شاخص های خشکسالی

خشکسالی یکی از پدیده های جدایی ناپذیر نوسانات اقلیمی است که سالانه خسارات زیادی را به بخش های مختلف وارد می کند. یکی از روش های مفید در رابطه با پیش بینی خشکسالی، استفاده از زنجیره مارکف است. ازاین رو، هدف اصلی این پژوهش بررسی خصوصیات خشکسالی بر مبنای مدل زنجیره مارکف و ماتریس احتمال انتقال شامل آسیب پذیری، اطمینان پذیری، برگشت پذیری و ماندگاری سه وضعیت ترسالی، نرمال و خشکسالی در مناطق مختلف جغرافیایی کشور است. بدین منظور با انتخاب 18 ایستگاه سینوپتیک در گستره شش ناحیه اقلیمی کشور، وضعیت خشکسالی و خصوصیات آماری آن در دو مقیاس زمانی سال آبی و دوره رشد بر مبنای 4 شاخص بارش استاندارد شده (SPI)، شاخص بارش- تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI)، شاخص شناسایی خشکسالی (RDI) و شاخص شناسایی خشکسالی مؤثر (eRDI) مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج بدست آمده، میانگین مقادیر آسیب پذیری نواحی آب و هوایی مختلف در شاخص های مورد بررسی در دامنه 12 تا 22 درصد تغییر می کند و بالاترین مقادیر آسیب پذیری به شاخص SPEI تعلق دارند. علاوه بر این دامنه تغییرات میانگین مشخصه برگشت پذیری نیز بین 51 تا 100 درصد نوسان دارد که کمترین مقادیر آن در دوره سالانه به شاخص SPEI در مناطق بیابانی و نیمه بیابانی مربوط است. حساسیت بیشتر شاخص SPEI به تغییرات تبخیر و تعرق می تواند سبب این موضوع باشد. نتایج حاصل از ماتریس احتمال انتقال نیز نشان می دهد که در اکثر موارد احتمال ماندگاری وضعیت مورد نظر بیشتر از حالت های دیگر می باشد و احتمال ماندگاری وضعیت نرمال نیز نسبت به دو وضعیت ترسالی و خشکسالی بیشتر می باشد. با توجه به نتایج به دست آمده پیشنهاد می شود که در تحلیل خصوصیات خشکسالی حتماً ویژگی های آن ها از قبیل، آسیب پذیری، برگشت پذیری و اطمینان پذیری با توجه به نوع اقلیم منطقه مورد بررسی قرار گیرد.

به منظور ارزیابی و شناخت ویژگی های خشکسالی حوضه آبخیز هندیجان – جراحی از بارش دوره آماری 30 ساله استفاده شده است. با توجه به ماهیت داده ها از بین شاخص های مربوط به ارزیابی خشکسالی، شاخص های خشکسالی هواشناسی استفاده شد. برای تعیین بهترین شاخص خشکسالی هواشناسی در یک ماتریس همبستگی به روش ضریب همبستگی پیرسون مقادیرشاخص های PN،DI ،SPI ،SZI ،CZI ،MCZI  با سطح اطمینان99% و 95% بررسی و مقایسه گردید. شاخص هایSPI ،SZI ، CZI همبستگی قوی بیش از 9/0 با هم داشتند که از بین آنها شاخص خشکسالی SPI که توانایی بهتری برای شناسایی شروع و پایان به موقع خشکسالی را دارد، انتخاب و بر اساس آن خشکسالی ها به 4 گروه خشکسالی خفیف، متوسط، شدید و فوق العاده شدید تقسیم شد. بر اساس این شاخص 5 ویژگی خشکسالی؛ فراوانی تعداد سال های همراه با خشکسالی، طولانی ترین تداوم، تعداد رخدادها، سال های مواجه و فراوانی رخدادهای شدید و فوق العاده شدید، استخراج شد. برای نرمال سازی داده ها ی خشکسالی از روش کاکس باکس استفاده شد. بین روش های درون یابی قطعی و زمین آماری از روش زمین آمار کریجینگ معمولی استفاده شد. سپس به منظور بررسی ارزیابی روش های برآورد و مدل سازی، از ترسیم  و آنالیز سمی واریوگرام استفاده شد. برای تعیین اندازه گام، از تابع تحلیل گر مکانی GIS استفاده و اندازه آن بر اساس حداکثر فاصله بین ایستگاه ها 24015/0 با 12 گام برآورد گردید. بر اساس متد های  مختلف؛ اسفریکال، نمایی و گوسی، ویژگی های واریو گرام بر اساس معیار های اثر قطعه ای، مقدار آستانه، نسبت واریانس ساختار دار به غیرساختاردار ، میانگین، ریشه مربع خطا، متوسط خطای استاندارد و ریشه مربع خطای استاندارد، متد مناسب برای پهنه بندی انتخاب گردید. نتایج نشان داد؛ بر اساس پنج ویژگی مورد مطالعه با توجه به اختلاف زیاد توپوگرافی و تنوع عوارض طبیعی و غیر طبیعی و تنوع اقلیمی، ویژگی های خشکسالی در حوضه از نظم خاصی تبعیت نمی کند؛ اما در مجموع فراوان ترین تعداد سال های همرا با خشکسالی و بیشترین رخداد های خشکسالی شدید و فوق العاده شدید، در غرب حوضه آبخیز بیشتر از نیمه شرقی آن می باشد، که بیشتر در دهه اخیر رخ داده اند.  

