خشکسالی هواشناسی

برای سنجش کمی خشکسالی هواشناسی از شاخص های استاندارد بارش (Z)، ناهنجاری بارش (RAI)، بارش استاندارد شده (SPI) و درصدی از نرمال (PNPI) براساس بارش های فصلی و سالانه 15 ایستگاه هواشناسی استان همدان استفاده شد. در بررسی تاثیرات خشکسالی هواشناسی بر کشاورزی نیز از شاخص عملکرد نسبی محصول گندم دیم استفاده گردید. بررسی ها نشان داد که شاخص های Z، RAI و SPI در مقیاس فصلی و سالیانه و شاخص PNPI در مقیاس فصلی، برآوردهای خوبی از شدت و تداوم خشکسالی ها ارائه دادند. شدت خشکسالی های رخداده ـ فارغ از نوع شاخص ـ بیشتر در حد متوسط و خفیف بود. شاخص های Z ، RAI و SPI روندی همسو با شاخص زراعی عملکرد نسبی گندم داشته است، اما شاخص SPI از نظر شدت خشکسالی های برآوردی با شاخص زراعی عملکرد نسبی همخوانی مطلوب تری داشت. نتایج نشان داد که منطقه همدان در هر 10 سال یک دوره خشکی دوسالانه داشته و در 30 سال گذشته نیز یک خشکسالی سخت و شدید را پشت سر گذاشته است. تعداد بالای خشکسالی می تواند ناشی از افزایش تعداد خشکسالی های کم شدت به واسطه کوتاه شدن دوره بازگشت باشد.

خشکسالی یکی از پدیده های محیطی است که سالانه موجب وارد آمدن خسارات زیادی به جوامع انسانی می گردد. در این مطالعه به بررسی عملکرد شاخص های خشکسالی هواشناسی برای ارزیابی شدت خشکسالی و پهنه بندی آن در استان قزوین پرداخته شد. شاخص های مورد استفاده شامل؛ شاخص Z چینی، شاخص Z چینی اصلاح شده، شاخص بارندگی استاندارد شده، شاخص عدد Z و شاخص دهک ها می باشد. پس از جمع آوری داده های بارش ایستگاه های موجود در منطقه مورد مطالعه، مقادیر شدت خشکسالی با استفاده از شاخص های مورد نظر در مقیاس زمانی سالانه محاسبه شد. نتایج نشان داد که شاخص های بارندگی استاندارد شده و شاخص دهک ها را می توان در جایگاه نخست و شاخص عدد Z در رتبه دوم و شاخص های Z چینی و شاخص Z چینی اصلاح شده به ترتیب در رتبه های سوم و چهارم به لحاظ شناسایی خشکسالی های شدید قرار می گیرند. مشابهت عملکرد شاخص عدد Z به شاخص بارندگی استاندارد شده در نشان دادن خشکسالی های شدید از دیگر نتایج به دست آمده می باشد. همچنین شاخص شاخص دهک ها با توجه به عملکرد مناسب درمشخص کردن خشکسالی های شدید، دارای اندکی مبالغه در نمایش خشکسالی های شدید می باشد.

دشت تبریز در΄15­˚­46­-­΄­30­˚­45 ­طول شرقی و΄­17­­˚­38-­΄56­­˚­37 عرض شمالی و در شرق دریاچه ارومیه واقع شده است. در دهه­های اخیر، بطور منطقه­ای و در دشت تبریز خشکسالی­های متناوب و گاهی مستمر و شدیدی رخ داده است. همزمان سطح آب زیرزمینی دشت کاهش چشمگیری نشان می­دهد. از این­رو به نظر می­رسد، بین وقوع خشکسالی­های هواشناسی و افت سطح آب­های زیرزمینی بتوان رابطة معنی­داری پیدا کرد. در این راستا، هـدف پژوهش حاضـر بررسـی خشکسالی­های دشت با شاخصSPI ، پیگیری روند بارش­ها، تحلیل هیدروگراف واحد آب­های زیرزمینی و ارزیابی تأثیر خشکسالی­های هواشناسی در افت آب زیرزمینی در دشت تبریز با استفاده از روش آمار دومتغیره می­باشد. برای این منظور، از داده­های هواشناسی شامل متوسط بارش ماهانه ایستگاه­های دشت تبریز در دورة آماری (83-1351) برای تعیین دوره­های خشکسالی، داده­های ماهانه سطح آب چاه­های مشاهده­ای و پیزومتر دشت در دوره آماری (83-1370) برای نشان دادن نوسانات سطح آب زیرزمینی، نرم­افزارهایArc/GIS ، Arc/View­، Excell و Surferاستفاده شد. نتایج مطالعه نشان می­دهد که در دوره آماری (83-1370) سطح آب­های زیرزمینی سیر نزولی داشته و 94/3 متر افت دارند. خشکسالی آب­های زیرزمینی نیز با دو ماه تأخیر نسبت به خشکسالی هواشناسی بروز می­کند.

