سوسن حیدری

خشکسالی های متوالی سال های اخیر در ایران اهمیت تحلیل ساختارهای جوّی و اثر آن را بر الگوهای بارش و خشکسالی افزایش داده است. هدف از پژوهش حاضر بررسی موقعیت و تغییرات مکانی اجزای کلیدی گردش جوّ و سامانه های همدید منطقه از جمله پشته ها و ناوه های جوّی در ارتباط با گستره خشکسالی های ماهانه ایران است. در این مطالعه از داده های ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال و بارش داده های ERA5 با دقت 25/0 درجه از سال 1979 تا 2021 استفاده شد. درصد مساحت خشکسالی های ماهانه (سپتامبر تا می) با شاخص RAI در پنج طبقه محاسبه و موقعیت محور و حد جنوبی و شمالی ناوه ها و پشته ها در گستره ای از غرب ایران تا شرق اقیانوس اطلس استخراج و ترسیم شد. نتایج نشان داد که محور ناوه در خشکسالی های فراگیر از 30 درجه شرقی در سپتامبر و می به 10 درجه شرقی در سایر ماه ها و محور پشته در تمام ماه ها در محدوده مرکز تا غرب ایران و در مقابل، محور ناوه ها در ماه های فاقد خشکسالی بین 30 تا 40 درجه شرقی و محور پشته ها در ماه های فاقد خشکسالی از 0 تا 20 درجه شرقی مستقر بوده است. حد جنوبی ناوه ها در خشکسالی های فراگیر در شمال آفریقا و حد شمالی پشته ها در محدوده روسیه تا آسیای میانه مشاهده شد. میزان جابه جایی محور پشته ها بین ماه های خشکسالی فراگیر و فاقد خشکسالی (حدود 50 درجه) بسیار بیشتر از تغییر موقعیت محور ناوه ها بوده است. جابه جایی حد جنوبی ناوه ها و به خصوص حد شمالی پشته ها، کاهش بارش و افزایش خشکسالی را در ماه های دسامبر، ژانویه و مارس (در پژوهش های قبلی به طور مشخص به آن اشاره شده است) توجیه می کند؛ به طوری که در این ماه ها به ترتیب پشته ها و ناوه ها جابه جایی شرق و غرب سو داشته است. این شاید نمایانگر تغییر رژیم بارش ایران متأثر از تغییر اجزای گردش جوّ منطقه در بستر گردش جوّ سیاره ای باشد.

با توجه به نقش تعیین کننده الگوهای مکانی بارش در الگوی فضایی خشکسالی ها، بررسی رفتار مکانی مرکز ثقل بارش و ارتباط آن با خشکسالی در ایران، یکی از خلأهای مهم پژوهشی در اقلیم شناسی کشور می باشد. در این راستا، از داده های بازتحلیل بارش ماهانه ERA5 متعلق به مرکز ECMWF برای دوره 1940 تا 2023 (به مدت 84 سال) استفاده شد. ابتدا آمار فضایی پراکندگی و توزیع جهت دار مرکز ثقل بارش محاسبه گردید و سپس مسیر حرکتی آن در طول سال مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل تغییرات مکانی مرکز ثقل بارش در سه دوره زمانی (1940–1981، 1982–2023 و کل دوره) با استفاده از مدل رگرسیونی انجام شد. در ادامه، موقعیت عرض و طول جغرافیایی مرکز ثقل بارش با درصد گستره خشکسالی (براساس شاخص RAI) مقایسه شد. نتایج نشان دادند که محور توزیع بارش در ایران در تمامی ماه های سال گرایشی شمال غرب به جنوب شرق دارد. مرکز ثقل بارش در امتداد مسیر سامانه های عمده بارشی کشور قرار گرفته و جابجایی آن در دوره های مختلف، الگوی بارش ماهانه را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار داده است. این مرکز در بیش از ۷۰٪ ماه ها، به ویژه ماه های کلیدی بارشی، تغییر مکان معناداری داشته که با گسترش مناطق دارای خشکسالی هم راستاست. در دوره (1982–2023)، جابجایی مرکز ثقل بارش طی ماه های دسامبر تا مارس به طور میانگین 1.5 درجه به سمت عرض های بالاتر صورت گرفته که با افزایش میانگین ۲۲ درصدی گستره خشکسالی همراه بوده است. در مقابل، جابجایی 1.2 درجه ای به سمت جنوب شرق در ماه های نوامبر، آوریل و مه، با کاهش میانگین ۱۸ درصدی خشکسالی همبستگی داشته است.

