تحلیل منطقه‌ای روند و نقطۀ شکست در سری‌های فصلی شاخص خشکسالی SPEI در ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیأت علمی دانشگاه

2 ذانشجوی کارشناسی ارشد منابع آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد هواشناسی کشاورزی و کارمند سازمان هواشناسی گلستان

10.22069/jwsc.2020.16525.3178

چکیده

سابقه و هدف: گرمایش جهانی و تغییر اقلیم یکی از بزرگ‌ترین چالش‌هایی هست که بشر با آن روبه‌رو شده است. تغییر در دما، مقدار و الگوی بارش از تاثیرات مهم تغییر اقلیم هستند که می‌تواند وضعیت منابع آبی و شرایط خشکسالی را تحت تأثیر قرار دهند. به منظور بررسی روند تغییرات در سری داده‌ها از آزمون من-کندال و برای بررسی تغییرات ناگهانی در سری داده‌ها از آزمون پتیت استفاده می‌شود و شاخص خشکسالی SPEI که بر اساس داده‌های بارش و دما محاسبه می‌شود، به گونه‌ای تعریف شده است که اثر بارش و تبخیر-تعرق پتانسیل را باهم درنظر می‌گیرد و این توانایی را دارد تا تغییرات دما را هم بر روی خشکسالی لحاظ کند. لذا هدف از این پژوهش، بررسی روند و نقطه تغییر در سری زمانی شاخص خشکسالی SPEI در مقیاس فصلی در ایران می‌باشد که برای این منظور از آزمون‌های ناپارامتری من-کندال و پتیت استفاده شد.
مواد و روش ها: در گام اول، داده‌های SPEI که براساس داده‌های ماهانه بارش و تبخیر و تعرق ماهانه محاسبه می‌شود از پایگاه داده‌های جهانی SPEI گردآوری شده و بخش‌هایی از داده‌ها که ایران را در بر می‌گیرد و شامل 624 نقطه از شبکه نیم درجه جغرافیایی می‌باشد، از کل داده‌ها جدا و در فرمت نرم‌افزار اکسل ذخیره شد. سپس سری‌های زمانی فصلی داده‌های SPEI، برای فصل‌های مختلف سال، در طول دوره‌ی زمانی 50 ساله، طی سال‌های 1397-1348 تشکیل شد و آزمون‌های ناپارامتری تشخیص روند من‌کندال و آزمون تشخیص نقطه‌ی شکست پتیت بر روی آن‌ها انجام شد و سپس نتایج مورد تحلیل قرار گرفت.
یافته ها: نتایج استفاده از آزمون پتیت در 624 نقاط از گستره‌ی جغرافیایی ایران نشان داد که از سری‌های شاخص خشکسالی SPEI در فصل‌های بهار، تابستان، پاییز و زمستان به ترتیب 11، 31، 8 و 15 درصد از نقاط دارای نقطة تغییر معنی‌دار بوده‌اند و موقعیت مکانی این نقاط، نقطة تغییر‌های کاهشی در نیمه شرقی و شمال‌غربی در بهار، و شمال‌غربی و شمال‌شرقی و بخش میانی و جنوب شرقی در زمستان می‌باشد در حالی که در فصل‌های تابستان و پاییز به ترتیب نقطة تغییر‌های افزایشی و کاهشی در نقاط پراکنده از جنوب‌غربی و جنوب و شمال‌شرقی، و نقطة تغییر‌های افزایشی در بخش میانی ایران و بخش‌هایی از جنوب و شمال کشور را نشان می‌دهد. همچنین نتایج استفاده از آزمون تشخیص روند من‌کندال، حاکی از وجود روند کاهشی معنی‌دار در 28 درصد از نقاط برای فصل بهار، روند معنی‌دار افزایشی و کاهشی به ترتیب در 5 و 25 درصد از نقاط برای فصل تابستان، روند کاهشی معنی‌دار در 18 درصد از نقاط برای فصل پاییز و نیز وجود روندهای معنی‌دار افزایشی و کاهشی به ترتیب در 1 و 15 درصد از نقاط برای فصل زمستان می‌باشد که موقعیت مکانی این نقاط برای چهار فصل مورد بررسی به ترتیب، در نیمه‌ی شرقی و شمال ‌غربی و جنوب کشور، نیمه‌ی شرقی و جنوب غربی و بخش‌هایی پراکنده از جنوب کشور، بخش‌های میانی کشور و نیز نیمه‌ شرقی و شمال‌غربی می‌باشد.
نتیجه گیری: نتایج کاربرد آزمون‌های ناپارامتری من‌کندال و پتیت نشان داد که تغییرات اقلیمی در بخش‌هایی از کشور اتفاق افتاده است که این تغییرات از فصلی به فصل دیگر متفاوت است. بطوری که فصل‌ بهار در نیمة شرقی و شمال غربی، و در فصل زمستان، در شمال غربی و جنوب شرقی کشور شرایط خشک‌تر شده ولی در فصل پاییز در بخش مرکزی شرایط مرطوب‌تری دیده شده است. با توجه به اینکه بیشتر حجم بارش کشور در فصل زمستان و بهار نازل می‌شود، این روند خطر کاهش منابع آبی به ‌همراه خواهد داشت. نتایج همچنین بیانگر آن است که در بیشتر مواقعی که شاخص خشکسالی دارای نقطة تغییر است آزمون من‌کندال نیز روند در سری داده‌ها را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Regional analysis of trend and change point in seasonal series of SPEI drought index in Iran