خشکسالی یک رخداد طبیعی تکرارشونده و موقتی است و منجر به وارد آمدن خسارت های زیادی به زندگی انسان و اکوسیستم های طبیعی می شود. در این تحقیق، از شاخص بارش استاندارد شده (SPI) و شاخص خشکسالی جریانات رودخانه ای (SDI) جهت ارزیابی خشکسالی ها استفاده شده است. برای این منظور از آمار ماهانه 72 ایستگاه باران سنجی و 42 ایستگاه هیدرومتری در استان تهران استفاده شد و شاخص های خشکسالی SPI و SDI نیز در نرم افزار MATLAB محاسبه گردید. در مرحله بعد نقشه پهنه بندی مربوط به آنها نیز در دوره های مختلف با استفاده از نرم افزار ArcGIS تهیه شد و در نهایت ارتباط بین دو شاخص خشکسالی نیز از طریق ضریب همبستگی پیرسون بدست آمد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که بین خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی در منطقه مورد مطالعه، ارتباط معنی داری در سطح 99 درصد وجود دارد و روند خشکسالی تقریباً در مناطق مختلف استان با گذشت زمان افزایش یافته است، به طوری که روند تغییرات هر دو شاخص خشکسالی، از سمت شمال به جنوب دارای افزایش چشمگیری بوده است. بر اساس داده های بارش و دبی، وقوع خشکسالی هواشناسی به صورت کوتاه مدت یا با تأخیر یک ماهه بیش ترین تأثیر را در وقوع خشکسالی هیدرولوژیک دارد. همچنین بررسی نظم مکانی نیز نشان داد که، بیشترین همبستگی بین خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی در ایستگاه رودک وجود دارد که دلیل همبستگی بالای آن را می توان کوچک بودن حوضه بالا دست آن به موقعیت ایستگاه های باران سنجی و هیدرومتری آن مرتبط دانست.

موضوع خشکسالی در مطالعات منابع آب اهمیت زیادی دارد. شاخص هایخشکسالیهواشناسیمستقیماًازرویداده هایهواشناسینظیربارندگیمحاسبهمی شوند درصورتفقدانداده هایمذکور،درپایشخشکسالیمفیدواقع نخواهندشد.لذاتکنیکسنجشازدورمی تواندابزاریمفیددرپایشخشکسالیبهشماررود. دراینتحقیقبااستفادهازتصاویرماهواره ایسنجنده MODIS روندتغییراتشاخصنرمالشدهپوششگیاهی استان اصفهان برای سال های 2000 تا 2008 بررسی شد. شاخص NDVIعلاوه بر پوشش گیاهی طبیعی برای پایش خشکسالی به ویژه خشکسالی زراعی نوع دیم هم می تواند مؤثر باشد. بادرنظرگرفتناینشاخص،پوششگیاهیمنطقه به4گروهطبقه بندی شد ومساحتهرکدامازطبقاتنیزمحاسبهشد.درنهایتدوشاخص SPI و NDVI موردمقایسهقرارگرفت. نتایجحاصل ازمحاسبه شاخص SPI حاکی از وقوع خشکسالیشدید در سال 2008 و خشکسالیمتوسطبه ترتیب در سال های2000 و 2001 دراستاناصفهان است. محاسبهشاخص NDVI دراینسهسالنیزنشاندادکهمیزانپوشش گیاهیضعیفبهطورقابلمحسوسیافزایشیافته است. با این حال نتایج حاصل از اثر تغییرات بارندگی بر روی شاخص NDVI نشان داد که همزمانی وقوع خشکسالی هواشناسی و خشکسالی کشاورزی در تمام سال ها وجود ندارد. برای سال 2006 علی رغم اینکه بارش بیشتر از سال های قبل و بعد و بیشتر از میانگین بارش استان بوده، اما براساس نتایج شاخص NDVI این سال همراه با خشکسالی کشاورزی (کاهش ارزش شاخص NDVI) بوده و برعکس در سال های 2002 و 2004 که بارش کمتر از سال 2006 رخ داده اما شرایط دیم و مرتع بهتر از سال 2006 بوده و همچنین در سال 2003 با اختلاف 2 میلیمتر بارش در سال 2002، مقدار شاخص NDVIکاهش زیادی یافته است. نتایج این تحقیق ضرورت تعریف نمایه ای که همه این موارد را بیان کند دوچندان می کند.

