Modeling the correlation between drought, number of rainy days and evapotranspiration in Fars province
Subject Areas : natural geographyمریم خسرویان 1 , علیرضا انتظاری 2 , محمد باعقیده 3 , رحمان زندی 4
1 -
2 -
3 -
4 -
Keywords:
Abstract :
Drought is one of the recurring phenomena in all parts of the world with high-rainfall and low-rainfall climates and it is consider as a natural disaster. Iran is also one of the countries which involved in this phenomenon in different places. Its characteristics, such as the severity, duration, and extent of the drought, are vary from place to place and its damages is depending on the country's planning. In this regard, the necessity of knowing the correct weather conditions and climatic characteristics of different regions have become clear to planners through environmental, economic, agricultural and industrial potentials and their optimal use, as well as predicting the occurrence of natural disasters such as floods and droughts. In this study, for evaluating and comparing drought and wetness events, the precipitation data for the period (1987-2017), as well as the evaporation and transpiration data and the number of rainy days during a statistical period of 10 years (2008-2017) were obtained from 9 stations in Fars province. The standardized precipitation index (SPI) was used, and the Arc GIS software, the drought zoning, evaporation and transpiration maps, and the number of rainy days in the province were plotted. In the studied years, Fars province has faced a near-normal state for 24 years in and drought for 5 years and wetness for one year. The drought situation was studied and analyzed in Shiraz city in the continuation. According to the obtained results, the drought in Shiraz city is more severe than the other parts of the province and it will continue in the future. The SPI index has the highest correlation with the parameters of the number of rainy days with a rate of (0.46) and evaporation and transpiration with a rate of (0.26) in 2012 and 2008.
پژوهش و فناوری محیط زیست،1399 5(7)، 1-15
| |||
مدل‌سازی پیوند بین خشکسالی، تعداد روزهای بارانی و تبخیر و تعرق در استان فارس |
مریم خسرویان1، علیرضا انتطاری2، محمد باعقیده2، رحمان زندی*1 |
1- دانشجوی دکتری آب و هواشناسی- تغییرات آب و هوایی، دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، دانشگاه حکیم سبزواری 2- دانشیار گروه آب و هواشناسی و ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، دانشگاه حکیم سبزواری 3- استادیار گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، دانشگاه حکیم سبزواری |
چکیده |
خشکسالی یکی از پدیده‌های تکرارشونده در تمامی نقاط با اقلیم‌های پربارش و کم‌بارش است و بلایی طبیعی به‌شمار میرود. ایران نیز از جمله کشورهایی است که با این پدیده در نقاط مختلف درگیر است. ويژگي‌هاي آن از قبيل شدت، مدت و وسعت خشكسالي از محلي به محل ديگر متفاوت مي‌باشد و خسارت آن به برنامه‌ریزی کشورها بستگی دارند. در اين راستا وجود توان‌های محيطی، اقتصادی، کشاورزی و صنعتی و بهره‌برداری بهينه از آن‌ها و نيز پيش‌بينی وقوع حوادث طبيعی، چون سيل و خشکسالی ضرورت شناخت صحيح شرايط جوی و ويژگي‌های آب و هوايی مناطق مختلف برای برنامه‌ريزان آشکار کرده است. در این تحقیق، به‌منظور بررسی و مقایسه رخدادهای خشکسالی و ترسالی، دادههای بارش مربوط به دورهی (1987-2017)، و همچنین دادههای تبخیر و تعرق و تعداد روزهای بارانی طی یک دوره آماری 10 ساله (2008-2017) و از 9 ایستگاه برای استان فارس اخذ شد. شاخص بارش استاندارد شده (SPI)، مورد استفاده قرار گرفت و نقشه پهنهبندی خشکسالی، تبخیر و تعرق و تعداد روزهای بارانی استان با استفاده از نرمافزار Arc GIS ترسیم شد. در سالهای مورد مطالعه، 24 سال استان فارس در وضعیت نزدیک به نرمال و 5 سال با خشکسالی و یک سال نیز با ترسالی مواجه بوده است. در ادامه وضعیت خشکسالی در شهرستان شیراز بررسی و تحلیل شد. بنابر نتایج به دست آمده خشکسالی در شهرستان شیراز نسبت به سایر نقاط استان شدیدتر بوده و نیز این روند در آینده نیز ادامه خواهد داشت. شاخص SPI بیشترین میزان همبستگی با پارامترهای تعداد روزهای بارانی با میزان (46/0) و تبخیر و تعرق با میزان (26/0) را به ترتیب در سالهای 2012 و 2008 داشت. |
كليد واژه‌ها: مدل‌سازی، خشکسالی، تعداد روزهای بارانی، تبخیر و تعرق، استان فارس |
[1] پست الکترونیکی نویسنده مسئول: R.zandi@hsu.ac.ir
Journal of Environmental Research and Technology, 5(7)2020. 1-15
|
Modeling the correlation between drought, number of rainy days and evapotranspiration in Fars province Maryam Khosravian1, Alireza Entezari2, Mohammad Baaghideh2, Rahman Zandi3*1 1- PhD student in Meteorology- climate changes, Faculty of Geography and Environmental Sciences, Hakim Sabzevari University 2- Associate Professor, Department of Meteorology and Geomorphology, 3- Assistant Professor, Department of Remote Sensing and GIS, Faculty of Geography and Environmental Sciences, Hakim Sabzevari University |
