روش تحقیق بررسی دوره برگشت خشکسالی بهاره استان اصفهان با شاخص SPI

چکیده

در این تحقیق دوره برگشت خشکسالی استان اصفهان از سال 1970 تا 2005 میلادی با استفاده از شاخصSPI در بازه­های زمانی 3 ماهه مارس، آوریل و می مورد ارزیابی قرار گرفت. طبق نتایج این پژوهش کوتاهترین دوره برگشت خشکسالی های با شدت های متوسط، شدید و خیلی شدید مربوط به مناطق شرق استان)منطقه جندق) و طویل ترین دوره بازگشت خشکسالی های متوسط و شدید در منطقه نائین و خشکسالی خیلی شدید در خوانسار با 60 سال قابل انتظار است.

مقدمه

خشکسالی حالتی نرمال و مستمر از اقلیم است . گرچه بسیاری به اشتباه آن را واقعه ای تصادفی و نادر می پندارند . این پدیده تقریباً در تمامی مناطق اقلیمی رخ می دهد. (‏7).  استان اصفهان با مساحتی بالغ بر 10643000 هکتار و بارش متوسط 150 میلی­متر و حاکمیت اقلیم خشک و نیمه خشک در بیش از 80 درصد مساحت آن، شرایط بروز خشکسالی را در بیشتر سال­ها دارد. نگاهی بر پیشینه استان گواه این مدعاست، در خشکسالی 1288 حدود یک سوم جمعیت اصفهان بر اثر مرگ و میر و یا مهاجرت از دست رفت. همچنین این استان خشک شدن زاینده رود را بارها تجربه کرد است که آخرین خشک شدن زاینده رود به سال80- 1378 باز می گردد. به همین دلیل بررسی ویژگی­ها، نقش و تاثیر خشکسالی دراین پهنه از ایران زمین علی رغم مطالعات و تحقیقات پراکنده موجود، امری ضروری است

تحقیقات مختلفی در داخل و خارج از کشور پیرامون پدیده خشکسالی صورت گرفته است. در ایران. لشنی زند و تلوری (1383) به بررسی شدت، تداوم و فراوانی خشکسالی‌های اقلیمی کشور در شش حوزه غرب و شمال غرب کشور با استفاده از SPI پرداختند و مشخص نمودند که وقوع خشکسالی با تداوم­های 1 تا 3 ماهه، حتی در ایستگاه­های واقع در مناطق نیمه مرطوب پدیده‌ای معمول می­باشد. رضیئی و همکاران(1386) شدت و تداوم دوره­های خشک استان سیستان و بلوچستان را با استفاده از شاخص SPI در مقیاس زمانی 3 و 6 ماهه بررسی کردند. نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش تداوم از تعداد رخدادهای خشکسالی کاسته شده و فراوان­ترین وقایع خشکسالی در تداوم­های یک تا سه ماهه روی می­دهد. [‏4]. یزدانی وهمکاران(1384) خشکسالی های هواشناسی را در استان اصفهان با استفاده از سری های بارندگی و سطوح آستانه مختلف مورد بررسی قرار داده اند. نتایج آنان نشان داده است نیمی از بارش ها در آستانه 30 درصد و 28 درصد بارش ها در آستانه 80 درصد بوده است [‏7]. سعادتی و سلطانی(1385) خشکسالی در استان اصفهان را مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفتند، از نظر فراوانی خشکسالی ها، بخش های غرب، جنوب غرب و شرق استان دارای پتانسیل حساسیت بالاتری نسبت به خشکسالی در مقیاس 12 ماهه در مقایسه با دیگر نقاط استان می باشند [‏5].

 اسلامیان و همکاران(1385) گروه بندی مکانی خشکسالی را با استفاده از شاخص بارش استاندارد در استان اصفهان مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفتند، تغییرات شدت و مدت خشکسالی ها براساس تغییرات طول و عرض جغرافیایی استان اصفهان است [‏2].

خداقلی و همکاران خشکسالی سال 2008 را با استفاده از شاخص بارش استاندارد در استان اصفهان بررسی کردند. طبق نتایج این پژوهش سال 2008 اکثر نقاط استان اصفهان با خشکسالی شدید مواجه بوده­اند.  شدت خشکسالی در مناطق مرتفع و نسبتا پر بارش غرب و جنوب استان بیش از مناطق کم باران شرق استان است. (‏4).

 در خارج از کشور مک کی و همکاران (1995) عملاً از سال 1994 شاخص بارش استاندارد را برای پایش خشکسالی در سراسر کلرادو بکار بردند [‎8]. میشرا و دسای (2005) مدل­هایی برای پیش­بینی خشکسالی دشت رودخانه کانساباتی هندوستان ارائه نمودند که در آنها از سری­های زمانی شاخص SPI استفاده کرده و نشان دادند که این شاخص با توجه به مزیت­های فراوان می­تواند در مقیاس­های زمانی مختلف برای تشخیص شدت خشکسالی در آینده استفاده شود [‎12]. گیدینگز و همکاران (2005) در مکزیک با استفاده از روش­های آنالیز تصاویر استاندارد، یک سیستم زون­بندی SPI را ارائه دادند. آنها یک سری شبکه­های عددی از مقادیر SPI در 3 سری زمانی با استفاده از برنامهsurfer  و آنالیزهای کریجینگ تهیه کرده و به این نتیجه رسیدند که SPI به عنوان یک شاخص شدت خشکسالی، نمایش بهتری از ترسالی و خشکسالی­ ها می­دهد و نیز می­تواند در تهیه نقشه احتمال وقوع سیل و خشکسالی استفاده شود [10].