در این پژوهش، دوره های متوالی خشکسالی هواشناسی و ژئوهیدرولوژیکی با استفاده از شاخص خشکسالی SPI و SWI در 6 بازه زمانی (6، 9، 12، 18، 24 و 48 ماهه) در دشت مرند واقع در استان آذربایجان شرقی، بررسی شد. برای این منظور، از داده های هواشناسی (متوسط بارش ماهانه) 7 ایستگاه باران سنجی در دوره آماری (91-1359) و داده های ماهانه سطح آب 23 چاه پیزومتری در دوره آماری (90-1380) استفاده شد. نقشه های مربوطه با استفاده از نرم افزار Arc Gis و با روش کریجینگ تهیه و ترسیم شدند که پهنه های درگیر خشکسالی در منطقه را نمایان ساخت. همچنین شدیدترین خشکسالی و فراوانی نسبی خشکسالی های هواشناسی و آب زیرزمینی در طول دوره آماری به دست آمد. نتایج بررسی مقادیر SPI نشان داد که خشکسالی هواشناسی از نظر مکانی دارای روند مشخصی نمی باشد در حالی که خشکسالی آب های زیرزمینی به طور تصادفی در منطقه رخ نداده و تمرکز آن در غرب آبخوان بیش از شرق آن بوده است. جهت بررسی اثرات خشکسالی بر افت سطح ایستابی، بهترین همبستگی بین آن ها، 720/0- با تأخیر زمانی 5 ماهه به دست آمد که در سطح 1 درصد معنی دار بوده و تأثیرپذیری منابع آب زیرزمینی را با یک تأخیر 5 ماهه نمایان می سازد. همچنین نتایج بررسی داده های ماهانه سطح آب دشت مرند در دوره آماری (90-1380) نشان داد که تراز آب زیرزمینی دشت دارای روند منفی بوده که با افت حدود 2 متر مواجه بوده است.

با توجه به روند تغییرات اقلیم و کاهش بارندگی در دهه اخیر، خشکسالی به یک مشکل بزرگ در جهان و بالاخص در مناطق خشک و نیمه خشک از قبیل ایران تبدیل شده است. استفاده از تکنیک سنجش از دور و تصاویر ماهواره ای به عنوان یک ابزار مفید جهت پایش مکانی و زمانی خشکسالی مورد توجه محققین واقع شده است. اما استفاده از این تکنیک و نتایج حاصل از آن همچنان نیاز به ارزیابی و واسنجی برای مناطق مختلف دارد. هدف این پژوهش ارزیابی پوشش گیاهی و دمای سطح زمین جهت تحلیل دوره خشکسالی و ترسالی در حریم پوششی رودخانه کارون استان خوزستان با استفاده از تصاویر ماهواره مادیس سنجنده ترآ، داده های بارش ایستگاه های سینوپتیک واقع در منطقه، شاخص های سنجش ازدوری همچون TCI,VCI,VHI به منظور آشکارسازی تغییرات رخ داده در بازه زمانی17 ساله(مادیس) و 28 ساله (بارش، جهت صحت سنجی) می باشد. بدین منظور ابتدا با بررسی داده های بارا نسنجی و سینوپتیک ایستگاه های موجود و با استفاده از مدل شاخص بارش استانداردشده(SPI) سه ماه MAY,JUN,APR به عنوان نمونه انتخاب شد. در این مطالعه از تارنمای SearchEarthData تصاویر ماهواره ای با کد(MOD11A2,MOD13A3) از سال 2000 تا 2017 دریافت شده و روی آن ها پیش پردازش و پردازش های لازم همانند تصحیح هندسی و رادیومتریک انجام گرفته شده است، و سپس شاخصSPI با شاخص های شرایط دمایی، شاخص وضعیت پوشش گیاهی و شاخص سلامت پوشش گیاهی به صورت تلفیقی به کمک تصاویر ماهوارهMODIS سنجنده TERRA مورد مقایسه قرار گرفت. بدین ترتیب در مرحله بعد نتایج این مطالعه نشان داد تصاویرMODIS و شاخص های ساخته شده دارای قابلیت لازم برای پایش خشکسالی می باشد.همچنین جهت پردازش اطلاعات گرانشی تغییرات سطح آب های زیرزمینی از داده های سنجنده GRACE MONTHLY MASS GRIDS_LAND بهره گرفته شد. نتایج این تحقیق می تواند گزینه مناسبی برای تصمیم گیران به منظور بررسی نظارت، بررسی و حل وفصل شرایط خشکسالی مؤثر باشد و ضرورت تعریف نمایه ای را دوچندان کند.