Abstract Drought is one of the recurring phenomena in all parts of the world with high-rainfall and low-rainfall climates and it is consider as a natural disaster. Iran is also one of the countries which involved in this phenomenon in different places. Its characteristics, such as the severity, duration, and extent of the drought, are vary from place to place and its damages is depending on the country's planning. In this regard, the necessity of knowing the correct weather conditions and climatic characteristics of different regions have become clear to planners through environmental, economic, agricultural and industrial potentials and their optimal use, as well as predicting the occurrence of natural disasters such as floods and droughts. In this study, for evaluating and comparing drought and wetness events, the precipitation data for the period (1987-2017), as well as the evaporation and transpiration data and the number of rainy days during a statistical period of 10 years (2008-2017) were obtained from 9 stations in Fars province. The standardized precipitation index (SPI) was used, and the Arc GIS software, the drought zoning, evaporation and transpiration maps, and the number of rainy days in the province were plotted. In the studied years, Fars province has faced a near-normal state for 24 years in and drought for 5 years and wetness for one year. The drought situation was studied and analyzed in Shiraz city in the continuation. According to the obtained results, the drought in Shiraz city is more severe than the other parts of the province and it will continue in the future. The SPI index has the highest correlation with the parameters of the number of rainy days with a rate of (0.46) and evaporation and transpiration with a rate of (0.26) in 2012 and 2008. |
Keywords: Modeling, Drought, Number of rainy days, Evapotranspiration, Fars province |
|
[1] * Corresponding author E-mail address: R.zandi@hsu.ac.ir
مقدمه
خشکسالی یکی از پدیده‌های محیطی است که سالانه موجب وارد آمدن خسارات زیادی به جوامع انسانی میشود (Morid et al,2007). شاخصهای خشکسالی مقادیر متنابهی از اطلاعات اقلیمی هیدرولوژی مانند درجه حرارت، بارندگی، برف، جریان رودخانه‌ها و سایر منابع آبی را به کار می‌گیرند تا تصویر جامعی از وضعیت خشکسالی را به طور منطقه‌ای، در قالب محدوده‌ای از اعداد بیان کند. خشکسالی یکی از مخاطرات طبیعی پرخسارت است که آثار آن به کندی نمایان میشود. کشور ایران به دلیل واقع شدن در محدودهی خشک و نیمه‌خشک جهان و تغییرات اقلیمی گسترده‌ای که در بیشتر نقاط آن دیده میشود، همواره خسارات زیادی ناشی از خشکسالی را متحمل میشود. با وجود این، تاکنون این پدیده به اندازه‌ی سایر بحران‌های طبیعی از قبیل سیل، زلزله، توفان و رانش زمین مورد توجه قرار نگرفته و بررسی نشده است. از آنجا که خشکسالی مانند سایر بلایای طبیعی از قبیل سیل و زلزله آنی نیست و ماهیت خزشی دارد، تعیین زمان شروع و خاتمه‌ی آن مشکل است. از این رو، نیاز به تحقیقات گسترده در این زمینه کاملا ضروری به نظر می‌رسد(Chu et al,1993). خشکسالی اثرات اقتصادی- اجتماعی مختلفی همچون کاهش درآمد خانوار، کاهش منابع درآمد جایگزین، افزایش ساعات و حجم کار، تضاد در زمینه بهره‌گیری از آب، ناامنی غذایی، کمبود غذا و سوءتغذیه، کاهش سلامت و دسترسی نابرابر به خدمات حمایتی مالی، افزایش مهاجرت روستایی، احساس بی‌قدرتی، کاهش کیفیت زندگی و کاهش انسجام اجتماعی را به همراه دارد (رضایی و همکاران،1390؛ صالح و مختاری،1386؛ کشاورز و همکاران، 1389). اثرات خشکسالی را می‌توان نتیجه برهمکنش پدیده طبیعی (کاهش بارش منطقه) و افزایش تقاضای سیستم‌های انسانی برای بهره‌گیری از آب و دیگر منابع طبیعی دانست (Wilhite et al, 2007). طی سالهای گذشته در تمام قاره‌های جهان، خشکسالیهای شدیدی رخ داده است که هر یک منجر به خسارات فراوان اقتصادی و اجتماعی، کشاورزی و حتی بروز تنش‌های سیاسی شده است (Epule et al,2014). با توجه به قرار گرفتن کشور ایران در بین عرض‌های 25 تا 40 درجه شمالی و 44 تا 63 درجه طول شرقی هر منطقه دارای آب و هوای متفاوتی میباشد و به دلیل کمی نزولات جوی قسمت‌های زیادی کشور در قلمرو آب و هوای خشک قرار گرفته است (Farajzade,2006). متوسط بارندگی در ایران 250 میلی‌متر میباشد که این مقدار یک سوم متوسط جهانی است. از طرفی بی‌نظمی بارش‌ها در ایران زیاد است، بطوری‌که بیشتر بارش‌ها در نیمه سرد سال و نه در دوره رشد محصولات ریزش می‌کنند و یا در اکثر مناطق خشک داخلی بخش غالبی از ریزش بارش‌های سالانه در یک روز می‌باشند. این شرایط حاکی از بی‌نظمی بالای بارش‌ها از نظر زمانی و مکانی دارد (علیجانی، 1385). امروزه با توجه به میزان ریزش‌های جوی و توزیع ناهمگون زمانی و مکانی بارش‌ها در ایران، وقوع خشکسالی‌ها و خسارت ناشی از این رخداد و از طرفی افزایش جمعیت، رشد شهرنشینی و منابع غذایی بیشتر، نیاز به آب روز به روز بیشتر شده و مسأله آب به عنوان یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های مدیران و برنامه‌ریزان کشور میباشد. بنابراین مطالعه و شناسایی رفتار این پدیده در ایران یکی از ضروریات محققان و کشور بوده تا بتوان با مدیریت صحیح و اصولی در مناطق مختلف ایران، خسارت‌های ناشی از این پدیده را کاهش داد. یکی از اولین اقدامات در بحث مدیریت ریسک خشکسالی شناخت رفتار فضایی (پراکندگی فضایی) این پدیده میباشد. اعمال مدیریت مناسب جهت کاهش خسارات خشکسالی بستگی به اطلاعات به موقع در مورد آغاز خشکسالی و میزان گسترش مکانی-زمانی آن دارد.
