده ای است که به آرامی رخ میدهد و باعث بروز اثرات متفاوتی بر منابع و بخش های مختلف از جمله کشاورزی و منابع طبیعی به خصوص منابع آب میگردد .[1] خشکسالی بر خلاف سایر بلایا به آرامی آغاز شده، پیشروی نموده و موجب نابودی منابع میشود. هر خشکسالی با سه خصوصیت تداوم، شدت و گستردگی شناخته میشود. در تعاریف مفهومی معمولا از عبارت نسبی استفاده میشود - مانند یک دوره بلندمدت خشک - ، درحالیکه تعاریف کاربردی در پی یافتن آغاز، شدت و پایان دورههای خشکسالی هستند.
تعاریف کاربردی از خشکسالی ها در تجزیه و تحلیل فراوانی، شدت و تداوم برای یک دوره بازگشت معین، به کار می روند.[2] تعیین کمی ویژگی های شدت، بزرگی و تداوم خشکسالی به صورت عینی بسیار مشکل است. از این رو تلاش زیادی برای توسعه روش های واکاوی و پایش خشکسالی صورت گرفته است که شاخص های عینی بیشترین سهم را داشته اند. اما با توجه به مفهوم ذهنی خشکسالی، تعریف یک شاخص واحد و جهانی برای آن بسیار مشکل است .[3]
در سال های متمادی تلاش های زیادی برای معرفی، توسعه یا بهبود شاخص های خشکسالی صورت گرفته است4]، 5، 6، .[7 بیشتر مطالعات در زمینه واکاوی و پایش سامانهها با استفاده از شاخص شدت خشکسالی پالمر بر اساس معادله تعادل رطوبت خاک یا شاخص استاندارد شده بارش - SPI - بر اساس احتمالات بارش صورت گرفته اند.
نتایج تحقیقات متعدد، تایید کرده است که عوامل زیادی مانند بارندگی، دما، تبخیر و رطوبت نسبی، بر وقوع، شدت و تداوم خشکسالی تاثیر میگذارند. مک کی و همکاران [8] به روشنی این ویژگی بنیادی خشکسالی را با توجه به منابع قابل استفاده آب شامل رطوبت خاک،آب های سطحی، ذخیره برف و ذخایر مخازن آب تشریح کردهاند.
برخی مطالعات، تغییر مقادیر شاخص SPI را با لحاظ برخی فراسنج های دیگر از جمله رطوبت خاک، تخلیه رودخانه ها، ذخایر مخازن، فعالیت های گیاهی و تولید محصول در مقیاس های زمانی مختلف نشان داده اند 9]، 10، 11، 12، .[13 انتقاد اصلی به شاخصSPI در آن است که محاسبات تنها بر پایه داده های بارش انجام می گیرد و دیگر متغیرها از جمله دما، تبخیر- تعرق، سرعت باد و ظرفیت نگهداری آب داخل خاک در نظر گرفته نمی شود.
با این وجود، مطالعات مختلف نشان می دهد که بارش مهمترین عامل در تعیین آغاز، شدت و خاتمه خشکسالی ها است. نقش بارش و دما در شاخص پالمر مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج نشان داد که این شاخص به طور تقریبی به تغییرات مشابه در بزرگی هر دو پارامتر پاسخ مساوی می دهد3] و .[14 آبرامویچ و همکاران [15] با استفاده از مدل گردش عمومی جو - GCM - نشان دادند که تا 80 درصد بارش با تبخیر و تعرق از دسترس خارج می شود.