نویسندگان [English]

  • khalil ghorbani 1
  • Seddigheh Bararkhan Poor 2
  • Esmaeil Valizadeh 3
  • Abdol Jabbar Molaarazi 3
1 Faculty Member
2 M.Sc. student of water engineering Gorgan University of Agriculture and Natural Resources, Gorgan.
3 Graduated Master of Agrometeorology and Employee of Golestan meteorological Organization.
چکیده [English]

Background and objectives: Climate change and global warming are the greatest challenges that humanities have ever faced. Temperature variations, quantity and pattern of precipitation are the important potential impacts of climate change which may affect water resources and drought conditions. Mann-Kendall trend test and Pttitt homogeneous test were respectively used to detect trend variation and abrupt changes in the time series.The SPEI drought index which is based on precipitation and temperature data, is not only designed in a way to consider both precipitation and potential evapotranspiration (PET) but also has the capacity to include the effects of temperature variability on drought assessment. Therefore, the objet of this study is to investigate the trend and the detection of change points in seasonal series of SPEI drought index in Iran, and for this purpose the non-parametric Mann-Kendall and Pettitt statistical tests has been used.
Materials and methods: In the first step, the SPEI data, calculated based on monthly rainfall and evapotranspiration is extracted from those parts of the SPEI world database covering Iran, and are about 624 points of the 0.5° geographic network were separated from the entire data and stored in the Excel format. Then, the 50 years seasonal times series of SPEI data during the period of 1969-2018 were made for different seasons of the year. Finally, the nonparametric Mann-Kendall trend and Pettitt change point detection tests were performed on the data, and the results were analyzed.
Results: The results of using the Pettitt test in 624 points from Iran showed that in between the series of SPEI drought index in the spring, summer, autumn, and winter, 11, 31, 8, and 15 percent of points had significant change point, respectively, and their spatial location are the decreasing change points in the eastern and north-west in spring, northernwest, northern east, middle part and southern east in winter. Meanwhile in summer and autumn seasons the increasing and decreasing change points are in dispersed points from the southwest, and the south and northeast and the increasing change points in the middle parts of Iran, and parts of the south and north of the country, respectively. Also, the results of using Mann-kendall test showed a significant decreasing trend in 28 percent of points for spring, a significant increasing and decreasing trend in 5 and 25 percent of points for the summer season, a significant decreasing trend in 18 percent of points for the autumn, and also the existence of significant increasing and decreasing trends is in 1 and 15 percent of points, respectively in winter. The spatial location of these points for the four studied seasons was in the east, northwest and south of the country, half east, southwest and scattered parts from the south of the country, the central parts of the country, as well as the northeast and northwest, respectively.
Conclusion: Result of using Mann-Kendall and Pettitt statistical tests indicated that climate change has occurred in parts of the country, varies from one season to another in such a way that in east and northwest parts of the country in spring and in north-west and south-east parts of the country in winter, more dry conditions are visible but in autumn, more humid condition were observed in central parts of the country. According to the fact that most of the country's precipitation is in winter and spring, this drying trend will cause a hazard in reducing water resources. The results also indicate that in most of the cases that a change-point exist in the drought index, a trend is also observed in data series based on Mann-Kendall trend test.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pettitt test
  • Mann-Kendall test
  • Climate Change
  • Drought
  • Standardized precipitation-evapotranspiration drought index (SPEI)