بی هنجاری های بارشی به ویژه خشکسالی و تغییرات آن از مورد توجه ترین موضوعات اقلیم شناسی است. مطالعه حاضر باهدف ناحیه بندی رخدادهای خشکسالی و ارزیابی روند تغییرات گستره آن در مقیاس های زمانی سالانه، فصلی و ماهانه انجام پذیرفت. به این منظور از داده های بارش ماهانه EAR5 و شاخص خشکسالی RAI بهره گرفته شد. برای استخراج خوشه های مکانی و روند تغییرات آنها، از تحلیل خوشه ای سلسله مراتبی مبتنی بر فاصله همبستگی - ادغام وارد و آزمون من کندال و شیب خط رگرسیونی استفاده گردید. تعداد خوشه های مکانی (نواحی) هم رخداد خشکسالی در فصل و ماه های بارشی نسبت به ماه های کم بارش مانند فصل تابستان، وسیع و همگن تر است. نواحی مشخص جغرافیایی -اقلیمی مانند: جنوب شرق، مرکز، شمال غرب و غرب -جنوب غرب، در بیشتر زمان ها دیده می شود. تغییرات خشکسالی سالانه در هیچ یک از نواحی روند معنی داری نشان نمی دهد که این می تواند از تضاد درون فصلی و ماهانه در روند تغییرات خشکسالی باشد. به طوری که در فصل زمستان و بهار (دوره اصلی بارش کشور) روند افزایشی و در مقابل در فصل پاییز، روندی کاهشی خشکسالی مشاهده شد. در مقیاس ماهانه نیز مشهودترین روند افزایشی در دو ماه اصلی بارش کشور یعنی ژانویه، مارس و کاهشی در ماه نوامبر رخ داده است. نتایج پژوهش می تواند گویای جابه جایی زمانی بارش یا تغییر رژیم بارش کشور باشد

هدف این پژوهش بررسی تغییرپذیری و روند تغییرات گستره ی شدت های ترسالی- خشکسالی در مقیاس های سالانه، فصلی و ماهانه در ایران است. برای این منظور، از شاخص ZSI ، آزمون روند من-کندال و داده های بارش ماهانه بازکاوی شده (ERA5) مرکز پیش بینی میان مدت اروپا (ECMWF) در بازه زمانی 2021-1979 استفاده شد. نتایج پژوهش نشان داد که در گستره شدت های ترسالی – خشکسالی سالانه کشور، سه دوره مشخص: دهه 80 با گستره های تقریباً برابر ترسالی- خشکسالی، دهه 90 گستره های ترسالی و دو دهه اول قرن 21 میلادی که در شروع آن در سال آبی 2000-1999 بیش از 97 درصد کشور (70 درصد مساحت خشکسالی بسیارشدید) تحت شرایط خشکسالی بوده، بیشتر گستره های خشکسالی مشاهده می گردد. الگوی تغییرپذیری گستره های شدت ترسالی- خشکسالی در فصل زمستان و بهار تقریباً مشابه سالانه بوده، اما در فصل پاییز متفاوت از الگوی سالانه، در اواخر دوره، افزایش گستره های ترسالی بیشتر مشاهده می گردد. در این فصل در ماه نوامبر مساحت شدت های مختلف خشکسالی به ویژه (متوسط و شدید) کاهشی و در مقابل مساحت شدت های ترسالی افزایشی بوده است. اما در زمستان و بهار به خصوص ماه های ژانویه و تا حدودی مارس روند گستره های شدت ترسالی-خشکسالی برعکس بوده است. شدت شاخص نیز در برخی دوره های زمانی دارای روند بوده که افزایش شدت طبقات خشکسالی (افزایش شدت منفی شاخص) بارزتر است. در کل در هر سه مقیاس ماهانه، فصلی و سالانه، رخداد خشکسالی های ضعیف و متوسط اما متوالی زیاد، درحالی که ترسالی های بسیارشدید و شدید با توالی کم، بیشتر بوده است. افزایش گستره های خشکسالی شدید مشهودتر و شدت طبقات خشکسالی نیز کمی افزایش یافته است. افزایش شدت شاخص و گستره های ترسالی در فصل پاییز شاید گویای تغییر رژیم بارشی و در مقابل افزایش گستره های خشکسالی به خصوص خشکسالی های شدید در دو فصل اصلی بارشی ایران (زمستان و بهار) هشداری برای مدیریت منابع آب در دوره گرم سال باشد.

