چکیده:

در این پژوهش پایش و پهنه بندی خشکسالی و همچنین بررسی ابعاد مختلف آن در سطح کشور ایران با استفاده از آمار و اطلاعات مربوط به بارش و دمای 30 ساله (2010 – 1981) سازمان هواشناسی کشور انجام گرفته است. به منظور آنالیز داده­ها از روش شاخص SPI [1]و RDI [2]استفاده شده و جهت محاسبه شاخص RDI، تبخیر و تعرق پتانسیل از روش ترنت­وایت[3] محاسبه گردید. در ادامه این شاخص­ها در تعیین فاکتورهای مختلف خشکسالی (شدت، مدت، وسعت، فراوانی و توالی) مورد استفاده قرار گرفته و با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان داد شاخص SPI برای برآورد فاکتورهای مختلف خشکسالی در تمام ایران قابلیت استفاده داشته و می­تواند به عنوان مدلی جهت پایش خشکسالی­ها مورد استفاده قرار بگیرد ولی شاخص RDI با توجه به تنوع اقلیمی زیاد در ایران یکسان عمل ننموده و از این توانایی برخوردار نمی­باشد. همچنین مقادیر به دست آمده برای این دو شاخص مورد تحلیل خوشه­ای به روش وارد و مجموع تفاضل هر داده از یک خوشه با بردار میانگین آن خوشه (فاصله اقلیدسی) انجام گرفت که در نتیجه این اقدام براساس شاخص SPI ایستگاه­ها به 6 گروه و بر اساس شاخص RDI به 5 گروه مجزا از نظر تشابه در شرایط آب و هوایی تقسیم شدند. فراوانی خشکسالی­ها از طریق شمارش ماه­هایی که شاخص SPI مقادیر منفی گرفتند محاسبه شده و روابط بین مدت – فراوانی برای کلیه ایستگاه­ها محاسبه گردید. نتایج نشان داد که رابطه مدت – فراوانی در ایستگاه­ها از نوع لگاریتمی، معادلات درجه 4، 5 و 6 بوده و از روند خطی پیروی نمی­نمایند. از طریق روش­های میان­یابی پهنه­ بندی خشکسالی بر اساس شدت آن در دوره­های خشک منتخب انجام گرفت و مساحت پهنه­ها محاسبه گردید. از اطلاعات به دست آمده از این طریق مشخص گردید در تمامی بازه­های هشتگانه سیستم طبقه­بندی خشکسالی بهترین تابع برازش داده­های واقعی تابع لوگ نرمال دو فراسنجی می­باشد. همچنین مشخص گردید رابطه شدت – وسعت در تمامی بازه­­های مذکور به استثنای ترسالی­های شدیدتر از 2 که از نوع معادله درجه 3 می­باشد در مابقی بازه­ها از نوع معادله درجه 2 می­باشد.

واژه­های کلیدی: پایش خشکسالی، تحلیل فضایی، شاخص بارش استاندارد شده (SPI)، شاخص شناسایی خشکسالی (RDI)، ایران