تنوع مطالعات خشکسالی به دلیل پیچیدگی آن بسیار گسترده است. مطالعاتی که در زمینه‌ی خشکسالی انجام می‌شوند، از نظر موضوع بررسی شده در چند گروه متمایز قابل طبقه‌بندی هستند. برخی از پژوهشگران به رابطه‌ی گردش عمومی جوّ با خشکسالی و علت وقوع خشکسالی توجه می‌کنند. گروه دیگری از پژوهشگران به شناخت زمان وقوع خشکسالی‌ها و عوامل تأثیرپذیر از آن می‌پردازند و گروهی دیگر احتمال وقوع خشکسالی و تأثیرات آن و خسارت‌های ناشی از آن تجزیه و تحلیل می‌کنند. پایش خشکسالی به منظور بررسی وضعیت منطقه از نظر شروع خشکسالی و چگونگی توسعه‌ی زمانی و مکانی خشکسالی انجام میشود. مرسوم‌ترین راه به منظور پایش خشکسالی استفاده از شاخصهای خشکسالی است (Chu et al, 1993). از مشهورترین شاخصهای خشکسالی می‌توان به شاخص شدت خشکسالی پالمر (PDSI) (Mishara et al,2007)، و شاخص بارندگی استاندارد1 (SPI) اشاره کرد(Karamouz et al,2009). از آنجا که شاخص SPI در مقیاس‌های زمانی مختلف 1، 3، 6، 9، 12 و 16 ماهه محاسبه میشود، می‌تواند برای پایش خشکسالی در سه مقیاس کوتاه‌مدت، میان‌مدت و بلندمدت استفاده شود. مزیت دیگر SPI اسن است که برای محاسبهی این شاخص تنها اطلاعات بارندگی نیاز است. این مزایا سبب شده است که این شاخص کاربرد گسترده‌ای در مطالعات خشکسالی داشته باشد.
مصطفیزاده و ذبیحی (1395)، با استفاده از نرمافزار R، به مقایسه شاخصهای SPI و SPEI در ارزیابی خشکسالی هواشناسی در استان کرمانشاه پرداختند. نتایج نشان داده که ضریب همبستگی بین 19/0 در ایستگاه سقز و 529/0 در ایستگاه سنندج و معنیدار از نظر آماری (در سطح 99 درصد)، متغیر هستند. با توجه به تأثیر دما در محاسبهی SPEI، تفاوت قابل توجه بین مقادیر شتخص استاندارد مبتنی بر بارش و شاخص تبخیر و تعرق مبتی بر دما، زمینه کارایی و صحت شاخص را فراهم میکند.
معدنچی و همکاران (1398) با استفاده از شاخص SPI و روش کریجینگ به پهنهبندی خشکسالیهای اقلیمی در استان کرمان پرداختند. نتایج نشان داد که قسمتهایی از جنوب غربی و غرب استان در محدودهی شهرستانهای بافق، رابر و سیرجان از نظر احتمال وقوع خشکسالی از حساسیت بیشتری برخوردار هستند و هرچه مقیاس بالاتر میرود قدر مطلق مجموع دورههای خشک بیشتر میشود.
نصرتی (2003) با اتسفاده از شاخص SPI به تحلیل منطقه‌ای خطر خشکسالی‌ها در حوزه آبخیز اترک پرداخت و به این نتیجه رسید که خشکسالی از جنوب‌شرقی حوزه آغاز شده و بتدریج افزایش می‌یابد.
قطره سامانی (2001) به بررسی روند خشکسالی توسط شاخص دهک‌ها و SPI در استان چهارمحال بختیاری پرداخت و به این نتیجه رسید که در استان خشکسالی اتفاق افتاده و شدت خشکسالی از شرق به غرب کاهش می‌یابد.
زالایی (2000) کاربرد نمایه SPI را در مجارستان مورد بررسی و ارزیابی قرار داده و به این نتیجه رسید که این نمایه مناسب‌ترین نمایه برای تعریف و تحلیل کمی از انواع خشکسالیهای هواشناسی، کشاورزی و آب‌شناختی است. با استفاده از نمایه SPI، دورههای خشک و تر در ایتالیا (Tsakiris et al,2004) و آفریقای جنوبی (Natale et al,2003) مورد بررسی و تجریه و تحلیل قرار گرفتند
در سال 2006 سرجیو در پژوهشی به این نتیجه رسید که تفاوت‌های الگوی مکانی خشکسالی، در مقیاس‌های زمانی متفاوت با استفاده از نمایه SPI، توزیع پیرسون تیپ 3 جهت محاسبه نمایه خشکسالی برای تکرارهای بارش در مقیاس‌های زمانی مختلف 1، 3،6، 12، 24 و 36 ماهه کارایی دارد. در مقیاس‌های زمانی بلندمدت 24 یا 36 ماهه ارتباط بین سری‌های SPI مشاهداتی کاهش می‌یابد. در نتیجه نواحی همگنی با بخش‌های دارای خشکسالی مشابه که بتواند برای مدیریت خشکسالی مؤثر با هشدار سریع نقش داشته باشد، وجود نخواهد داشت. لی یان جون و همکاران (2012) با تجزیه و تحلیل ویژگی‌های سیر تکاملی خشکسالی براساس شاخص بارش استاندارد (SPI) در حوزه رودخانه هواین (Huaine) به این نتیجه رسیدند که فراوانی خشکسالی در حوزه رودخانه هواین کاهش یافته و شدت خشکسالی در آغاز قرن 21 افزایش یافته است. با توجه به شرایط خشکسالی که در سالهای اخیر در استان فارس رخ داده و حتی منجر به خشکی پهنه‌های آبی موجود در این محدوده شده، در این پژوهش خشکسالیهای اخیر با انتخاب 9 ایستگاه در سراسر استان و طی 30 سال (1987-2017) و نیز ارتباط آن با تبخیر و تعرق و تعداد روزهای بارانی بررسی شده است. هدف از این پژوهش، شناخت مناطقی در استان فارس هست که خشکسالی در آن‌ها بیشتر اتفاق افتاده و همچنین ارزیابی روزهای بارشی در این استان میباشد.