دما یکی از عناصر اقلیمی می باشد که در طول زمان دچار نوسانات زیادی شده است. زمانی که این نوسانات افزایش و کاهش بیش ازحد نرمال داشته باشند و در ناحیه بالا و پایین توزیع آماری قرار گیرند، در صورت تداوم می تواند منجر به ایجاد امواج گرمایشی و سرمایشی شود. هدف از این مطالعه تحلیل تغییرات زمانی و مکانی امواج گرمایشی و سرمایشی ایران طی دوره ای 50 ساله می باشد. بدین منظور دمای 663 ایستگاه همدید از سال 1341 تا 1383 از پایگاه داده ای اسفزاری اخذ گردیده است. به منظور تکمیل این پایگاه دمای روزانه از سال 1383 تا 1390 از سازمان هواشناسی کشور اخذ و به پایگاه داده ای مذکور اضافه گردیده است. به منظور انجام محاسبات و ترسیم نقشه ها از نرم افزارهای Matlab و grads و surfer بهره گرفته شده است. برای تحلیل روند از رگرسیون بهره گرفته شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که نمایه های حدی امواج سرمایشی و امواج گرمایشی ضمن اینکه تأثیر مستقیمی بر همدیگر داشته اند در اکثر مساحت ایران از روند افزایشی برخوردار بوده است. توزیع آماری نمایه حدی امواج سرمایشی ناهمگن تر از نمایه حدی امواج گرمایشی است. به طوری که ضریب تغییرات مکانی برای امواج سرد 22/84 درصد می باشد. همچنین نمایه حدی امواج سرمایشی تغییرپذیری مکانی بیشتری را داشته است. بالاترین میزان پراش مشترک نمایه حدی امواج گرمایشی و سرمایشی در شمال غرب، شرق و امتداد کوه های زاگرس دیده شده است. تحلیل روند نمایه ها نشان داد که امواج گرم در 65.8% ایران تشدید شده اند و از شدت امواج سرد در 48.5% ایران کاسته شده است.