به منظور بررسی وضعیت خشکسالی های استان کردستان و تاثیر آن بر عملکرد گندم دیم داده های بارش ماهانه 10 ایستگاه هواشناسی از سایت سازمان هواشناسی و نیز اطلاعات مربوط به سطح زیر کشت، میزان تولید و عملکرد گندم دیم استان کردستان در طول دوره آماری (1389-1362) از سازمان جهاد کشاورزی دریافت گردید. به منظور تحلیل خشکسالی از دو شاخص بارش استاندارد( SPI) و شاخص درصد از عادی بودن بارندگی (PNPI) استفاده گردید. نتایج حاصل نشان داد که براساس شاخص عادی بودن از بارندگی بیشترین تعداد خشکسالی استان با 8 مورد در ایستگاه بانه و کمترین تعداد خشکسالی با 5 مورد در ایستگاه بیجار اتفاق افتاده است در صورتی که براساس شاخص استاندارد بارش بیشترین تعداد خشکسالی استان با 10 مورد در ایستگاه مریوان و کمترین تعداد آن با 7 مورد در ایستگاه بیجار رخ داده است. در بررسی تاثیرات خشکسالی های هواشناسی بر کشاورزی از شاخص عملکرد نسبی محصول گندم دیم استفاده گردید. همچنین نتایج حاصل از همبستگی بین بارش و عملکرد گندم نشان دهنده رابطه مستقیم و معنی دار این دو متغیر بوده و شاخص استاندارد بارش روندی همسو با شاخص استاندارد عملکرد نسبی گندم دیم دارد.

تعریف شاخص جامعی که تفسیر کامل تری از خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی داشته باشد ضروری است بر این اساس در پژوهش حاضر شاخص چند متغیره خشکسالی (MSDI) بر مبنای بارش و دبی تعریف شده است تا توانایی آن در تشخیص خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی سنجیده شود. برای این منظور دو شاخص SPI و SSI در دومنطقه گالیکش و ارازکوسه در استان گلستان که از آمار بارش و دبی بلند مدت 50 ساله برخوردار بودند در مقیاس فصلی محاسبه شدند شاخص MSDIبر اساس تعریف توزیع مشترک از متغیرهای دبی و بارش با استفاده از توابع مفصل نیز محاسبه شد. به منظور بررسی تطابق  این شاخص با SPI و SSI، میزان همبستگی و سپس، روند و جهش آنها با استفاده از آزمون های من-کندال و پتیت، بررسی شدند. نتایج نشان داد همبستگی کاملی بین شاخص SPI و SSI وجود ندارد و در فصل های مختلف و ایستگاه های مختلف میزان همبستگی متغیر است ولی شاخص تعریف شده MSDI از همبستگی بالایی با هر دو شاخص SSI و SPI برخوردار بود. و حتی در بدترین حالت که SPI و SSI هیچ همبستگی معنی داری نداشتند این شاخص در بدترین شرایط 62 درصد همبستگی را با  SPIدر گالیکش ایجاد کرد. نتایج روند و جهش از تطابق خوبی در دو ایستگاه برخوردار بودند. در ایستگاه ارازکوسه SPI فاقد روند، SSI فقط در بهار و MSDI در بهار و تابستان دارای روند می باشند. در ایستگاه گالیکشMSDI  در هیچ فصل، SPI در پاییز و SSI در بهار دارای روند می باشند. شاخص MSDI در مواردی که دو شاخص SPI و SSI شرایط خشکی یکسانی را نشان می دادند با آنها مطابقت داشت در غیر اینصورت در بیشتر موارد با شاخصی که شرایط خشک تری را داشت هماهنگ بود. در ضمن این شاخص تمایل زیادی به خشک تر نشان دادن فصل ها داشت بطوری که در برخی از موارد از دو شاخص دیگر شرایط خشک تری را نشان می داد. در نهایت می توان نتیجه گرفت شاخص MSDI می تواند شاخص مناسبی برای تحلیل همزمان خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی در نظر گرفته شود.