مواد و روش‌ها
محدوده مورد مطالعه استان فارس با مساحتی در حدود 122608 کیلومترمربع، در فواصل جغرافیایی بین '27 °2 تا '31 °42 عرض شمالی و عرض جغرافیایی '50 °42 تا '55 °36 طول شرقی از نصف النهار مبداء قرار دارد.
شکل1: نقشه منطقه مورد مطالعه
در این مطالعه بارندگی و خشکسالی و ارتباط آن با تبخیر و تعرق و تعداد روزهای بارندگی استان فارس برای سالهای 2008 تا 2017 بررسی شد. براساس این اطلاعات اجزای بارش شامل میانگین، چولگی، انحراف معیار، ضریب همبستگی و محاسبه فرمول خط رگرسیون به منظور تعیین روند و میزان تغییرات بارش سالیانه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. سپس براساس شاخص بارندگي استاندارد شده (SPI) داده های بارندگی و خشکسالی استان فارس و شهرستان شیراز بررسی گردید.
دادههای مورد استفاده در این پژوهش بارش، تبخیر و تعرق و تعداد روزهای بارانی طی دوره مطالعاتی 2008 تا 2017 و در ایستگاههای آباده، اقلید، شیراز، داراب، درودزن، زرقان، فسا، لار و لامرد میباشد.
برای محاسبه شاخص خشکسالی SPI از اطلاعات بارندگی ماهانه ایستگاههای سینوپتیک استفاده میشود که لازم است برای هر ایستگاه به صورت متنی تهیه شود آنگاه دادههای بارش با استفاده از تابع گاما برازش یافته و استاندارد می‌شوند که این عملیات توسط نرم افزار SPI-SL-6 انجام شده است. پس از محاسبه شاخص SPI، بین میزان آن در سالهای مورد مطالعه با تعداد روزهای بارانی و تبخیر و تعرق ثبت شده در همان سال‌ها و ایستگاههای ذکر شده، همبستگی گرفته شد.
شاخص بارش استاندارد (SPI)
اساس شاخص بارندگي استاندارد شده براي محاسبه احتمالات وقوع بارندگي براي تمام مقياس هاي زماني مي باشد، ولي بيشتر در مقياس زماني1، 3، 6، 12، 24 و 48 ماهه استفاده مي شود و يکي از شاخص هاي مهم جهاني براي خشکسالي مي باشد (1).
(1)
که در آن z شاخص استاندارد شده بارش، 
بارندگي درسال موردنظر،
ميانگين بارندگي طولاني مدت و s انحراف معيار بارندگي مي‌باشد.
طبقه‌بندی خشکسالی با استفاده از شاخص SPI در جدول 1 بیان شده است (برهاني وهمکاران،1385).
جدول 1- طبقه بندی شدّت خشکسالی با استفاده از شاخص SPI
وضعیّت | شاخص SPI |
ترسالی بسیار شدید | 2+ و بیشتر |
ترسالی شدید | 99/1 تا 5/1 |
ترسالی متوسط | 49/1 تا 1 |
نزدیک به نرمال | 99/0 تا 99/0- |
خشکسالی متوسط | 1- تا 49/1- |
خشکسالی شدید | 5/1- تا 99/1- |
خشکسالی بسیار شدید | 2- و کمتر |
ارقام مثبت شاخص بارش استاندارد معرف بهتري نسبت به ميانگين بارش مي‌باشد در حالي كه مقادير منفي اين شاخص معرف پايين تري نسبت به ميانگين بارش مي‌باشند .چون شاخص بارش استاندارد شده رقومي شده است يعني به صورت عدد درآمده است. بنابراين، ميتواند به روش يكساني معرف اقليم‌هاي خشك و مرطوب باشد همچنين مي توان دوره‌هاي مرطوب را نيز از طريق اين شاخص نشان داد.
جهت محاسبهی تخبیر تعرق از دادههای تبخیر و تعرق مربوط به ایستگاههای نامبرده در بازهی زمانی (1987-2017) استفاده و سپس در محیط Arc GIS با استفاده از ابزار IDW پهنهبندی شد.
نتایج و بحث
به طور كلي متوسط بارش استان فارس طي دوره آماري 2017-2008 به ميزان 65/264 ميلي‌متر به دست آمد كه بررسي‌ها نشان مي‌دهد بيشترين بارش استان مربوط به شهرستان درودزن با 2/485 و بعد از آن شیراز با 3/329 ميلي‌متر و كمترين بارندگي استان نيز به ترتيب مربوط به شهرستان نیریز با 7/183 و آباده با 4/111 ميلي‌متر بود (شکل1).