در پژوهش حاضر به منظور تعیین روند خشکسالی و محاسبه میزان بارش قابل اعتماد در خوزستان داده های بارش سالانه 11 ایستگاه استان طی دوره زمانی 25 ساله (2017-1993) انتخاب گردید. در ادامه به کمک نرم افزار SPSS ابتدا مشخصات آماری بارش ایستگاهها (میانگین، میانگین هندسی، انحراف معیار، ضریب تغییرات خشکسالی و ترسالی شاخصهای سه گانه (DRI,PNPI, ZSIAP) برای تمامی ایستگاهها تعیین گردید. سپس براساس آستانه های بارشی حاصل، سالهای رخداد خشکسالی، نرمال و ترسالی ایستگاهها برای هر یک از شاخصها محاسبه گردید. نتایج نشان داد که ضمن مقایسه مقادیر محاسباتی متناظر شاخصهای یاد شده، شاخص بارش استاندارد شده (ZSIAP) با اطمینان و قابلیت بیشتر، مناسبتر تشخیص داده شد. بررسیها آشکار نمود که با گذر از سال 2007 و ورود به دهه پایانی دوره آماری نه تنها شدت و تکرار خشکسالی ها افزایش یافته است بلکه تعدد و تنوع ایستگاههای دارای خشکسالی نیز بیشتر شده است به گونه ای که اکثر ایستگاهها بویژه جنوب غربی خشکسالی های بیشتری را تجربه کرده اند. روندیابی خشکسالی با بهره گیری از آزمون من-کندال نشان داد که در بازه زمانی مطالعاتی، ایستگاههای بستان، بهبهان، شوشتر و دزفول فاقد روند بوده اند. ایستگاههای امیدیه، ایذه، مسجد سلیمان، ماهشهر، آبادان، رامهرمز، اهواز روند منفی داشته اند یعنی شدت خشکسالی در این مناطق افزایش یافته است.

در سالهای اخیر، پدیده خشکسالی بسیاری از حوضه های آبخیز ایران را تحت تاثیر قرار داده و همه ساله باعث تغییرات زیادی در کاربری اراضی و مساحت دریاچه ها می شود. این پژوهش سعی دارد که با استفاده از شاخص های سنجش از دور خشکسالی در سال های 2000، 2010 و 2020، وضعیت خشکسالی و ارتباط آن با تغییرات کاربری اراضی در حوضه ابخیز دریاچه مهارلو در جنوب ایران را مورد بررسی قرار دهد. بدین صورت که ابتدا با استفاده از شاخص های EVI، NDVI، VCI وضعیت خشکسالی تعیین شد، سپس نقشه های کاربری اراضی برای سال های 2000 و 2020 با استفاده از تصاور ماهواره ای لندست ETM+8 تهیه شد. در ادامه با استفاده از روش رگرسیون مهمترین شاخص های خشکسالی موثر برای کاربری های اراضی تعیین گردید. همچنین با استفاده از زنحیره مارکوف و کومارکوف وضعیت شاخص های خشکسالی و کاربری اراضی برای سال 2040 پیش بینی شد. با توجه به نتایج شاخص ها مشخص شد که بخش های جنوبی بیشتر از دیگر بخش ها در خطر خشکسالی قرار دارد. نتایج حاصل از بررسی تغییرات کاربری اراضی نشان داد که در سال 2020 نسبت به سال 2000 اراضی بیشتری در کلاس های شور و بایر قرار گرفته اند. نتایج نشان داد که بر اساس روش رگرسیون مهمترین شاخص ها در ارتباط با کاربری اراضی شاخص NDVI می باشد. نتایج حاصل از زنجیره مارکوف و کومارکوف برای پیش بینی شاخص ها نشان داد که این روش دارای دقت قابل قبولی می باشد. بطوریکه ضریب کاپا برای شاخص VCI 0.98 می باشد که حاکی از دقت بالای مدل در پیش بینی خشکسالی می باشد. همچنین نقشه های پیش بینی شده توسط این روش نشان داد که در سال 2040 مقادیر این شاخص کاهش می یابد که نشان دهنده خشکسالی بیشتر در منطقه خواهد بود. با مقایسه ای که بین طبقات این شاخص ها و مقادیر این شاخص ها در سال 2020 و 2000 انجام شد مشخص شد که در سال 2040 احتمال کاهش مقادیر این شاخص و در نتیجه افزایش بیشتر خشکسالی در منطقه وجود دارد. این تغییرات بر روی وضعیت کاربری ها تاثیر زیادی خواهد داشت. بطوریکه پیش بینی می شود که مقادیر آب ها در این دریاچه با توجه به کاهش مقادیر شاخص خشکسالی NDVI کاهش یابد.