فهرست مطالب

- چکیده

1- فصل اول(کلیات تحقیق).. 1

1-1  مقدمه.. 1

1-2  بیان مسأله.. 3

1-3  سوالات تحقیق.. 4

1-4  فرضیه.. 4

1-5  اهداف تحقیق.. 4

1-6  روش جمع آوری اطلاعات.. 5

1-7  ابزار گرداوری اطلاعات.. 5

فصل دوم (مرورمنابع، ادبیات تحقیق، پیشینه تحقیق).. 7

2-1  پیشینه تحقیق.. 7

2-2  مبانی نظری.. 13

2-2-1  تعریف خشکسالی.. 13

2-2-2  مولفه­های خشکسالی.. 15

2-2-3  زمان خشکسالی.. 15

2-2-4 مدت خشکسالی.. 16

2-2-5  وسعت خشکسالی.. 16

2-2-6  شدت خشکسالی.. 17

3- فصل سوم (روش اجرای تحقیق، مواد و روش­ها).. 19

3-1 معرفی منطقه مورد مطالعه.. 19

3-2  مواد و داده­ها.. 20

3-3  روش­ها.. 23

3-3-1  روش SPI. 23

3-3-2  روش RDI. 26

4- فصل چهارم (تجزیه و تحلیل داده­ها ویافته­های تحقیق).. 30

4-1  شاخص SPI. 31

4-1-1  فراوانی خشکسالی.. 61

4-2  شاخص RDI. 66

4-3 مقایسه دو روش SPI و  RDI. 69

5- فصل پنجم (بحث، نتیجه گیری و پیشنهادات).. 88

5-1  دسته بندی ایستگاه­ها براساس شاخص SPI و RDI. 88

5-1-1 دسته بندی براساس شاخص SPI. 88

5-1-2  دسته بندی براساس شاخص RDI. 92

5-2  تحلیل مکانی خشکسالی.. 94

5-3  رابطه شدت – وسعت.. 98

5-4  نتیجه گیری کلی.. 104

منابع و مآخذ.. 106

فهرست جداول

جدول 3-1 مشخصات ایستگاه­های مورد مطالعه.. 22

جدول 3-2 طبقه­بندی خشکسالی از طریق مقدار SPI و احتمال وقوع متناظر با آن.. 24

جدول 3-3 مقادیر ضریب اصلاحی  در معادله ترنت وایت برای عرضهای (شمالی) مختلف جغرافیایی در ماه­های میلادی.. 29

جدول 4-1 جدول ضرایب تابع توزیع گاما جهت محاسبه شاخص SPI. 32

جدول 4-2  مقایسه توزیع احتمال مشاهده شده با توزیع احتمال SPI در ایستگاه­های مورد مطالعه.. 33

جدول 4-3  فراوانی وقوع خشکسالی­ها در مدت­های تعریف شده در ایستگاه­های مورد مطالعه   63

جدول 4-4 معادلات برآورد رابطه فراوانی وقوع با مدت خشکسالی به ماه در ایستگاه های مورد مطالعه.. 65

جدول 4-5  مقایسه توزیع احتمال مشاهده شده با توزیع احتمال نرمال در ایستگاه های مورد مطالعه.. 67

جدول 4-6 رابطه رگرسیون و ضریب همبستگی بین شاخص SPI و RDI. 86

جدول 5-1  رابطه رگرسیون بین احتمال وقوع شدت - محدوده درگیر برای دوره برگشت­های مختلف.. 102

جدول 5-2 احتمال وقوع شدت - محدوده درگیر برای دوره برگشت­های مختلف.. 103

 فهرست اشکال

شکل 2-1 نمایش شماتیک دوره های مرطوب وخشک  Mj: بزرگی خشکسالی، Li : مدت خشکسالی  14

شکل 3-1 موقعیت جغرافیایی و پراکندگی  ناهمواری­های ایران. 20

شکل 3-2 نقشه موقعیت ایستگاه­های مورد مطالعه. 21

شکل 4-1  مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با منحنی احتمال نرمال در کل ایستگاه ها و گروه­های تعیین شده. 34

شکل 4-2 نقشه گروه بندی ایستگاه­ها بر اساس احتمال وقوع مشاهده شده. 36

شکل 4-3 مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با احتمال نرمال SPI در ایستگاه های اراک ، اردبیل ، ارومیه ، اصفهان ، اهواز و ایرانشهر. 38

شکل 4-4 مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با احتمال نرمال SPI در ایستگاه های آبادان ، آباده ، بابلسر ، بجنورد ، بم و بندرانزلی. 39

شکل 4-5 مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با احتمال نرمال SPI در ایستگاه های بندرلنگه ، بندرعباس ، بوشهر ، بیرجند ، تبریز و تربت حیدره. 40