شكل2- متوسط بارندگي استان فارس طي دوره آماري 2017-2008
با توجه به نتایج به دست آمده از شاخص SPI، در دورهی مطالعاتی (1987-2017)، سال شروع دوره یعنی سال 1987 و 1990 خشکسالی متوسط را سپری کردهاند (جدول2). پس از آن، استان فارس تا سال 2003 در وضعیت نزدیک به نرمال بوده تا اینکه در سال 2004 ترسالی را تجربه کرده است. به دلیل تعدد نقشهها، فقط نقشههای مربوط به سالهای (2008-2017) در طی نتایج ارائه گردید. در سال 2008، غالب مناطق استان شرایط نرمال را سپری کرده است. شهرستان شیراز و مناطقی از شهرستانهای کوار، فیروزآباد، خرامه، مرودشت و ارسنجان با خشکسالی مواجه بوده و مناطق شمال‌غربی شهرستانهای رستم و نورآبادممسنی و همچنین قسمت محدودی از مناطق جنوب غربی استان شامل بخش‌هایی از خنج، مهر و فراشبند شرایط مساعدتری را پشت سر گذاشته است (شکل3-الف). در سال 2009 مجددا غالب استان شرایط نرمال را سپری کرده و خشکسالی نیز با ضریب بالا در همان محدودهی قبلی، منتهی به سمت غرب استان کشیده شده است (شکل3-ب). غالب استان در سال 2010 همچنان در شرایط نرمال به سر می‌برد. خشکسالی افزایش پیدا کرده، به‌طوریکه شیراز خشکسالی بسیار شدید را نشان می‌دهد. همچنین محدودهی خشکسالی وسیع‌تر و علاوه بر محدودهی قبلی شهرستانهای فسا و بخش‌هایی از استهبان، سروستان و جهرم را نیز دربر گرفته است. ضمن اینکه در این سال میزان بارندگی افزایش پیدا کرده و شاهد ترسالی در شهرستانهای رستم، نورآباد ممسنی، و بخش‌هایی از مهر، خنج و فراشبند هستیم (شکل5). در غالب نقاط استان در سال 2011 شرایط نرمال را سپری کرده است. ضمن اینکه شهرستانهای شیراز، کازرون، کوار، سروستان، فیروزآباد و فراشبند خشکسالی را نشان می‌دهند. سال 2011 حادترین خشکسالی در سطح استان رخ داده، که البته به بخش غربی استان محدود میشود (شکل6). در سال 2012 کمترین و محدودترین خشکسالی را مشاهده می‌کنیم که شامل مناطق شیراز، فیروزآباد، کوار و کازرون و همچنین به میزان کم در شهرستانهای لارستان، گراش و لامرد میباشد. از نظر ترسالی در سال 2012 استان فارس شرایط مطلوبی را سپری کرده، بطوری‌که در سالهای مورد مطالعه جزء سالهای پربارش محسوب میشود. شهرستانهای اقلید، مرودشت و بخش شرقی شیراز را شرایط مساعدی را از نظر بارش پشت سر گذاشته‌اند اما وضعیت کلی استان همچنان خشکسالی میباشد (شکل3-ج). غالب نقاط استان در سال 2013، شرایط نرمال را سپری کرده است. میزان بارندگی به مراتب کاهش پیدا کرده و به صورت متمرکز به شهرستان آباده محدود شده است (شکل3-چ). سال 2014، از لحاظ خشکسالی شرایط حادی را سپری کرده است(شکل3-ح). نواحی جنوب‌غربی استان شامل بخش‌هایی از شهرستانهای خنج، مهر و فراشبند و همچنین به صورت محدود بخش‌هایی از آباده و نورآباد ممسنی شرایط مساعدتری را نسبت به سایر نقاط استان دارند. استان فارس در سال 2015، وارد شرایط به نسبت نرمال‌تری شده است. مناطقی از شهرستانهای شیراز، سپیدان، کازرون، فیروزآباد، ارسنجان، مرودشت و نورآباد ممسنی با شرایط خشکسالی مواجه بوده است (شکل3-خ). اکثر نواحی استان در سال 2016، کماکان در شرایط نرمال بوده است. در این سال خشکسالی به شدت افزایش یافته است و تنها در شهرستانهای لارستان، خنج، فراشبند و مهر به ترسالی نزدیک میباشد (شکل3-د). در سال 2017 کماکان شهرستانهای شیراز، بخش‌هایی از شهرستانهای کازرون، کوار، فیروزآباد، خرامه و سروستان خشکسالی را پشت سر گذاشته‌اند. محدوده خشکسالی گسترده‌تر شده و تا شهرستانهای آباده، اقلید، مرودشت و خرمبید کشیده شده است. همچنین قسمت جنوب‌غربی استان شمال شهرستانهای داراب، بخش‌هایی از زرین‌دشت، نیریز و فسا ترسالی شدید را داشته‌اند.