استان همدان از جمله کانون هایی است که دارای تنوع و فراوانی مخاطرات طبیعی است؛ بنابراین، واکاوی و پایش آنها از جمله خشکسالی که مستقیم با معیشت کشاورزان سرکار دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف این پژوهش تحلیل فضایی مخاطرات طبیعی با تأکید بر خشک سالی و سنجش ظرفیت سازگاری روستاهای شهرستان رزن می باشد. این پژوهش با روش تحلیلی- توصیفی و با با استفاده از ابزار پرسشنامه و پیمایش میدانی به ارزیابی و سنجش ظرفیت سازگاری کشاورزان با خشکسالی پرداخته است. در گام نخست با استفاده از شاخص های مختلف رفتار خشکسالی در منطقه شناسایی و در مرحله دوم استراتژی های سازگاری با خشکسالی توسط کشاورزان تدوین گردید. نتایج این پژوهش نشان داد که شاخص SPI از نظر جداسازی سال های خشک و تفکیک دوره های خشکسالی نسبت به سایر شاخص ها روش مناسب تری در پهنه بندی سرزمینی خشکسالی به شمار می رود و بررسی استراتژی های سازگاری کشاورزان در سکونت گاههای روستایی شهرستان رزن بیانگر این بود که میزان استفاده جامعه محلی از روش های سنتی یا بومی جهت سازگاری با شرایط خشکسالی زیاد می باشد. میزان استفاده از روش های سنتی یا بومی و روش های نوین و مدرن جهت سازگاری با شرایط خشک سالی با استفاده از آزمون دوجمله ای مورد آزمون و سنجش قرار داده شده است و نتایج حاصل از آمار استنباطی حاکی از آن است که به طور کلی میزان استفاده از روش های سنتی یا بومی جهت سازگاری با شرایط خشک سالی زیاد می باشد همچنین میزان استفاده از روش های نوین و مدرن جهت سازگاری با شرایط خشک سالی متوسط می باشد.

خشک سالی یک پدیده آب و هواشناسی پیچیده بوده که متکی به چندین عامل محیطی است. این پدیده یک بلای طبیعی رایج بوده که بعنوان یکی از دغدغه های اکولوژیکی، هیدرولوژیکی، کشاورزی و اقتصادی بشر شناخته شده است. در این پژوهش به کمک داده های ماهواره ای و سامانه گوگل ارث انجین به مطالعه پدیده خشک سالی در استان آذربایجان غربی پرداخته شده است. در راستای تحقق این پژوهش، چهار شاخص SPI، NDVI، VCI و TCI انتخاب و برای یک دوره 23 ساله از تصاویر ماهواره ای سال های 2000 تا 2022 استفاده گردید. در این مطالعه تعداد 526 تصویر برای شاخص های NDVI، VCI و TCI و 8081 تصویر جهت محاسبه شاخص SPI استفاده گردید. نتایج پژوهش نشان داد، در سال های 2000، 2008، 2015، 2017، 2021 و 2022 خشک سالی های شدید و متوسط در بیشتر پهنه استان تجربه شده و همچنین در سال های 2002، 2006، 2009، 2010، 2011 و 2019 در قسمت های مرکزی، شمالی و جنوبی استان ترسالی های مختلفی وجود داشته است. همچنین شرایط نرمال نیز در سال های 2001، 2004، 2005، 2007، 2012 تا 2014 و 2016 در تمامی مناطق استان وجود داشته است. در مقایسه بین نتایج شاخص ها می توان بیان نمود که در پهنه استان آذربایجان غربی شاخص VCI و SPI حساس ترین شاخص برای شناسایی خشک سالی بوده که قادرند انواع خشک سالی ها را به خوبی شناسایی کنند. همچنین شاخص NDVI با توجه به حساسیت نسبتاً خوبی که برای شناسایی خشک سالی دارد، قادر است کاهش پوشش گیاهی در سال های خشک سالی را نشان دهد. در مجموع نتایج این پژوهش نشان داد که استان آذربایجان غربی در معرض خطر خشک سالی 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.