اختلاف در نتایج حاصله از کمّی سازی شدت خشکسالی به وسیله شاخص های متفاوت، می تواند برآورد آسیب پذیری، ریسک و مدیریت این مخاطره مهم را متأثر کند. با توجه به این، هدف تحقیق حاضر، مقایسه فضایی تفاوت شاخص های خشکسالی اقلیمی (RDI, DI, SPI, PNPI, ZSI, CZI, EDI, RDI, SPEI) و اثر این تفاوت ها در مطالعات ریسک با محاسبه شاخص مخاطره خشکسالی (DHI) بوده است. به این منظور از داده های ماهانه و روزانه بارش و دمای بازتحلیل شبکه بندی (ERA5) با قدرت تفکیک 25/0×25/0 درجه استفاده شد. ابتدا درصد مساحت شدت شاخص ها استخراج و تفاوت توزیع فضایی آنها ترسیم، سپس به منظور بررسی اثر این تفاوت ها در ورودی محاسبه آسیب پذیری و ریسک، شاخص مخاطره خشکسالی براساس نتایج هر 9 شاخص محاسبه گردید. نتایج نشان داد که شاخص ها؛ الف) شدت های خشکسالی را متفاوت برآورد نموده اند. ب) این تفاوت ها در نقطه تعادل شاخص (محدوده نرمال) بیشتر و با افزایش شدت، تفاوت ها کمتر شده ج) بیشترین ضریب تغییرات، در خشکسالی بسیارشدید و در مرتبه بعد در ترسالی بسیارشدید و خشکسالی شدید یا به عبارتی بی هنجاری های حدی بارش مشاهده گردید. د) برآورد شرایط حدی انتهایی در شاخص های EDI و SPEI مناسب نبود. ه) انحراف معیار گستره های شدت های منفی شاخص بیش از ترسالی بوده است. استفاده از شدت ها در محاسبه شاخص مخاطره خشکسالی، نتایج متفاوتی به دست داد. بنابراین طبق نتایج تحقیق استفاده هر یک از شاخص ها بدون توجه به محدویت ها، دربرآورد آسیب پذیری، خسارت و ریسک، منجر به نتایج متفاوتی خواهد شد. پیشنهاد می گردد شاخص یا شاخص های مناسب و استاندارد با درنظر گرفتن شرایط جغرافیایی-اقلیمی کشور تعیین و در دیگر مطالعات مورد استفاده قرار گیرد.

شناخت الگوهای مکانی رخداد خشکسالی نقش مهمی در پایش، پیش آگاهی و پیش بینی، مقابله، کاهش آسیب پذیری و افزایش سازگاری با این مخاطره دارد. هدف پژوهش شناسایی پراکنش مکانی و تحلیل الگوهای مکانی سالانه، فصلی و ماهانه شدت های خشکسالی ایران است. با این هدف، استخراج شدت های خشکسالی از داده های بارش ماهانه بازکاوی شده (ERA5) مرکز پیش بینی میان مدت اروپا (ECMWF) در بازه زمانی 2021-1979 و شاخص ZSI انجام شد. برای دستیابی به هدف تحقیق و تبیین الگوی مکانی حاکم بر فراوانی شدت های خشکسالی (بسیارشدید، شدید، متوسط و ضعیف) از روش های آمار فضایی مانند خودهمبستگی موران جهانی، شاخص انسیلن محلی موران و لکه های داغ استفاده شد. نتایج شاخص موران جهانی نشان داد که با افزایش شدت، پراکنش مکانی پدیده خشکسالی خوشه ای شده است. توزیع مکانی شاخص موران محلی و لکه های داغ نیز این امر را تأیید می کنند. تضاد بسیار واضح در خوشه های محلی رخداد بالا (پایین) و همچنین لکه های داغ (سرد) خشکسالی های شدید (بسیار شدید) سالانه در جنوب، جنوب شرق و شرق دیده شد. در فصل پاییز خشکسالی های ضعیف تا بسیارشدید، جهت گیری جنوب شرقی- شمال غربی دارند. اما در فصل بهار و زمستان الگوی مکانی خشکسالی بسیارشدید برعکس خشکسالی شدید و متوسط است. با وجود تغییرپذیری نسبتاً بالای بیشینه خودهمبستگی فضایی مثبت خشکسالی های شدید و بسیارشدید ماهانه، الگوی مکانی آن ها تقریباً مشابه است. تشکیل خوشه های مکانی خشکسالی های شدید و بسیار شدید در شمال غرب، شمال شرق و به ویژه سواحل خزری، هشدار جدی در مورد مدیریت منابع آب به خصوص برای فعالیت های مبتنی بر رخداد بارش، مانند کشاورزی است.

