پایش و پهنه بندی خصوصیات خشکسالی هواشناسی با استفاده از مدل زنجیرۀ مارکوف و روش های زمین آمار (مطالعۀ موردی: استان قزوین)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری،‌‌‌ دانشکده منابع‌طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران.

2 دانشیار، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه‌ تهران، کرج، ایران.

3 استاد، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

4 استادیار، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، ایران.

چکیده

خشکسالی هواشناسی هنگامی روی می‌دهد که بارندگی در هر بازه زمانی کمتر از بازه بلند مدت آن رخ دهد. اغلب شاخص­های بررسی خشکسالی زمانی که خشکسالی به وقوع می­پیوندد، مورد استفاده قرار می­گیرند. این در حالیست که برای مدیریت خشکسالی در ابتدا نیاز به شناخت و تعیین ویژگی‌های خشکسالی از نظر احتمال وقوع، شدت و گسترش آن می‌باشد. در این تحقیق از شاخص بارش استاندارد (SPI) به عنوان شاخص منتخب جهت پایش خشکسالی در ایستگاه‌های بارانسنجی واقع در داخل استان قزوین با طول دوره آماری مشترک 37 ساله (1971-2008) در مقیاس‌های زمانی 1، 3، 6، 9، 12، 24 و 48 ماهه استفاده گردید. سپس با استفاده از مدل زنجیره مارکوف و چهار روش میان‌یابی، اقدام به بررسی و پایش ویژگی‌های مختلف خشکسالی گردید. نتایج نشان داد با افزایش مقیاس زمانی، مقادیر مثبت و منفی از نظر فراوانی کاهش و از نظر تداوم افزایش یافته است. با توجه به نتایج ماتریس احتمال انتقال، حالت تقریباً نرمال غالب بوده و کمترین دوره بازگشت مربوط به حالت تقریباً نرمال و پس از آن، حالات مرطوب ملایم و خشک ملایم می باشد. همچنین مدل گوسی در مقیاس‌های زمانی 1، 6، 9، 12و 24 ماهه و مدل نمایی در مقیاس‌های زمانی 3 و 48 ماهه، مناسبترین مدل‌ها جهت برازش واریوگرام انتخاب گردید. در نهایت، بهترین روش‌ میان‌یابی در هر مقیاس جهت تهیه نقشه‌های وسعت خشکسالی در سال آبی 1386-1387بدست آمد که نتایج نشان داد با افزایش مقیاس زمانی ، وسعت خشکسالی و همچنین وضعیت خشکسالی‌ها از شرق به غرب استان کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها


[1] Akhtari, R., Mahdian, M.H., Morid. S., (2007). Assessment of spatial analysis of SPI and EDI drought indices in Tehran province J. Iran- Water Resources Research, 2, 27-38.

[2] Asadi Nalivan, O., Haydari, F., Sour, A., Shahbazi, A., Kavandi, R., Gheiasi, S., (2013). Investigation of groundwater contamination trend in Silveh basin in terms of drinking applications, International Journal of Agronomy and Plant Production, 4(8), 1826-1834.

[3] Asghar, A. (2009). Drought indexes. Journal of Agriculture and Natural Resources Research Khorasan, 1.

[4] Azarakhshi, M., Farokhzadeh, B., Mahdavi, M., Arzani, H., and Ahmadi, H. (2012). Assessment of the Standard Index of Annual Precipitation, Standardized Precipitation Index and Palmer Drought Severity Index in the Rangelands of Qom Province. Journal of Range and Watershed Management, 2, 159-174.

[5] Bodaghjamali, J., Javanmard, S., and Shirmohammadi, R. (2003). Monitoring and droughts zoning Khorasan Province using Standarized Precipitation Index. Geographical Research. 67,11390-1406.

[6] Banejad, H., Zare Abyaneh, H., Nazarifar, M. H., Sabziparvar, A., (2006). Application of standard precipitation index (SPI) with Geostatistic Method for analyzing meteorological drought in Hamedan province. J. Agricultural Reserch Water, Soil & Plant in Agricultural, 6, 61-72.

[7] Bashirzadeh, M., Araghinejad, SH. (2010). Forecasting severity, duration and frequency of droughts using Markov chain and run theories (Case study: Lorestan Province). Journal of Shahrekord University,4(6),91-94.

[8] Bazrafshan, O., Mohseni-Saravi, M., Malekian, A., and Moeini, A. (2011). A study of drought characteristics of Golestan Province using the Standardized Precipitation Index (SPI), Iranian journal of Range and Desert Reseach, 18, 396-407.

[9] Dehbozorgi, M. (2012). Evaluation of efficiency of different drought indices for drought severity mapping and forecasting with Artificial Neural Networks in different climatic conditions of Iran, M.sc. Thesis, University of Tehran.

[10] Eivazi1, M., Mosaedi, A. (2011). Monitoring and spatial analysis of meteorological drought in Golestan province using geostatistical methods. Journal of Range and Watershed Management, Iranian Journal of Natural Resources, 64(1),65-78.