شکل 4-6 مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با احتمال نرمال SPI در ایستگاه های تهران ، چابهار ، خرم آباد ، خوی ، رامسر و زابل. 41

شکل 4-7 مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با احتمال نرمال SPI در ایستگاه های زاهدان ، زنجان ، سبزوار ، سقز ، سمنان و سنندج. 42

شکل 4-8 مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با احتمال نرمال SPI در ایستگاه های شاهرود ، شهرکرد ، شیراز ، طبس ، فسا و قزوین. 43

شکل 4-9 مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با احتمال نرمال SPI در ایستگاه های کاشان ، کرمان ، کرمانشاه ، و گرگان. 44

شکل 4-10 مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با احتمال نرمال SPI در ایستگاه های مشهد ، نوشهر ، همدان ، و یزد. 45

شکل 4-11 مدل جابهجایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاههای اراک، اردبیل و ارومیه. 46

شکل 4-12 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های اصفهان، اهواز و ایرانشهر. 47

شکل 4-13 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های آبادان ، آباده  و بابلسر. 48

شکل 4-14 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های بجنورد ، بم و بندرانزلی. 49

شکل4-15 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های بندرلنگه، بندرعباس و بوشهر. 50

شکل 4-16  مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های بیرجند ، تبریز و تربت حیدره. 51

شکل 4-17  مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های تهران، چابهار و خرم آباد. 52

شکل 4-18  مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های خوی ، رامسر و زابل. 53

شکل 4-19 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های زاهدان ، زنجان و سبزوار. 54

شکل 4-20  مدل جابه جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های سقز ، سمنان و سنندج. 55

شکل 4-21 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های شاهرود ، شهرکرد و شیراز. 56

شکل 4-22 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های طبس ، فسا و قزوین. 57

شکل 4-23 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های کاشان ، کرمان و کرمانشاه. 58

شکل 4-24 مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های گرگان ، مشهد  و نوشهر. 59

شکل 4-25  مدل جابه­جایی احتمال با مقدار متناظر شاخص SPI جهت برآورد شاخص شدت خشکسالی در ایستگاه­های همدان  و یزد. 60

شکل 4-26 نمودار فراوانی وقوع خشکسالی­ها در بازههای مختلف زمانی در ایستگاه­های مورد مطالعه. 64

شکل 4-27  نمودار مقایسه احتمال وقوع مشاهده شده با استفاده از شاخص RDI و منحنی احتمال نرمال. 68

شکل 4-28  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های اراک، اردبیل ، ارومیه ، اصفهان و اهواز. 70

شکل 4-29  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های ایرانشهر، آبادان ، آباده ، بابلسر و بجنورد. 71

شکل 4-30  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های بم، بندرانزلی ، بندرلنگه ، بندرعباس و بوشهر. 72

شکل 4-31  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های بیرجند، تبریز ، تربت حیدریه ، تهران و چابهار. 73

شکل 4-32  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های خرم آباد، خوی ، رامسر ، زابل و زاهدان. 74

شکل 4-33  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های زنجان، سبزوار ، سقز ، سمنان و سنندج. 75

شکل 4-34  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های شاهرود، شهرکرد ، شیراز ، طبس و فسا. 76

شکل 4-35  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های قزوین، کاشان ، کرمان ، کرمانشاه و گرگان. 77

شکل 4-36  نمودار توالی خشکسالی  و ترسالی با استفاده از شاخصهای SPI و RDI در ایستگاه های مشهد، نوشهر ، همدان و یزد. 78

شکل 4-37 نمودار رابطه رگرسیون بین شاخص SPI و RDI در ایستگاه های اراک ، اردبیل ، اصفهان ، ارومیه ، ایرانشهر ، اهواز ، آبادان و آباده. 80

شکل 4-38 نمودار رابطه رگرسیون بین شاخص SPI و RDI در ایستگاه های بجنورد ، بابلسر ، بندرانزلی ، بم ، بندر عباس ، بندر لنگه ، بیرجند و  بوشهر. 81