دریاچه ارومیه بزرگترین دریاچه داخلی کشور و یکی از بزرگ ترین دریاچه های آب شور روی زمین، با توجه به کاهش چشمگیر سطح آن در سال های اخیر مورد توجه بوده است. در این مطالعه روند تغییرات فراسنج های محیطی (تراز ارتفاعی و پهنه آبی دریاچه ارومیه و LST و NDVI) و اقلیمی (بارش و دمای هوا) حوضه آبریز دریاچه ارومیه در بازه زمانی (2019-2000) و ارتباط احتمالی بین دو دسته تغییرات محیطی و اقلیمی در شرایط فعلی مورد بررسی قرار گرفت. اگرچه در این دو دهه، نوسان بین سالیانه در تراز ارتفاعی این دریاچه مشاهده شده است، اما نتایج حاکی از روند کاهشی بدون وقفه در تراز ارتفاعی آب دریاچه ارومیه از سال بسیار خشک 2000 به این سو است به گونه ای که در طی بیست سال اخیر تراز ارتفاعی بیش از هفت متر کاهش داشته و همچنین سطح دریاچه از Km2 5143 در سال 2000 به Km2 2400 در سال 2019 رسیده است. با این که بارش حوضه در بازه مطالعاتی در ماه می (پربارش ترین ماه) روند افزایشی و در ماه های دسامبر و ژانویه روند کاهشی دارد، ولی در کل بارش حوضه تغییرات معنی داری نداشته است. در دوره گرم سال دمای سطح زمین روز و شب هنگام، دمای هوا و همچنین در تمامی ماه ها شاخص NDVI در سطح حوضه روند افزایشی داشته است. سه اثر اصلی و چشمگیر تغییرپذیری فراسنج های محیطی و اقلیمی در این مناطق افزایش دمای سطح زمین و هوا، پوشش گیاهی و کاهش منابع آب است. نتیجه نهایی افزایش و کاهش ذکر شده از یک سو و افزایش نیاز آبی گیاهان از سوی دیگر باعث افزایش فشار بر منابع آب به ویژه آب های زیرزمینی خواهد شد. کاهش سطح دریاچه و افزایش مصرف و کاهش منابع آب، می تواند منجر به گسترش سطوح عریان و رخداد ریزگردها گردد. پیامدهای این تغییرات در حوضه منجر به تغییر خرداقلیم و محیط زیست آن گردیده است.

یکی از چالش های مهم در عصر حاضر، رقابت جهت دسترسی به منابع آب می باشد. بارش به عنوان یکی از عناصر بنیادی چرخه آب شناختی و سامانه اقلیم، دارای تغییرپذیری زمانی و مکانی بالایی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشکی مانند ایران است. تغییرات زمانی آن به علت تغییرپذیری رطوبت و گردش جو می باشد. به همین منظور در این پژوهش روند تغییرات هم زمان آب قابل بارش (رطوبت جو) و بارش بر روی حوضه های آبریز ایران جهت شناسایی ارتباط بین تغییرات این دو متغیر بررسی شده است. برای این هدف داده های ماهانه بازکاوی شده ( ERA5 ) بارش و آب قابل بارش از مرکز پیش بینی میان مدت اروپا ( ECMWF ) در بازه 1979- 2019 اخذ گردید. روند تغییرات ماهانه، فصلی و سالانه این دو متغیر با استفاده از آزمون من-کندال بررسی شد. نتایج حاکی از روند کاهشی هر دو متغیر، در فصل زمستان در حوضه های آبریز شرق و نواحی مرکزی کشور و در مقابل روند افزایشی هر دو متغیر در فصل پاییز در اکثر حوضه ها آبریز دارد. بررسی سالانه نشان داد بارش در حوضه های شرقی کشور روند کاهشی را تجربه کرده اند اما آب قابل بارش در حوضه های غرب، جنوب، جنوب غرب و شمال روند افزایشی داشته است. این تحقیق نشان داد که پتانسیل رخداد بارش های رگباری و شاید سنگین، به دلیل افزایش آب قابل بارش، می تواند بیشتر گردد.

