خوشه‌بندی پهنه جغرافیایی ایران از لحاظ رخداد خشکسالی‌های بلند‌مدت هواشناسی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته مهندسی منابع آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

3 - استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

شناخت مناطق همگن از لحاظ وضعیت رخداد خشکسالی در طول زمان، این امکان را فراهم می‌کند علاوه بر درک وسعت منطقه‌ای خشکسالی‌ها، نحوه تاثیر سیستم‌های موثر بر بارش در مناطق مختلف را شناسایی کرد. بر اساس این مفهوم در این پژوهش‌ از آمار و اطلاعات بلند‌مدت 26 ساله داده‌های بارش 120 ایستگاه سینوپتیک که در کل پهنه جغرافیایی ایران توزیع شده، استفاده شد. برای محاسبه شدت خشکسالی، شاخص بارش استاندارد شده (SPI) در پنجره زمانی‌ 12، 24، 48 ماهه محاسبه و به منظور پهنه‌بندی خشکسالی از روش درون‌یابی کریجینگ استفاده شد. شبکه مکانی نقاطی به فواصل مکانی‌ 10 کیلومتر 10 کیلومتر ایجاد شده ‌و برای ‌نقاط این شبکه، مقادیر درون‌یابی شده  SPIتوسط نرم‌افزار GIS استخراج گردید. ماتریس تشکیل شده تحت سناریو‌های مختلف (یک­سالانه، دوسالانه، چهارسالانه) به روش  K‌‌میانگین ‌خوشه‌بندی و تعداد بهینه خوشه‌ها به روش ضریب نیم­رخ محاسبه شدند. نتایج نشان داد که پهنه جغرافیایی ایران از لحاظ تغییرات زمانی خشکسالی‌های بلند‌مدت یک­سالانه، دوسالانه، چهارسالانه به ترتیب به 12، 9 و 9 خوشه دسته‌بندی می‌شود و با طولانی شدن پنجره زمانی، از تعداد خوشه‌ها کاسته می‌شود. همچنین در‌ تمامی ‌این خوشه‌بندی‌ها، ‌استان‌های شمالی حاشیه دریای خزر، هر یک در خوشه‌ای جداگانه قرار داشتند و همچنین جنوب شرقی ایران که از رژیم بارشی موسمی تبعیت می‌کند، خوشه‌ای جداگانه‌ای را به خود اختصاص داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Spatial Clustering of Iran Based on Occurrence of Long Term Meteorological Drought

نویسندگان [English]

  • Moneyreh aghani 1
  • Khalil Ghorbani 2
  • Meysam salarijazi 3
1 Graduated Student of MSc of Water Resource Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources., Gorgan., Iran
2 Associate Professor of Water Engineering Department, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources., Gorgan., Iran
3 Assistant Professor of Water Engineering Department, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources., Gorgan., Iran
چکیده [English]

Identifying of homogeneous regions from viewpoint of drought occurrence over time, provide understanding the extent of regional droughts in addition to recognition the impact of different effective precipitation systems in different regions. On the basis of this concept, the long term 25 years rainfall data belonging to 120 synoptic meteorological stations which distributed throughout Iran country are used in this study.  Standardized precipitation index (SPI) is applied to calculate drought intensity, in 12, 24, 48 time months window and the Kriging method used for drought zoning.  Spatial network with 10 kilometers pixel size is considered and interpolated SPIs values is extracted for this network using Arc GIS environment and used to prepare a matrix. The extracted data in matrix form clustered for in different scenarios i.e. annual, biennial and quadrennial, based on K-means method and optimal numbers of clusters calculated considering silhouette plot values.  The results show Iran country classified to 12, 9 and clusters considering annual, biennial and quadrennial long term meteorological drought and prolonging drought time window caused reduction in numbers of clusters.  Moreover, each of the three Northern provinces that located in southern Caspian Sea rim, classified in separate clusters and southeastern Iran that followed the monsoon precipitation regime, constitute a separate cluster too. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought
  • K-means Clustering
  • Spatial-Temporal Changes
  • Standardized precipitation index
اختری،ر.، مهدیان،م.، ‌مرید،س. 1385. تحلیل مکانی شاخص خشکسالی SPI و EDI در استان تهران، تحقیقات منابع آب، ‌3.3:27-38.

اقدسی،ف. 1383. ارزیابی چند روش زمین‌آماری ترسیم میدان عددی بارندگی روزانه و سالانه (مطالعه موردی: دشت برخوار)، مجله آب و خاک. 26.3:743-752.

انصاری،ح.، ‌داوری،ک. 1386. ‌‌پهنه‌بندی دوره‌های خشک با استفاده از شاخص بارندگی استاندارد شده در محیط GIS در استان خراسان، مجله علمی و پژوهش‌های جغرافیایی. 1. 60:27-38.

بذر‌افشان،ج. ‌1381.‌ ‌مطالعه‌ی تطبیقی برخی نمایه‌های خشکسالی هواشناسی درچند نمونه‌ی اقلیمی ایران، پایان نامه‌ی کار‌شناسی ارشد، دانشگاه تهران، دانشکده کشاورزی کرج.

