پ۲۸۹۵۶
per
تحلیل خشکسالی های هواشناختی در ایران با استفاده از شاخص اکتشاف خشکسالی (RDI)
سمیرا کریمی
کشاورزی
۱۴۰۱
۱۶۰ص.
سی دی
کارشناسی ارشد
مهندسی آب- گرایش منابع آب
۱۴۰۱/۱۱/۱۹
در این مطالعه از دو شاخص اکتشاف خشکسالی (RDI) و شاخص بارش استاندارد (SPI) به منظور تحليل خشکسالی¬های تاریخی در ایران استفاده شد. به این منظور تعداد 63 ایستگاه هواشناسی¬ که همگی دارای 36 سال داده¬ی بارش و دمای ماهانه در یک دوره آماری مشابه (1985-1984 تا 2020-2019) بودند، انتخاب شد. پس از بازسازی داده¬های گم شده و کنترل کيفيت آن¬ها، تبخیر- تعرق پتانسیل به روش تورنت وایت، برای محاسبه دو شاخص RDIو SPI در هر ایستگاه هواشناسی¬ محاسبه شد. برای هر ایستگاه هواشناسی، مقادیر تعداد سال¬های خشک 〖(N〗_d)، تعداد سال¬های مرطوب (N_w)، تعداد سال با کلاس فوق¬العاده خشک (خشکی شدید) 〖(N〗_ed)، تعداد سال¬ با کلاس خیلی خشک 〖(N〗_vd)، تعداد سال¬ با کلاس نسبتا خشک 〖(N〗_rd)، تعداد سال¬ با کلاس خشکی نزدیک نرمال 〖(N〗_nn)، حداکثر شدت خشکسالی در طول یک دوره خشکی 〖(S〗_max)، حداکثر طول دوره خشکی 〖(L〗_max)، و حداکثر میانگین شدت خشکسالی در هر سال 〖(M〗_max) از روی شاخص¬های معرفی شده مشخص گردید. سپس با استفاده از نرم¬افزارArcGIS نقشه¬ی مناطق هم¬رقوم برای هر سال از نظر شاخص RDIو SPI رسم شد. در هر سال، مساحت هر کدام از نواحی با خشکسالی¬های نزدیک نرمال، نسبتا خشک، خیلی خشک و فوق¬العاده خشک محاسبه شد. در نتيجه دوره¬های خشكی و مشخصه¬های هر کدام برای همه ایستگاه¬های هواشناسی¬ مورد مطالعه معلوم شد. سپس میزان ضریب همبستگی بین دو شاخص RDI و SPI در هر ایستگاه هواشناسی، به-دست آمد. درنهایت، با استفاده از روش مونت کارلو برای ایستگاه هواشناسی تبریز داده مصنوعی RDI و SPI تولید شد و با استفاده از داده¬های تولید شده دوره بازگشت خشکسالی 2، 10، 25، 50 و 100 ساله محاسبه شد. نتایج آزمون همگنی داده¬ها نشان داد که سری¬های بارش سالانه 2 ایستگاه هواشناسی پیرانشهر و طبس ناهمگن (در سطح 5 درصد) و بقیه سری¬ها همه همگن بودند. بیشترین میزان میانگین تبخیر- تعرق سالانه متعلق به ایستگاه هواشناسی ایرانشهر، معادل 5/3158 میلی¬متر و کمترین آن متعلق به ایستگاه هواشناسی اردبیل معادل 2/606 میلی¬متر بود. نتایج شاخص RDI نشان داد که ایستگاه¬های هواشناسی تبریز و کاشان بیشترین تعداد سال خشک (0>RDI ) (20 سال از کل 36 سال) را تجربه کردند. همچنین ایستگاه-های هواشناسی زاهدان، سراوان و قزوین بیشترین سال در کلاس "فوق¬العاده خشک" (3 سال از کل 36 سال)، ایستگاه¬های هواشناسی دوگنبدان، بیرجند، بجنورد، اهواز و زنجان بیشترین سال در کلاس "خیلی خشک" (4 سال از کل 36 سال)، ایستگاه هواشناسی بندرانزلی بیشترین سال با کلاس "نسبتا خشک" (9 سال از کل 36 سال) و ایستگاه¬های هواشناسی تبریز، سبزوار، زنجان و قزوین بیشترین سال با کلاس "نزدیک نرمال" (15 سال از کل 36 سال) را تجربه کردند. ایستگاه هواشناسی ایرانشهر با بیشترین شدت خشکی در طول دوره خشکی (معادل با 18/8- که در طی سال¬های 1999-1998 تا 2004-2003 تجربه شده است) و ایستگاه هواشناسی فسا با بیشترین طول دوره خشکی (9 سال پیاپی از 36 سال) و ایستگاه هواشناسی بندرعباس با بیشترین میانگین شدت خشکسالی در هر سال (معادل با 28/3-) رتبه اول را به خود اختصاص داده اند. نتایج حاصل از شاخص SPI بسیار مشابه با نتایج نظیر شاخص RDI بود. نتایج بررسی درصد مساحت کلاس¬های مختلف خشکسالی طبق شاخص RDI نشان داد که بیشترین درصد مساحت کلاس "فوق¬العاده خشک" معادل 735/5 درصد مشاهده شده در سال آبی 2008-2007، "خیلی خشک" معادل 552/53 درصد مشاهده شده در سال آبی 2008-2007، "نسبتا خشک" معادل 086/53 درصد مشاهده شده در سال آبی 2000-1999 و "نزدیک نرمال" معادل 210/99 درصد مشاهده شده در سال آبی 1990-1989 بود. همچنین بیشترین درصد مساحت در طول 36 سال آماری طبق شاخص RDI متعلق به کلاس "نزدیک نرمال" بود. نتایج بررسی درصد مساحت کلاس¬های مختلف خشکسالی طبق شاخص SPI نشان داد که بیشترین درصد مساحت کلاس "فوق-العاده خشک" معادل 013/6 درصد مشاهده شده در سال آبی 2008-2007، "خیلی خشک" معادل 487/53 درصد مشاهده شده در سال آبی 2008-2007، "نسبتا خشک" معادل 803/42 درصد مشاهده شده در سال آبی 2000-1999 و "نزدیک نرمال" معادل 055/99 درصد مشاهده شده در سال آبی 1990-1989 بود. با بررسی درصد مساحت کلاس¬های مختلف خشکسالی، هر دو شاخص شدیدترین خشکسالی وقوع یافته را در سال آبی 2008-2007 گزارش کرده اند. بیشترین درصد مساحت در سال آبی مذکور مربوط به کلاس خیلی خشک (-2 < RDI_st < -1.5 ) بود. در سال آبی 2008-2007 ایستگاه-های هواشناسی تبریز، مراغه، اصفهان، ایلام، شهرکرد، تربت¬حیدریه، کاشمر، خرم¬دره، شیراز، قزوین، سقز، سنندج، بم، کرمانشاه، کرمان، یاسوج، گرگان و آستارا شدیدترین خشکسالی (2- > RDI_st) را تجربه کرده¬اند و این نتایج برای هر دو شاخص معتبر بود. بررسی ضریب همبستگی شاخص RDI و SPI در مقیاس 12 ماهه نشان داد که میانگین ضریب همبستگی برای تمامی ایستگاه¬های هواشناسی معادل 98/0 بود که بیان¬گر هم¬خوانی این دو شاخص با هم بود. نتایج محاسبه دوره بازگشت خشکسالی با استفاده از شاخص RDI و SPI برای ایستگاه هواشناسی تبریز نشان داد با افزایش دوره بازگشت، مقادیر قدرمطلق RDI و SPI افزایش می¬یابد. مشاهده شد که ایستگاه هواشناسی تبریز هر 25 سال یک بار از نظر قدرمطلق، خشکسالی با شدت بزرگتر از 5/1- ( 1.5- > RDI_st) و هر 50 سال و 100 سال یک بار از نظر قدرمطلق، خشکسالی با شدت بزرگتر 2- ( 2-> RDI_st) تجربه خواهد نمود. به عبارت بهتر ایستگاه هواشناسی تبریز هر 25 سال یک بار خشکسالی با کلاس "خیلی خشک" و هر 50 سال و 100 سال یک بار خشکسالی با کلاس "فوق¬العاده خشک" را تجربه خواهد نمود.