شکل 4-39 نمودار رابطه رگرسیون بین شاخص SPI و RDI در ایستگاه های تبریز ، تربت حیدریه ، تهران ، چابهار ، خرم آباد ، خوی ، رامسر و  زابل. 82

شکل 4-40 نمودار رابطه رگرسیون بین شاخص SPI و RDI در ایستگاه های زاهدان ، زنجان ، سبزوار ، سقز ، سمنان ، سنندج ، شاهرود و  شهرکرد. 83

شکل 4-41 نمودار رابطه رگرسیون بین شاخص SPI و RDI در ایستگاه های شیراز ، طبس ، فسا ، قزوین ، کاشان ، کرمان ، کرمانشاه  و  گرگان. 84

شکل 4-42 نمودار رابطه رگرسیون بین شاخص SPI و RDI در ایستگاه های مشهد ، نوشهر ، همدان و  یزد. 85

شکل شماره 5-1 نمودار خوشه بندی ایستگاههای مورد مطالعه براساس شاخص SPI 89

شکل 5-2 نقشه گروهبندی ایستگاهها بر اساس شاخص SPI 90

شکل 5-3 نمودارهای مقایسه احتمال وقوع با نمودار احتمال نرمال مطابق گروه بندی براساس شاخص SPI 91

شکل 5-4 نمودار خوشه بندی ایستگاههای مورد مطالعه براساس شاخص RDI 92

شکل 5-5 گروه بندی ایستگاهها براساس شاخص RDI 93

شکل 5-6 نقشه پهنه بندی خشکسالی بر اساس شاخص SPI در ماههای آپریل و مه سال 1998  95

شکل 5-7  نقشه پهنه بندی خشکسالی بر اساس شاخص SPI در ماههای ژوئن، ژوئیه، اوت و سپتامبر سال 1998. 96

شکل 5-8  نقشه پهنه بندی خشکسالی بر اساس شاخص SPI در ماههای اکتبر، نوامبر و دسامبر سال 1998. 97

شکل 5-9 منحنی تابع برازش دادههای واقعی و پیشبینی شده و احتمال وقوع شدت – محدوده درگیر برای دوره برگشتهای مختلف در خشکسالیهای فرین (شدیدتر از 2-). 99

شکل 5-10 منحنی تابع برازش دادههای واقعی و پیشبینی شده و احتمال وقوع شدت – محدوده درگیر برای دوره برگشتهای مختلف در خشکسالیهای شدید (5/1- تا 2-). 99

شکل 5-11 منحنی تابع برازش دادههای واقعی و پیشبینی شده و احتمال وقوع شدت – محدوده درگیر برای دوره برگشتهای مختلف در خشکسالیهای متوسط (1- تا 5/1-). 99

شکل 5-12 منحنی تابع برازش دادههای واقعی و پیشبینی شده و احتمال وقوع شدت – محدوده درگیر برای دوره برگشتهای مختلف در خشکسالیهای ملایم (0 تا 1-). 100

شکل 5-13 منحنی تابع برازش دادههای واقعی و پیشبینی شده و احتمال وقوع شدت – محدوده درگیر برای دوره برگشتهای مختلف در ترسالی ملایم (1 تا 0). 101

شکل 5-14 منحنی تابع برازش دادههای واقعی و پیشبینی شده و احتمال وقوع شدت – محدوده درگیر برای دوره برگشتهای مختلف در ترسالی متوسط (5/1 تا 1). 101

شکل 5-15 منحنی تابع برازش دادههای واقعی و پیشبینی شده و احتمال وقوع شدت – محدوده درگیر برای دوره برگشتهای مختلف در ترسالی شدید (2 تا 5/1). 102

شکل 5-16 منحنی تابع برازش دادههای واقعی و پیشبینی شده و احتمال وقوع شدت – محدوده درگیر برای دوره برگشتهای مختلف در ترسالی فرین (بیش از 2). 102