[11] Ensafi Moghadam, T., Rafiei Emam, A. (2009). Climatic droughts zoning using Inverse Distance Weighted method, Iranian journal of Range and Desert Reseach, 16 (2), 274-292.

[12] Ensafi Moghaddam, T. (2007). An investigation and assessment of climatological indices and determination of suitable index for climatological droughts in the Salt Lake Basin of Iran. Iranian journal of Range and Desert Reseach,14(2), 271-288.

[13] Farajzadeh, M. (1995). A study of statistic droughts in Iran. PhD Thesis, Tarbiat Modaress University Press.

[14] Ghahroudi Tali, M., (2002). Asseessing interpolation by kriging method. Physical Geography Research Quartery,43,95-108.

[15] Hao, Z., AghaKouchak, A. (2013). Multivariate Standardized Drought Index: A parametric multi-index model, Advances in Water Resources, 12-18.

[16] Hilaire, A. S., T. B. Ouarda, M. Lachance, B. Bob, J. Gaudet, and C. Gignac. (2003). Assessment of the impact of meteorological network density on the estimation of basin precipitation and runoff: a case study. Hydrol,17,3561-3580.

 [17] Johnston, K., Ver Hoef, J. M., Krivoruchko, K., Lucas, N., (2001). Using arcGIS geostatistical analyst. ESRI, Redlands, CA.

[18] Koolaeian, A., Zia Tabar Ahmadi, M. Kh., Hashemian, M. (2012). A study of two drought indices (SPI, RDI) in Ghaemshahr. 1th Conference on water crisis and consequences, Azad University, Ferdows Unit.

[19] Mahdavi, M. (2010). Applied Hydrology. Vol 2, University of Tehran Press.

[20] McKee B.P., Doeske N.J., Kliest J. (1993). The Relationship of drought frequency and duration to time scales, 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim, California.

[21] Moradi, H.R., Rajabi, M.F., Aragzadeh, M. (2011). Investigation of meteorological drought characteristics in Fars province, Iran, Catena, 35-46.

[22] Moradi, Saeed. (2013). Drought monitoring based on precipitation in the Qazvin province, M.sc. Thesis, University of Zanjan.

[23] Nalbantis I., Tsakiris, G. (2009). Assessment of hydrological drought revisited. Water Resource Management 23, 881- 897.

 [24] Naserzadeh, M.M., Ahmadi, E. (2013). Assessment the performance of meteorological drought Indices in drought monitoring and zoning in Qazvin province. Journal of Applied Researches in Geographical Sciences, 12(2), 141-161.

 [25] Paulo. A.A., Ferreira. E., Coelho. C., Pereira L.S. (2006). Drought class transition analysis through Markov and Loglinear models, An approach to early warning. Agricultural Water Management ,77 ,59-81.

 [26] Raziei, T., Daneshkar Arasteh, P., Akhtari, R., Saghafia, B. (2007). Investigation of meteorological droughts in the Sistan and Balouchestan Province, Using the Standardized Precipitation Index and Markov Chain Model. Iran-Water Resources Research, 3(1),25-35.

 [27] Rezaei, B., Beliani, M., Zeinali, B. (2011). An estimation of droughts and wets using of precipitation indices in Parishan lake watershed basin. Journal of Talab, 2(7), 19-29.

 [28] Saghafian, B., ramzkhah, H., ghermez cheshme, B. (2012). Spatial mapping of the mean annual precipitation using geostatistics techniques (Case study: Fars province), Journal of Water Engineering,4(9),29-38.

 [29] Shamshad, A., Bawadi, M.A., Wan Hussin،W.M.A.، Majid، T.A.  and Sanusi، S.A.M., (2005). First and second order Markov chain models for synthetic generation of wind speed time series. Energy. 30(5), 693-708.

 [30] Shi, J., Wang, H., Xu, J., Wu, J., Liu, X., Zhu, H. and Yu, C. (2007). Spatial distribution of heavy metals in soils: a case study of changxing, china, Environ Geol. 52, 1-10.

 [31] Shokri Koochak, S., Behnia, A., (2013). Monitoring and prediction of Khuzestan province, Iran drought using SPI drought Index and Markov Chain. Journal of Irrigation Science and Engineering,36(3).

 [32] Silva, V. P. R., (2003). On climate variability in Northeast Brazul. Journal of Arid Environment, 54(2),256-367.

 [33] Tabari, H., Abghari, H., Talaee, P.H. (2012). Temporal trends and spatial characteristics of drought and rainfall in arid and semiarid regions of Iran, Hydrological Processed. 26(22), 3351-3361.

 [34] Wilks, D.S. (1995). Statisticl methods in the atmospheric sciences an introduction. ITHACA, NEW YORK.

 [35] Yoo.c. (2006). Long term analysis of wet and dry years in Seoul, Korea. Journal of Hydrology ,318, 24-36.

 [36] Zarepour javinani, H. (2011). Comparison and monitoring climatological indices of drought and determination of the most appropriate index for zoning in Isfahan province. M.Sc. Thesis, University of Kashan.