بطور کلی در سالهای مورد مطالعه، تمامی نقاط استان با شرایط نرمال و رو به خشکسالی مواجه بوده است. خشکسالی بیشتر در قسمت غربی استان به محوریت شهرستانهای شیراز، کازرون، کوار، فیروزآباد و سروستان میباشد. در طی 30 سال مورد بررسی، فقط سالهای 2010، 2012 و 2017 ترسالی را پشت سر گذاشته است. در کل شهرستانهای مهر، فراشبند، لامرد، آباده، رستم، نورآباد ممسنی،آباده و اقلید از شرایط مساعدتری نسبت به سایر شهرستانهای استان برخوردار بوده‌اند.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
شکل3: نقشههای شاخص SPI، برای سالهای 2008 تا 2017
استان فارس SPIجدول 2: مقادیر عددی و وضعیت شاخص
سال | شاخص SPI | وضعیت |
1987 | 19/1- | خشکسالی متوسط |
1988 | 30/0 | نزدیک به نرمال |
1989 | 81/0- | نزدیک به نرمال |
1990 | 18/1- | خشکسالی متوسط |
1991 | 50/0 | نزدیک به نرمال |
1992 | 55/0 | نزدیک به نرمال |
1993 | 08/0 | نزدیک به نرمال |
1994 | 07/0- | نزدیک به نرمال |
1995 | 88/0 | نزدیک به نرمال |
1996 | 38/0 | نزدیک به نرمال |
1997 | 06/0- | نزدیک به نرمال |
1998 | 41/0- | نزدیک به نرمال |
1999 | 27/0- | نزدیک به نرمال |
2000 | 60/0- | نزدیک به نرمال |
2001 | 82/0- | نزدیک به نرمال |
2002 | 45/0- | نزدیک به نرمال |
2003 | 03/0- | نزدیک به نرمال |
2004 | 55/1 | ترسالی شدید |
2005 | 58/0- | نزدیک به نرمال |
2006 | 21/0- | نزدیک به نرمال |
2007 | 59/0 | نزدیک به نرمال |
2008 | 57/1- | خشکسالی شدید |
2009 | 11/0- | نزدیک به نرمال |
2010 | 62/1- | خشکسالی شدید |
2011 | 11/0- | نزدیک به نرمال |
2012 | 11/0- | نزدیک به نرمال |
2013 | 63/0- | نزدیک به نرمال |
2014 | 94/0- | نزدیک به نرمال |
2015 | 23/0- | نزدیک به نرمال |
2016 | 51/1- | خشکسالی شدید |
2017 | 19/0 | نزدیک به نرمال |
استان فارسSPIجدول 3: فراوانی و درصد شاخص
وضعیت | فراوانی | درصد |
خشکسالی متوسط | 2 | 7 |
ترسالی شدید | 1 | 3 |
خشکسالی شدید | 3 | 10 |
نزدیک به نرمال | 24 | 80 |
با توجه به شاخص SPI می‌توان دریافت که در سالهای مطالعاتی استان فارس بیشتر در وضعیت نزدیک به نرمال به سر برده، که 80% وضعیت شاخص SPI را به خود اختصاص داده که در سالهای 1988 و 1989، سالهای 1991 تا 2003، سالهای 2006 و 2007 و سالهای 2009، 2011، 2012، 2013، 2014، 2015 و 2017 روی داده است (جدول 2).
تحلیل خشکسالیهای استان فارس نشان می‌دهد که در دوره مورد مطالعه فقط در سال 2004 ترسالی رخ داده است. در سالهای 2010، 2012 و 2017 به صورت متمرکز ترسالی منطقه‌ای داشته‌ایم (اشکال 3-پ، 3-ج و 3-ذ). به عنوان مثال شهرستان اقلید و بخش مرکزی استان در سال 2012، شهرستان داراب در سال 2017 و همچنین شهرستان رستم و بخشی از شهرستانهای نورآباد ممسنی، خنج، مهر و فراشبند در سال 2010.
در سالهای 2008 ،2010 و 2016 نیز شاهد خشکسالی شدید با فراوانی 30 درصد بوده‌ایم.
در ادامه این پژوهش به صورت موردی به مطالعهی وضعیت خشکسالی شهرستان شیراز پرداخته شد. همانگونه که از جدول4، استنتاج میشود وضعیت خشکسالی در این شهرستان بسیار مشابه با وضیعت خشکسالی کل استان میباشد با این تفاوت که خشکسالی شیراز شدیدتر از میانگین استان است. با توجه به اشکال 3-الف تا 3-ذ، شدت خشکسالی در شهرستان شیراز نسبت به سایر نقاط شدید و بارزتر میباشد. در سالهای 2008، 2010 و 2016، وضعیت شیراز از نظر خشکسالی بسیار حاد بوده است.
شهرستان شیرازSPIجدول 4: فراوانی و درصد شاخص
سال | شاخص SPI | وضعیت |
|---|---|---|
1987 | 54/0 | نزدیک به نرمال |
1988 | 79/0- | نزدیک به نرمال |
1989 | 51/0 | نزدیک به نرمال |
1990 | 46/0 | نزدیک به نرمال |
1991 | 40/- | نزدیک به نرمال |
1992 | 32/2 | ترسالی بسیار شدید |
1993 | 44/1- | خشکسالی متوسط |
1994 | 17/1 | ترسالی شدید |
1995 | 29/2 | ترسالی بسیار شدید |
1996 | 02/1- | ترسالی متوسط |
1997 | 59/1 | ترسالی شدید |
1998 | 44/0 | نزدیک به نرمال |
1999 | 08/1- | خشکسالی متوسط |
2000 | 73/0- | نزدیک به نرمال |
2001 | 05/0- | نزدیک به نرمال |
2003 | 93/0- | نزدیک به نرمال |
2002 | 85/0- | نزدیک به نرمال |
2004 | 67/0 | نزدیک به نرمال |
2005 | 94/1 | ترسالی شدید |
2006 | 44/0- | نزدیک به نرمال |
2007 | 11/0 | نزدیک به نرمال |
2008 | 55/1- | خشکسالی شدید |
2009 | 45/0- | نزدیک به نرمال |
2010 | 77/1- | خشکسالی شدید |
2011 | 32/0- | نزدیک به نرمال |
2012 | 73/0 | نزدیک به نرمال |
2013 | 17/0- | نزدیک به نرمال |
2014 | 58/0- | نزدیک به نرمال |
2015 | 14/0- | نزدیک به نرمال |
2016 | 72/1- | خشکسالی شدید |
2017 | 31/0 | نزدیک به نرمال |
با توجه به اینکه شدت خشکسالی در 30 سال گذشته در شیراز نسبت به سایر نقاط استان بیشتر بود، شاخص SPI برای 66 سال گذشته در این شهرستان محاسبه شد. همانگونه که در شکل 4 مشاهده میشود، در این دوره مطالعاتی (1951-2017)، هیچگونه ترسالی در شهرستان شیراز مشاهده نشده و شاخص خشکسالی به شدت در حال افزایش بوده است (جدول4).
برای آگاهی از ادامه روند خشکسالی در شیراز، وضعیت خشکسالی 30 سال آینده تخمین زده شد. بر این اساس، شاخص خشکسالی کماکان در حال افزایش خواهد بود.
