پايش و پيش‌بيني خشكسالي‌ با استفاده از شاخص خشكسالي توام مبتني بر مفصل (CJDI)

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

كشاورزي

كارشناسي ارشد

در بحث مديريت منابع آب، خشكسالي يكي از پديده‌هاي اقليمي مهم و چالش برانگيز مي‌باشد كه بر اثر يك وضعيت كمبود آب طولاني مدت ايجاد مي‌گردد. پديده خشكسالي به عنوان يكي از بلاياي طبيعي پر هزينه شناخته مي‌شود كه طبيعت آن بصورت محدود شناخته شده است. در واقع، يكي از مسائل حياتي در مديريت منابع آب وجود يك روش مناسب براي پايش و پيش‌بيني خشكسالي‌ها، يعني مشخص كردن دقيق زمان شروع و تداوم آن‌ها مي‌باشد. متاسفانه به دليل نبود يك تعريف علمي دقيق براي اين پديده و همچنين پيچيدگي علل وجود خشكسالي‌ها كه مانع توصيف دقيق آن‌ها مي‌شود، توسعه يك روش جامع و كاملا قابل اطمينان براي ارزيابي خشكسالي‌ها از طريق تحليل‌هاي آماري يا فيزيكي، به راحتي قابل دست‌يابي نيست. در اين تحقيق، به ارزيابي خشكسالي‌هاي استان فارس با استفاده از 6 شاخص خشكسالي، شامل شاخص‌هاي SPI، SPI اصلاح شده، JDI، SPEI، EDDI و CJDI پرداخته شد. براي محاسبه شاخص‌هاي خشكسالي، از داده‌هاي آب و هوايي، از جمله بارش، دما، رطوبت نسبي، سرعت باد، تشعشع و تعداد ساعات آفتابي ماهانه از 9 ايستگاه سينوپتيك واقع در استان فارس، در دوره آماري 2020-1991 استفاده گرديد. از بررسي شاخص‌هاي خشكسالي مورد استفاده نتيجه گرفته شد كه شاخص SPI اصلاح شده به مقدار زيادي محدوديت‌هاي شاخص SPI متداول، خصوصا عدم توانايي در نظر گرفتن تغييرپذيري فصلي بارش را رفع مي‌نمايد. تنها محدوديت شاخص SPI اصلاح شده كه ممكن است باعث سردرگمي محققان و كاهش دقت ارزيابي خشكسالي‌ها شود، وجود مقياس‌هاي زماني متعدد مي‌باشد. شاخص JDI نيز به علت در نظرگرفتن توزيع توأم مقياس‌هاي زماني 1 تا 12 ماهه شاخص SPI اصلاح شده با استفاده از توابع مفصل مي‌تواند براي تحليل و ارزيابي دقيق‌تر خشكسالي توسط محققان به كارگرفته شود. شاخص‌هاي خشكسالي SPEI، EDDI و CJDI از جمله شاخص‌هايي مي‌باشند كه از قابليت پايش خشكسالي بر اساس ساير پارامترهاي آب و هوايي علاوه بر بارش برخوردار مي‌باشند. از آن‌جايي كه بخش‌هايي از استان فارس داراي اقليم خشك و نيمه خشك مي‌باشد، يكي از مهم‌ترين پارمترهاي جوي كه باعث ايجاد پديده خشكسالي در اين مناطق‌ مي‌شود دماي هوا مي‌باشد. شاخص‌هاي SPEI و CJDI براي ارزيابي خشكسالي بطور همزمان از پارامترهاي بارش و تبخير-تعرق پتانسيل استفاده مي‌كنند، بنابراين اين شاخص‌ها ترسالي‌هاي مشخص شده توسط شاخص SPI كه در سطح آماري 5 درصد معني‌دار نمي‌باشند را نشان نمي‌دهند و تا حدود زيادي شرايط رطوبتي منطقه در هر ماه سال را مطابق با ميانگين بلند مدت بارش و دماي منطقه مشخص مي‌نمايند. شاخص خشكسالي EDDI نيز شاخصي تك متغيره مي‌باشد كه از از تبخير-تعرق پتانسيل براي ارزيابي خشكسالي‌ها بهره مي‌گيرد، با اين تفاوت كه اين شاخص براي محاسبه تبخير-تعرق پتانسيل از يك روش فيزيكي همچون پنمن-مانتيث استفاده مي‌كند تا پارامتر‌هاي رطوبت نسبي، سرعت باد، تشعشع و علاوه بر دما در محاسبه تبخير-تعرق نقش داشته باشند. به همين دليل نتايج حاصل از شاخص EDDI بسيار دقيق‌تر از شاخص SPI مي‌باشد. علاوه بر اين، يكي از مهمترين نتايج حاصل از اين مطالعه اين مي‌باشد كه شاخص‌هاي JDI و CJDI علاوه بر اينكه توانايي توصيف علمي وضعيت خشكسالي را داشته، مي‌توانند زمان آغاز خشكسالي‌ها و تداوم آن‌ها را بصورت دقيق‌تر تعيين نمايند. در مرحله بعد دو مشخصه‌ خشكسالي شامل شدت و مدت خشكسالي بر اساس شاخص CJDI تعريف گرديدند. از آن‌جايي كه اين مشخصه‌ها از همبستگي بالايي برخوردار بودند، در اين مطالعه به منظور توصيف جامع‌تر از خشكسالي‌هاي منطقه، تحليل چندمتغيره مورد استفاده قرار گرفت. در اين تحقيق براي ايجاد توزيع توأم شدت و مدت خشكسالي هفت خانواده از مفصل‌هاي دو بعدي مورد آزمون قرار گرفتند تا مناسب‌ترين مفصل يعني مفصل گالامبوس بر اساس تحليل خطا و ضريب وابستگي دمي براي 9 ايستگاه مورد مطالعه انتخاب گردد. بعد از ايجاد توزيع‌ توأم مبتني بر مفصل گالامبوس، بعضي از خصوصيات احتمالاتي مربوط به خشكسالي مانند، احتمالات توأم وشرطي و همچنين دوره‌هاي يازگشت توأم، شرطي و كندال محاسبه شدند. در آخر از مقايسه دوره بازگشت كندال با دوره بازگشت استاندارد، نتيجه گرفته شد كه در يك سطح احتمال بحراني معين (t)، مقدار دوره بازگشت كندال از مقدار دوره بازگشت استاندارد بيشتر مي‌باشد و اين تفاوت با افزايش مقدار t، افزايش مي‌يابد.

214629

مهندسي منابع آب

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان

رسول ميرعباسي

سعيد سلطاني كوپايي، عليرضا گوهري

سعيد اسلاميان