آنها همچنین دریافتند که تاثیرات افزایش دما در تشدید خشک شدن به مراتب بیشتر از کاهش بارش است که میتواند نقش موثر دما را در تقریب یا تضعیف خشکسالی تایید کند. برخی مطالعات اثر خشکسالی ناشی از افزایش دما را بر محصولات کشاورزی به وضوح نشان می دهد .[16] روند افزایش دما در سال های اخیر [11] و مدل های تغییر اقلیم، افزایش قابل ملاحظه دما را در قرن 21 تایید میکند .[17] این امر میتواند به افزایش وقوع خشکسالی منجر شود .[18]
دوبروفسکی و همکاران [19] نشان دادند که آثار خشکسالی ناشی از گرمای پیش بینی شده در مدل های اقلیمی به روشنی در شاخص PDSI دیده می شود، در حالی که شاخص بارش استاندارد - SPI - ، تغییرات مشهودی را در وقوع خشکسالی نشان نمی دهد. بنابراین استفاده از شاخص های خشکسالی که دربرگیرنده دادهای دما باشند مانند شاخص پالمر، مناسب تر خواهد بود. اما در شاخص پالمر با وجود کمیت های متعدد مورد نیاز جهت اندازهگیری، انواع مختلف خشکسالی در نظر گرفته نشده است.
معرفی شاخصی با عنوان شاخص تبخیر-تعرق- بارش استاندارد - SPEI - که در آن سه متغیر بارش، دما و تبخیر-تعرق پتانسیل لحاظ شده است تا حدودی برخی نواقص موجود در شاخصهای مرسوم را مرتفع ساخته است. این شاخص حساسیت شاخص پالمر به تغییرات نیاز تبخیر - براساس نوسان دما - را با محاسبات ساده و طبیعت چندمقیاسی شاخص بارش استاندارد - SPI - ترکیب میکند.
بنابراین می توان هر دو ویژگی شاخص های SPI و PDSI را داشته باشد. این شاخص به ویژه برای مطالعه تعیین، پایش و شناسایی آثار و نتایج گرمایش جهانی در ارتباط با شرایط خشکسالی پایه ریزی شده است. با این نگرش در این تحقیق سعی شده است که با استفاده از شاخص SPEI، نقش بارش، دما و تبخیر- تعرق در شناسایی دوره های خشک و تر ایستگاه سینوپتیک تبریز در دوره آماری 1960-2012 مورد ارزیابی و تحلیل قرارگیرد.
-2 مواد و روش ها
1؛-2 منطقه مورد مطالعه
ایستگاه سینوپتیک تبریز با مختصات عرض جغرافیایی' 38 05 شمالی و طول'46 17 شرقی می باشد که ارتفاع آن از سطح دریا 1364 متر است. در این تحقیق مقادیر روزانه بارش طی دوره آماری 1952-2011 به عنوان دوره پایه مورد استفاده قرار گرفته است. میانگین بارش درازمدت سالیانه در منطقه مورد مطالعه معادل284/1 میلی متر و متوسط درازمدت تبخیر-تعرق پتانسیل سالانه پنمن-مونتیث معادل 1265/7 میلی متر در طول دوره آماری 1960-2012 می باشد.
-2-2 محاسبه شاخص SPEI
این شاخص اولین بار توسط ویسنته سرانو و همکاران [12] معرفی شد. شاخص SPEI شاخصی چندکمیتی است که در آن داده های بارش و دما با یکدیگر ترکیب میشوند. محاسبات آن مشابه شاخص بارش استاندارد شده - SPI - است. در شاخص بارش استاندارد، داده های ورودی، مقادیر بارش ماهانه یا هفتگی است، اما در SPEI مقادیر ماهانه یا هفتگی اختلاف بارش و تبخیر-تعرق پتانسیل - - ET0 به عنوان سری داده ها مورد استفاده قرار میگیرد.
این شاخص در واقع معرف برقراری تعادل اقلیمی آب است که در محاسبه SPEI در نظر گرفته شده است. این شاخص حاصل ترکیب حساسیت شاخص پالمر به تغییرات نیاز تبخیری به واسطه دما همراه با ماهیت چند زمانی بودن SPI می باشد. گام اول برای محاسبه این شاخص، برآورد تبخیر-تعرق پتانسیل - ETO - است. محاسبه ETO به علت محاسبه پارامترهای گوناگون شامل دمای سطح زمین، رطوبت، تابش ورودی به خاک، فشار بخارآب و شارهای گرمای نهان و محسوس جو نزدیک زمین مشکل است .[20] در این تحقیق روش پنمن- مونتیث برای محاسبه ی ETO مورد استفاده قرار گرفت.