Abstract: In this study, two Reconnaissance Drought Index (RDI) and Standard Precipitation Index (SPI) were used to analyze historical droughts in Iran. For this purpose, 63 synoptic stations, all of which had 36 years of monthly rainfall and temperature data in the same statistical period (1984-1985 to 2019-2020), were selected. After reconstructing the missing data and controlling their quality, potential evapotranspiration was calculated using the Thornth-whaith method inorder to calculate the two RDI and SPI indices at each station. For each station, the values of the number of dry years 〖(N〗_d), the number of wet years 〖(N〗_w), the number of years with extremely dry class 〖(N〗_ed), the number of years with very dry class 〖(N〗_vd), the number of years with relatively dry class 〖(N〗_rd), the number of years with near normal dryness class 〖(N〗_nn), the maximum severity of drought during a drought period 〖(S〗_max), the maximum length of drought period 〖(L〗_max) and the maximum of average drought severity in each year 〖(M〗_max) were determined from the introduced indicators. Then, by using ArcGIS software, iso- pleth maps were drawn for each year in terms of RDI and SPI. In each year, the area covered by different classes (near normal, relatively dry, very dry and extremely dry) were measured. As a result, the dry periods and their characteristics were determined for every selected stations. Then, the correlation coefficient between the RDI and SPI time sereis obtained in each station. Finally, using the Monte Carlo method, artificial data of RDI and SPI were generated for each station, and using the generated data, the predicted drought characteristics were calculated using the return period 2, 10, 25, 50 and 100 years. The results of the data homogeneity tests showed that the annual rainfall series of 2 stations namely Piranshahr and Tabas stations were heterogeneous (at the 5% level) and all the other series were equal homogeneous. The highest average annual evapotranspiration belonged to Iranshahr station, equal to 3158.5 mm, and the lowest one belonged to Ardabil station, equal to 606.2 mm. The results of RDI showed that Tabriz and Kashan stations experienced the highest N_d (20 out of 36 years). Also, Zahedan, Saravan and Qazvin stations had the most number of years in the "extremely dry" class (3 years out of 36 years), Dogonbadan, Birjand, Bojnord, Ahvaz and Zanjan stations had the most number of years in the "very dry" class (4 years out of 36 years), Bandar Anzali station had the most number of years with "relatively dry" class (9 years out of 36 years) and Tabriz, Sabzevar, Zanjan and Qazvin stations had the most number of years with "near normal" class (15 years out of 36 years). Iranshahr station experienced the most number of S_max, (equivalent to -8.18 which was experienced during the water years from1998-1999 to 2003-2004) and Fasa station with the longest dry period (9 consecutive water years out of 36 year) and Bandar Abbas station with the highest average drought severity in each year (equivalent to -3.28) placed in the top ranks. The results of the SPI were very similar to the results of the RDI. The results of examining the area covered by drought percentages for different classes of drought, according to the RDI showed that the highest percent of area covered with "extremely dry" class was 5.735% observed in the water year 2007-2008, "very dry" class was 53.552% observed in the water year 2007-2008, "relatively dry" class was 53.086% observed in the water year 1999-2000 and "near normal" class was 99.210% observed in the water year 1989-1990. Also, according to the RDI, the highest percentage of area in different classes, during the used 36 years time period, belonged to the "near normal" class. The results of examining the area percentage for different classes of drought, according to the SPI showed that the highest percentage of the area of the "extremely dry" class was equal to 6.013% observed in the water year 2007-2008, "very dry" class was 487.53% observed in the water year 2007-2008, "relatively dry" class was equivalent to 42.803% observed in the water year 1999-2000 and "near normal" class is equivalent to 99.055% observed in the water year 1989-1990. By examining the percentage of the area of different classes of drought, both indicators showed that the most severe drought was obsedved in the water year 2007-2008. The highest percentage of the area in the mentioned water year belonged to the "very dry" class (-2 < RDI_st < -1.5). In the water year 2007-2008, Tabriz, Maragheh, Isfahan, Ilam, Shahrekord, Torbat-Hydaria, Kashmer, Khorram-Dara, Shiraz, Qazvin, Saqqez, Sanandaj, Bam, Kermanshah, Kerman, Yasuj, Gorgan and Astara stations experienced the most severe drought (RDI_st< -2). The same results were obtained for both used indicators. Examining the correlation coefficient of RDI and SPI on a 12-month scale showed that the average correlation coefficient for all stations was equal to 0.98, which indicated the strong association between these two indices. The results of calculating the return period of drought using RDI and SPI for Tabriz station showed by increasing the return period, the absolute values of RDI and SPI increased. Results showed that in Tabriz station at least one drought period having RDI< -1.5 is anticipated. More over, a drought period having RDI<-2 is conceivable every 50 years. This is true for return period of 100- years. In better words, in Tabriz, there will be a drought period with "very dry" class every 25 years. At this station, at least one consecutive drought period with "extremely dry" class is anticipated in 50- years and 100- years return period.
Analysis of meteorological droughts in Iran using the Reconnaissance Drought Index (RDI)
کریمی،
سمیرا
تهیه کننده
دین پژوه،
فاخری فرد،
یعقوب
احمد
استاد راهنما
استاد راهنما
تبریز