شکل4: نمودارهای خشکسالی شهرستان شیراز طی دوره (1951-2017) و تخمین خشکسالی شهرستان شیراز طی 30 سال آینده
در ادامه دادههای مربوط به تبخیر و تعداد روزهای بارانی در استان فارس طی سالهای (2008- تا 2017) (با توجه به محدودیت داده، دادههای مروط به تبخیر وتعرق و روزهای بارانی فقط در این دوره بررسی گردید) تهیه و مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نقشههای پهنهبندی تبخیر و تعرق و تعداد روزهای بارانی استخراج گردید (شکل‌های 5-الف تا 5-ذ). بیشترین میزان تبخیر و تعرق در سالهای مورد مطالعه در مناطق جنوبی استان مشاهده میشود. در سال 2008 بیشترین میزان تبخیر را در سالهای مورد مطالعه دارد. تبخیر و تعرق با مقدار 9/2738 و در شهرستانهای لامرد، مهر، گراش و خنج میباشد(شکل5-الف). سال 2009 همچنان تبخیر و تعرق بالا و در سالهای مورد مطالعه بعد از سال 2008، بیشترین میزان تبخیر و تعرق را با مقدار 93/2634 دارا میباشد. در این سال تبخیر و تعرق در محدوده بیشتری گسترش یافته و علاوه بر شهرستانهای یاد شده در سال 2008، شهرستان لارستان از جمله شهرستانهای وسیع استان است را شامل میشود. در سال 2010، تبخیر تعرق کاهش یافته و به 26/2574 رسیده است. اما کماکان مناطقی که تبخیر زیادی دارند در نواحی جنوبی استان و در محدوده شهرستانهای یاد شده هستند (شکل5-د). از سال 2011 تا 2015 تبخیر و تعرق نوسان ناچیزی داشته و بین 2530 تا 2830 متغیر میباشد. در سال 2016 تبخیر و تعرق افزایش یافته وبه میزان 43/2699 رسیده و همچنین حداکثر میزان آن از لحاظ مکانی به شهرستان لارستان محدود شده است (شکل5-د). سال 2017 اغلب نقاط استان تبخیر و تعرق نسبتا بالایی دارند به صورتی که حتی در شهرستان شیراز هم تبخیر بالایی مشاهده میشود. اما از میزان کلی تبخیر کاسته و به 82/2523 رسیده است. بطور کلی بیشترین و کمترین میزان تبخیر و تعرق به ترتیب در سالهای 2013و 2008 با مقدار 9/2734 و 04/2518 میباشد. نقاط جنوبی استان به دلیل نزدیکی با پهنه‌های آبی خلیج فارس و دریای عمان از تبخیر و تعرق بالایی برخوردار است. بطور کلی بیشترین و کمترین میزان تبخیر و تعرق در سالهای 2009 و 2008 میباشد.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
شکل5: نقشههای تبخیر و تعرق برای سالهای 2008 تا 2017
بیشترین تعداد روزهای بارانی در مناطق شمالی استان مشاهده میشود. هرچه به سمت مناطق جنوبی استان پیش برویم شاهد کاهش تعداد روزهای بارانی هستیم. بیشترین تعداد روزهای بارانی در مناطقی مشاهده میشود که شاخص SPI در آن مناطق نزدیک به نرمال یا به عبارتی مقدار مساعدی را نشان می‌دهد. در سال 2008 تعداد روزهای بارندگی بطور میانگین در کل 9 ایستگاه 26 روز ثبت شده است. همان‌طور که مشاهده میشود بیشترین روزهای بارندگی در شهرستانهای اقلید و شیراز میباشد. سال 2009 تعداد روزهای بارانی افزایش چشمگیری داشته و در طول دوره مطالعاتی بیشترین روزهای بارانی را دارا میباشد (شکل6-ب). میانگین روزهای بارانی در این سال 41 روز میباشد. سال 2010 تعداد روزهای بارانی کاهش یافته اما به نسبت کل دوره تقریبا جزء سال‌هایی است که تعداد روزهای بارانی زیادی دارد و این فزونی در شهرستانهای شیراز و مرودشت و شهرستانهای اطراف میباشد. سال 2011 روزهای بارانی به شدت کاهش پیدا میکند و به 24 روز می‌رسد (شکل6-ت). سال 2012 روزهای بارانی افزایش یافته و به تعداد 37 روز می‌رسد و تا سال 2016 بین 33 تا 38 متغیر است اما در سال 2017 روزهای بارندگی کاهش چشمگیری پیدا میکند و بطور میانگین در کل ایستگاههای مورد مطالعه به 22 روز می‌رسد (شکل6-ذ).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
شکل6: نقشههای تعداد روزهای بارانی برای سالهای 2008 تا 2017
درنهایت برای بررسی ارتباط بین شاخص خشکسالی با تبخیر و تعرق و تعداد روزهای بارانی بین شاخص موردنظر و دو پارامتر یاد شده، در همه سالهای مورد مطالعه همبستگی گرفته شد. بنابر نتایج به دست آمده، بیشترین میزان همبستگی بین شاخص خشکسالی و تعداد روزهای بارانی در سال 2012 و برای شاخص خشکسالی و تبخیر وتعرق در سال 2008 میباشد. همبستگی نمایانگر روند مثبت و افزایشی میباشد، بنابراین با افزایش تعداد روزهای بارانی ترسالی افزایش پیدا میکند و همچنین بر میزان تبخیر و تعرق افزوده میشود.