پایش ویژگی های مختلف نواحی ساحلی یکی از عوامل اساسی در جهت استفاده ی بهینه از این منابع طبیعی و مدیریت پایدار آنها می باشد. هدف تحقیق پایش تغییرات ، شناخت و تعیین مناطق حساس به تغییرات خط ساحلی و تحلیل این تغییرات برپایه ژئومورفولوژی می باشد. برای این منظور ابتدا به کمک نقشه ها و مدارک موجود منطقه مورد مطالعه شناسایی شده و سپس از طریق تصاویر ماهواره ای با سنجنده های TM , ETM و OLI در بازه زمانی سال های 1986 تا 2014، تغییرات خط ساحلی با استفاده از روش های مبتنی بر طبقه بندی حداکثر احتمال، بررسی شده اند. لازم به ذکر است میزان دقت کاپا و دقت کلی طبقه بندی حداقل %94 و 97% به ترتیب می باشد. در ادامه با استفاده از تکنیک مقایسه پس از طبقه بندی به پایش تغییرات پرداخته شد. نتایج حاکی از این است که محدوده مورد مطالعه در طی 28 سال گذشته، دارای تغییرات چشمگیری به صورت پسروی و پیشروی خط ساحل بوده است. طوری که در طول دوره اول (1986-1994) 9 کیلومترمربع کلاس خشکی به کلاس آب و 68 کیلومترمربع کلاس آب به خشکی تبدیل، در طول دوره دوم (1994-2001) 19 کیلومترمربع خشکی به آب و 17 کیلومترمربع آب به خشکی تبدیل و در دوره سوم (2001-2008) 43 کیلومترمربع کلاس خشکی به کلاس آب و 3 کیلومترمربع کلاس آب به خشکی تبدیل و در دوره آخر (2008-2014) 65 کیلومترمربع کلاس خشکی به کلاس آب و 30 کیلومترمربع کلاس آب به کلاس خشکی تبدیل شده است. در نهایت مناطق حساس به تغییرات در خط ساحلی تعیین، و با تهیه نقشه ژئومورفولوژی آن منطقه تحلیل شد.

برنامه ریزی های مختلف و توسعه پایدار شهری، مستلزم ارزیابی و پیش بینی صحیح مقادیر تغییرات کاربری اراضی نواحی شهری است. همچنین پایش تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره ای و پیش بینی این تغییرات با مدل سازی و اتخاذ سیاست های مدیریتی مؤثر، در راستای برنامه ریزی مطلوب شهری قرار دارد. هدف این پژوهش، پایش، شبیه سازی و پیش بینی گسترش شهر کرمانشاه با ترکیب مدل سلول خودکار، زنجیره ای مارکوف و رگرسیون لجستیک است. با این هدف نخست نقشه های کلاس های پوشش زمین کرمانشاه با استفاده از تصاویر چندزمانه ماهواره ای لندست سال های 1985، 2000 و 2013 تهیه، سپس صحت سنجی نقشه ها و آشکارسازی تغییرات انجام شده است. آشکارسازی تغییرات دوره اول (2000- 1985) و دوره دوم (2013- 2000) نشان می دهد که در سه دهه اخیر نواحی شهری به مقدار 6541 هکتار افزایش داشته است. براساس این تغییرات و انتخاب 7 معیار مؤثر در رشد و توسعه شهر، مدل سازی پتانسیل تبدیل کاربری برای سال 2013، با استفاده از روش رگرسیون لجستیک انجام شد. درادامه، برای کالیبره کردن مدل CA مارکوف، نقشه کاربری سال 2013 استفاده شد سپس با روش زنجیره مارکوف برآورد احتمال میزان تغییرات و توزیع مکانی آن ها برای سال 2026، و نقشه کلاس های پوشش زمین برای چشم انداز 2026 با مدل زنجیره CA مارکوف پیش بینی شد. نتایج آن هم نشان می دهد که به ترتیب مقدار زیادی از مساحت کلاس های مناطق کوهستانی، پوشش گیاهی، صخره ای و سطوح آبی به کاربری شهری تبدیل خواهند شد.