تحلیل روند و نقطه شکست در سری‌های فصلی شاخص خشکسالی SPI در ایران

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

خشکسالی به­عنوان کمبود بارش نسبت به میانگین بلند­مدت بارش در یک دوره زمانی، می­تواند تحت تاثیر تغییر اقلیم قرار گیرد. بررسی تغییرات خشکسالی می­تواند ابزاری مفید برای مدیریت منابع آب باشد. در این مطالعه برای بررسی روند خشکسالی در ایران از داده­های بارش ماهانه 119 ایستگاه هواشناسی طی دوره آماری 1390- 1366 استفاده شد و بر اساس آن­ها، شاخص شدت خشکسالی SPI در فصل­های مختلف سال محاسبه شد. برای تحلیل روند و نقطه شکست به­ترتیب از آزمون­های من - کندال و پتی استفاده شد. نتایج آزمون پتی نشان داد که در فصول بهار، تابستان، پاییز و زمستان به­ترتیب 27،42، 35 و 16 ایستگاه دارای نقاط دارای شکست می­باشند که به وضوح بیان می‌کند عدم در نظرگرفتن تحلیل نقطه شکست در آزمون روند می­تواند منجر به اشتباهات غیرقابل اغماض در نتایج شود. ‌تحلیل نتایج بررسی روند بیانگر آن است که در فصل­های بهار، تابستان، پاییز و زمستان به­ترتیب در 10،4، 8 و 9 ایستگاه روند افزایشی و در ­6 ،0،1 و 2 ایستگاه روند کاهشی وجود دارد. به­علاوه بررسی توزیع مکانی نشان می­دهد که عمده ایستگاه­هایی که شاخص SPIآن­ها در فصول مختلف سال دارای روند می­باشند در بخش­های غربی کشور واقع شده­اند به­طوری­که در این قسمت در فصل بهار روند کاهشی و در فصل تابستان و زمستان روند افزایشی دیده می‌شود لیکن در فصل پاییز الگوی مکانی خاصی وجود ندارد.  
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Trend and Change Point Analysis of Seasonal SPI Drought Index in Iran

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]

Drought as shortage of rainfall compared to its long- term mean in a period can be affected by climate change. Evaluationof drought changes can be useful tool for water resources management. In this study, to investigate the trend of drought in Iran, the monthly rainfall data of 119 meteorological stations in 1366-1390 are considered and SPI drought index are calculated based on these data. The Mann-Kendall and Pettitt tests are used for trend and change point analysis. Results of Pettitt test show change points for 42, 27, 35 and 16 stations in spring, summer, autumn and winter seasons respectively that demonstrates disregarding of change point analysis in trend test application can lead to non- negligible mistakes in results. The results of the trend analysis indicate that there are 4, 10, 8 and 9 increasing and 6, 1, 0 and 2 decreasing tren in stations in spring, summer, autumn and winter seasons respectively. Moreover, investigation of spatial distribution show most of stations with trend in SPI index in different seasons are located in west region of the country so that there are decreasing trend in spring and increasing trend in summer and winter while there is no specific spatial pattern in autumn.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Climate change
  • Drought
  • Mann-Kendall
  • Pettitt
  • Standardized Precipitations Index

اوسطی،خ.، سلاجقه،ع.، مهدوی،م.، کوئینگر،پ.، چپی،ک.، ملکیان،آ. 1394. تحلیل روند تغییرات جریان در رودخانه‌های سراب کرخه: شواهدی از آثار تغییر اقلیم بر سیستم‌های منابع آب، مجله منابع طبیعی و آبخیزداری ایران. 659:3-674.

آذرخشی،م.، فرزادمهر،ج.، اصلاح،م.، صحابی،ح. 1392. بررسی روند تغییرات سالانه و فصلی بارش و پارامتر‌های دما در مناطق مختلف آب و هوایی ایران، مجله منابع طبیعی ایران 6:1 1-1.