مواد و روش­ها

استان اصفهان با مساحت 105937 کیلومتر مربع، حدود 45/6 درصد از مساحت کل کشور را به خود اختصاص داده است. این استان در مرکز کشور بین 30 درجه و 42 دقیقه تا 34 درجه و 30 دقیقه عرض شمالی و 49 درجه و 40 دقیقه تا 55 درجه و 30 دقیقه طول شرقی قرار دارد. ارتفاع متوسط آن 1564 متر بوده، پست ترین نقطه با ارتفاع 704 متر واقع در نواحی پست شرقی استان و بیشترین ارتفاع در حدود 4350 متر در جنوب آن قرار دارد.

به منظور انجام این تحقیق نخست پایگاه داده های مورد نیاز این تحقیق( بارش ماهانه) ایجاد شد. در این پایگاه آمار 83 ایستگاه سینوپتیک، کلیماتولوژی و باران سنجی داخل استان و ایستگاههای سینوپتیک مجاور استان انتخاب و داده های بارش ماهانه از ژانویه 1970 تا دسامبر 2005 استخراج گردید و پس از اطمینان از صحت و همگنی داده ها کوچکترین واحد پهنه ای را 500*500 متر در نظر گرفته و با انتخاب روش میانیابی کریجینگ داده های نقطه ای به داده های پهنه ای تبدیل شد. با توجه به 36 سال آماری و 12 ماه سال تعداد 432(12*36) نقشه ترسیم و داده های بارش هر یک از سلول ها محاسبه و با توجه به ابعاد سلول ها و مساحت استان در مجموع 4259 نقطه داده مند بدست آمد. ماتریس حاصل که مرکب از 4259 مکان در 432 زمان است بعنوان ورودی داده های این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از نرم افزارSPI  مقادیر شدت خشکسالی در بازه زمانی 3 ماهه مختوم به می محاسبه شد. تغییرات SPI در طول سالهای آماری برای 56 محل تعیین شد. فراوانی وقوع خشکسالی ها در مناطق مختلف استان از طریق استفاده از توزیع های آماری مختلف و برازش آماری با توجه به مقادیر برآوردی و واقعی در هر ایستگاه به کمک نرم افزار Smada صورت گرفت که پس از بررسی نتایج و نمودارهای برازش در توزیع های آماری مختلف، بهترین توزیع آماری شناسایی گردید و بر مبنای آن دوره بازگشت های خشکسالی های خفیف، متوسط، شدید و خیلی شدید محاسبه شد. شایان ذکر است مقدار SPI برای خشکسالی های با شدت مختلف میانه هر طبقه در نظر گرفته شد. بنابراین آستانه خشکسالی های خفیف، متوسط، شدید و خیلی شدید به ترتیب 75/0-، 25/1-، 75/1- و 25/2- تعیین شد. با استفاده از نرم افزار Surfer Ver.8 نقشه دور بازگشت مربوطه ترسیم گردید.

نتایج

برای تعیین شدت خشکسالی از شاخص SPI استفاده شد. ویژگی برجسته این شاخص انعطاف پذیری آن نسبت به مقیاس های زمانی است. بطوریکه شدت خشکسالی برای مقیاس های زمانی مختلف بلندمدت و کوتاه مدت قابل محاسبه است. SPI کوتاه مدت شرایط رطوبت کوتاه مدت و برآورد فصلی بارندگی را مشخص می کند و نسبت به شرایط رطوبت بسیار حساس می باشد. این مقیاس در مقایسه با مقیاس بلندمدت دارای نوسانات زیادتری است. دوره برگشت خشکسالی ها با شدت های مختلف در بازه زمانی 3 ماهه، در شکل 1 نشان داده شده است. همانطورکه انتظار می رود تغییرات این متغیر در سطح استان کم است. کمترین و بیشترین دوره برگشت 8/1 و 3 سال به ترتیب در منطقه اصفهان و منطقه سمیرم محاسبه شده است بطور کلی. بارش های بهاره از نظم خاصی پیروی نمی کنند. مثلاً ورزنه، سمیرم و میمه با ویزگی های اقلیمی و جغرافیایی مختلف از نظر دوره برگشت خشکسالی های خفیف در این بازه زمانی مشابه می باشند. به نظر می رسد بارش های موضعی بهاره که گاهاً از حجم قابل توجهی نیز برخوردارند باعث بهم زدن نظم دوره برگشت ها و نامشخص و مبهم شدن ارتباط خشکسالی های خفیف در مناطق اقلیمی مختلف استان شده است.