پیرمرادیان،ن.، ‌شمس‌نیا،‌ا.‌، شاهرخ‌نیا،م. 1387. پایش و تحلیل پراکندگی مکانی شدت خشکسالی سال زراعی ‌1379-1380 استان فارس با استفاده از شاخص معیار شده بارش SPI در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS، مجله مهندسی آب. 61:2-70.

حمیدیان­پور،م.، ‌سلیقه،م.، ‌فلاح قالهری،غ. 1392. ‌کاربرد انواع روش‌های درون‌یابی به منظور پایش و تحلیل فضایی خشکسالی استان خراسان رضوی، جغرافیا و توسعه، 57:30-70.

حیدری،ح.، علیجانی،ب. 1378. طبقه‌بندی اقلیمی ایران با استفاده از تکنیک آماری چند متغیره، پژوهش‌های جغرافیایی، 57:37-74.

سبحانی،ب.، ساری‌صراف،ب.، آزادی‌مبارکی،م. 1392. الگو‌سازی بارندگی غرب و جنوب‌غربی دریای خزر با استفاده از روش‌های درون‌یابی فضایی در محیط GIS، مجله جغرافیا و توسعه،‌30: 23-34.

علیزاده،ا. 1381.  اصول هیدرولوژی کاربردی،  انتشارات دانشگاه امام رضا(ع)، 808 ص.

فرجی سبک­بار،ح.، عزیزی،ق. 1385. ارزیابی میزان دقت روش‌های درون‌یابی فضایی مطالعه موردی: الگوسازی بارندگی حوزه           کارده مشهد، پژوهش­های جغرافیایی، 58: 15-1.

کاویانی،م. 1380. بررسی اقلیمی شاخص‌های خشکی و خشکسالی، فصل­نامه تحقیقات جغرافیایی، 71:1-89.

مروتی،ر.1392. بررسی توزیع مکانی خشکسالی در گستره ایران با استفاده از داده­های شبکه­بندی شده و روشRDI، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین دانشکده فنی.

مسعودیان،‌ا. 1384. شناسایی رژیم بارش ایران به روش تحلیل خوشه‌ای، پژوهش‌های جغرافیایی، 47:52-59.

مسعودیان،س.ا. 1382. نواحی اقلیمی ایران، ‌مجله جغرافیا و توسعه، ‌2: 171- 185.

مؤمنی،م. 1390. خوشه‌بندی داده‌ها (تحلیل خوشه‌ای)، انتشارات تهران، 296ص.

Bhuiyan,C. 2004. Various drought  in dices for monitoring drought condition in Aravalli terrain of India. Proccedings of the 2nd ISPRS Conference, Istanbul.

Giddings,L.,  Soto,M., Rutherford,B. M. and Maarouf,A. 2005. Standard ized precipitation index zones for Mexico. Atmosfera, 33-56.

Gocic,M and Trajkovis,S. 2014. Spatiotemporal characteristics of drought in serbia? Journal of Hydrology. 510:110-123.

Hung,W.U., Hayes,M.J., Wilhite,D.A. and Svoboda,M.D. 2005. The effect of the length of record on the standardized precipitation index calculation. International Journal of Climatology. 25: 505-520.

Lukas,A and Vasliliades,L. 2004. Probilistic analysis of drought spatio-temporal characteristics in Thessaly region, Greece. National Hazard and Earth System Sciences. 4:‌719-731.

Macqueen,J. 1967. Some methods for classification and analysis of multivariate observations, In proceedings of the 5th Berkeley symposium on mathematical statistics and probability. 1:281-297.

McKee,T.B., Doesken,N.J., Kleist,J. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. In: Proceedings of the Eighth Conference on Applied Climatology. American Meterological Society, Boston, 179-184.

Machlica,A., Stojkovova,M. 2008. Groundwater drought in different geological conditions. XXIVth Conference of the Danubian Countries, 1-9.

Rousseuw,P.‌J. 1987. Silhoettes a graphical aid to the interpretations and validations of clustering analysis, Journal of Computational and Applied Mathematics, 20: 53-65.

Romero,R., Sumner,G., Ramis,C., Genoves,A., 1999. A classification of the atmospheric circulation patterns producing significant daily rainfall in the Spanish Mediterranean area. International Journal of Climatology, 19:765 -785.

Rouault,M and Richard,Y. 2003.  Intensity and Spatial Extension of Drought in South Africa at Different Time Scales. Water SA. 29.4:489-500.

Richard,R., Heim,H. 2002. A review of twentieth century drought indices used in the United States. Journal. American Meteorological Society. 1149-1165.

Santos,J.F., Pulido-Calvo,I. and Manuela Portela,M. 2010. Spatial and temporal variability of droughts in Portugal. Water Resources Research. 46:1-13.

Sun,X., Mein,R.‌G., Keenan,T.‌D., and Elliott,J.‌F. 2000. Flood estimation using radar and rain gauge data, Journal of Hydrology, 239: 4-18.

Touazi,M., Laborde,J.‌P., and Bhiry,N. 2004. Modeling rainfall-discharge at a mean inter-yearly scale in northern Algeria, Journal of Hydrology. 269: 179-191.

Wilhite,D.‌‌A., Glantz,M.‌H. 1985. Understanding the Drought Phenomenon:The Role of Definitions. Water International. 10: 111-120.