پیری،ح.، ‌راهداری،‌و.، ‌ملکی،س. 1392. ارزیابی تطبیقی چهار نمایه خشکسالی هواشناسی با استفاده از روش تحلیل خوشه‌ای (مطالعه موردی: استان سیستان و بلوچستان)، مجله مهندسی منابع آب. 96:11- 114.

رسولی،ع.ا.، جلالی،ط.، سرافروزه،ف.، اسماعیل­پور،م. 1392. بررسی تغییرات زمانی و مکانی بارش‌های نیسان و پیش­بینی آن در استان آذربایجان­شرقی. نشریه علمی- پژوهشی جغرافیا و برنامه­ریزی. 191:51-171.

عزیزی،ق.، روشنی،م.1387. مطالعه تغییر اقلیم در سواحل جنوبی دریای خزر به روش من – کندال. پژوهش­های جغرافیایی. 28:64-13.

قربانی،خ. 1393. الگوی فصلی و مکانی تغییر اقلیم دمای هوا در ایران، نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 21.270:5-257.

قربانی،خ.، خلیلی،ع.، علوی­پناه، س.ک.، نخعی­زاده،غ.ر. 1388. مطالعه تطبیقی نمایه­های هواشناسی خشکسالی  SIAPو SPI به روش داده­کاوی (مطالعه موردی استان کرمانشاه). نشریه آب و خاک. 24.426:3-417.

ملکی­نژاد،ح.، سلیمانی­مطلق،م. 1390. بررسی شدت خشکسالی­های هواشناسی و هیدرولوژیک در حوضه چغلوندی. مجله پژوهش آب ایران. 72:9-61.

مساح بوانی،ع.ر.، مرید،س. 1384. اثرات تغییر اقلیم بر جریان رودخانه زاینده رود اصفهان، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی 9.17:4-28.

Bihrat,O., Mehmetcik,B. 2003. The Power of Statistical Tests for Trend Detection, Turkish Journal. Engineering. Environmental. Sciences. 27: 247-251.

Gruza,G., Rankova,E., Razuvaev,V., Bulygina,O. 1999. Indicators ofclimate change for the Russian Federation. Climatic Change. 42: 219-242.

Gandomkar,A. 2011. Investigating the precipitation and temperature change procedure in Zayanderood watershed, World Academy of Science, Engineering and Technology. 5: 43-47.

Hess,T.M., Stephens,W., Maryah,U.M. 1995. Rainfall trends in the north east arid zone of Nigeria 1961-1990. Agricultural and Forest Meteorology. 74: 87-97.

Hooshmand,A., Salarijazi,M., Bahrami,M., Zahiri,J., Soleimani,S. 2013. Assessment of pan evaporation changes in South Western Iran. African Journal of Agricultural Research. 8.16: 1449-1456.

Khorshiddoust,M.A., Ghavidel Rahimi,Y. 2006. The Simulation of Atmospheric Carbon Dioxide Doubling Impacts on Climatic Changes in Tabriz Using Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL) General Circulation Model. Journal of Environmental Studies. 32: 39. 1-10.

Kundu,S., khare,D., Mondal,A., Mishra,P. 2014. Long term rainfall trend analysis (1871–2011) for whole India. Climate Change and Biodiversity. Springer Japan. 45-60.

Kundzewicz,Z.W., Robson,A.J. 2000. Detecting trend and other changes in hydrological data, World Climate Program-Data and Monitoring, Geneva. 158.

Lettenmaier,D.P., Wood,E.F., Wallis,J.R. 1994. Hydro-climatological trends in the continental United States. Journal of Climate. 7: 586–607.

Marofi,S., Soleymani,S., Salarijazi,M., Marofi,H. 2012. Watershed-wide trend analysis of temperature characteristics in Karun-Dez watershed, southwestern Iran. Theoretical and Applied Climatology. 110.1-2: 311-320.

Mckee,T.B., Doesken,N.J., Kleist,J. 1993. the Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scale, 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim, CA, American Meteorological Society: 179-184.

Moazed,H., Salarijazi,M., Moradzadeh,M., Soleymani,S. 2012. Changes in rainfall characteristics in Southwestern Iran. African Journal of Agricultural Research. 7.18: 2835-2843.

Partal,T., Kahya,E. 2006. Trend analysis in Turkish precipitation data. Hydrological Processes. 20:2011–2026.

Paturel,J.E., Servat,E., Kouame,B., Lubes,H., Quedraogo,M., Mason,J.M. 1997. Climatic variability in humid Africa along the Gulf of Guinea. Part II: An integrated regional approach. Journal of  hydrologie. 191:16–36.

Perreault,L., Haché,M., Slivitsky,M., Bobée,B. 1999. Detection of changes in precipitation and runoff over eastern Canada and US using a Bayesian approach. Stochastic Environmental Research and. Risk Assessment. 13:201–216.

Pettitt,A.N. 1979. A non-parametric approach to change point problem, Applied Statistics. 28: 126-135.

Plummer,N., Salinger,M.J., Nicholls,N., Suppiah,R., Hennessy,K.J., Leighton,R.M., Trewin,B., Page,C.M and Lough,J.M. 1999. Changes in Climate extremes over the Australian region and New Zealand during the Twentieth century. Climatic Change. 42: 183-202.

Salarijazi,M., Akhond-Ali,A.M., Adib,A., Daneshkhah,A. 2012. Trend and change-point detection for the annual stream-flow series of the Karun River at the Ahvaz hydrometric station. African Journal of Agricultural Research. 7.32: 4540-4552.

Servat,E., Paturel,J.E., Lubès,H., Kouamé,B., Quedraogo,M and Mason,J.M. 1997. Climatic variability in humid Africa along the Gulf of Guinea. Part I: detailed analysis of the phenomenon in Côte d’Ivoire. Journal of  Hydrologie. 191: 1–15.

Sirdas,S and Sen,Z. 2003. Spatio-temporal drought analysis in the Trakya region, Turkey. Hydrological Sciences Journal. 48.5:809-819.

Sonmez,F.K., Komuscu,A.U., Erkan,A and Turgu,E. 2005. An Analysis of Spatial and Temporal Dimension of Drought Vulnerability in Turkey Using the Standardize Precipitation Index. Natural Hazards. 35: 243-264.

Storch,H.V. 1995. Misuses of statistical analysis in climate research. In: Storch HV, Navarra A (eds) Analysis of climate variability: applications of statistical techniques. Springer, Berlin. 11–26.

Suppiah,R and Hennessy,K. 1998. Trends in total rainfall, heavy rain events and number of dry days in  Australia, 1910-1990. International Journal of Climatology. 10: 1141-1164.

Turgay,P., Ercan,K. 2005. Trend analysis in Turkish precipitation data. Hydrological Processes published online in wiley Interscience. (www.Interscience.wiley.com).

Turke,S.M. 1996. Spatial and temporal analysis of annual rainfall variations in Turkey. International Journal of Climatology. 16: 1057-1076.

Trabert,A., Christian,O. 2016. Long-term trends in flood discharges of the Ulster and Upper Fulda (Germany): a statistical review. Environmental Earth Sciences. 75.20:1363–1376.

Viglizzo,E.F., Roberto,Z.E., Filippin,M.C., Pordomingo,A.J. 1995. Climate variability and agroecological change in the central Pampas of Argentina. Agriculture, Ecosystems and Environment. 55: 7-16.

Wang,W., Shao,Q., Peng,S., Zhang,Z., Xing,W., An,G., Yong,B. 2011. Spatial and temporal characteristics of changes in precipitation during 1957-2007 in the Haihe River basin, China. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 25.7: 881-895.