شکل7: نمودار همبستگی شاخص خشکسالی و تعداد روزهای بارانی و میزان تبخیر و تعرق
نتیجه‌گیری و پیشنهادهای کاربردی
خشکسالی پدیده‌ای است که به صورت کوتاه‌مدت، میان‌مدت و بلندمدت بر وضعیت اقتصادی و اجتماعی جامعه تأثیر می‌گذارد. پایش به موقع و دقیق براساس اطلاعات مختلف، می‌تواند نقش مهمی در کاهش خسارات ناشی از خشکسالی داشته باشد. خشکسالیهای بلندمدت در ایران از رفتار منظم و منطقی برخوردارند چنانکه این رفتار در همگنی فضایی خشکسالی‌ها مشهود است. روند فضایی خشکسالی در ایران شمال غربی- جنوب شرقی است. همچنین روند زمانی خشکسالی‌ها در ایران همسان بوده، و ایستگاههای هر ناحیه از روند زمانی خاص خشکسالی در ایران در قالب سینوپیتک و منطقه‌ای عمل می‌کنند. بنابراین ممکن است یک ناحیه در دوره خاصی ترسالی و همزمان تاحیه دیگر خشکسالی را تجربه کنند. استان فارس در دهه اخیر، دورههای خشکسالی متمادی را تجربه کرده که تداوم آن نسبت به دورههای کوتاه مدت ترسالی بسیار چشمگیر میباشد. این امر نیاز به مدیریت اصولی و صحیح برای کاهش اثرات خشکسالی دارد. براساس نتایج به دست آمده از این پژوهش، خشکسالی در استان فارس در دوره مطالعاتی (1987-2017)، بیشتر در وضعیت نزدیک به نرمال بوده و تنها در 5 سال خشکسالی مشاهده شده است. ترسالی تنها در یک سال و آن هم در سال 2004 وجود داشته است.
امروزه خشک شدن تالاب‌ها و ورود ریزگردها از روی این تالاب‌ها به شهرهای این ناحیه وجود دارد. که این حساسیت منابع آبی و اکوسیستم‌ها را به مدیریت اصولی و کاربردی در ارتباط با منابع آب سطحی در این ناحیه را نشان می‌دهد. در این ناحیه پیامدهای خشکسالی در حال و آینده چشمگیر خواهد بوده و خواهد بود. بنایراین با توجه به اولویت‌های مورد نیاز، مدیریت ریسک و بحران ضروری است. چنانکه پیامدهای این دورههای خشکسالی، کم آبی و خشک شدن دریاچه‌های استان از جمله پریشان و کاهش شدید سطح آب‌های زیرزمینی می‌باشند.
منابع
رضایی، ر، حسینی، م، شریفی، ا. تجزیه و تحلیل و توضیح اثرات خشکسالی در مناطق روستایی استان زنجان (مطالعه موردی: روستای هجراش). مجله تحقیقات روستایی.1390. 13-110 :(3)1.
صالح، ا، مختاری، د. تأثیرات اجتماعی و اقتصادی خشکسالی در خانواده‌های روستایی منطقه سیستان. نشریه توسعه و آموزش کشاورزی ایران. 1390. 114-99(3)1.
علیجانی، ب، 1385، آب و هوای ایران، انتشارات دانشگاه پیام نور، تهران، نسخه هفتم.
علیجانی، ب، بابایی، ا. تجزیه و تحلیل فضایی خشکسالی کوتاه مدت، جغرافیا و برنامه ریزی منطقه ای. 1387. شماره پاییز و زمستان.
فرج‌زاده، م، 1385، خشکسالی از مفهوم به راه حل، سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح، اولین شماره، صص 16-17.
قطرسامانی، س ،1385، بررسی خشکسالی استان چهارمحال و بختیاری، اولین کنفرانس راهبردی برای مقابله با کمبود آب و خشکسالی در کرمان، 43-36 :1.
کارآموز، م، عراقی‌نژاد، س ،1387، هیدرولوژی پیشرفته دانشگاه امیر کبیر. تهران.
کشاورز، م، 1394، رفاه روستایی و حفاظت از محیط زیست تحت خشکسالی: مورد استان فارس، اداره محیط زیست فارس.
کشاورز، م، کرمی، ا، زمانی، ق .آسیب‌پذیری خشکسالی خانواده‌های مزرعه: مطالعه موردی. نشریه توسعه و آموزش کشاورزی ایران. 1390. 32-15(2)6.
مصطفیزاده، ر، ذبیحی، م، 1395، تحلیل و مقایسه شاخصهای SPI و SPEI در ارزیابی خشکسالی هواشناسی با استفاده از نرمافزار R (بررسی موردی: استان کرمانشاه)، مجله فیزیک زمین و فضا. 643-633(3)42.
معدنچی، پ، کاکاشاهدی، م، حبیبنژاد، م، سلیمانی، ک، فاتحی مرج، ا، 1398، پهنهبندی خشکسالیهای اقلیمی و بزرگی خشکسالی با استفاده از شاخص SPI و روش زمین آمار کریجینگ(مطالعهی موردی: استان کرمان)، 2015-203(10)38.
نصرتی، ک، آذرنیوند، ح،1385، تجزیه و تحلیل منطقه‌ای از شدت، مدت، دوره خشکسالی با استفاده از دادههای بارندگی، 61-49(1)7.
وارثی، ح، بیک محمدی، ح، قنبری، س. مقایسه خسارت اقتصادی خشکسالی کشاورزی در شهر نائین با سایر شهرک‌های شهر اصفهان (برای سال های 1999 و 2003)، جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی.1385. 44-21(3)21.
Chu P.S., Nash A.J., and Porter F.Y. 1993, Diagnostic studies of two contrasting rainfall episodes in Hawaii: Dry 1981 and wet 1982, Journal of climate, 6(7):1457-1462.
Chu P.S., Nash A.J., and Porter F.Y. 1993, Diagnostic studies of two contrasting rainfall episodes in Hawaii: Dry 1981 and wet 1982, Journal of climate, 6(7):1457-1462.
Epule, T.E., Peng, C., Lepage, L. 2015, Environmental refugees in sub-Saharan Africa: a review of perspectives on the trends, causes, challenges and way forward. GeoJournal, 80:79-92.
Mishra A. K., Desa, V. R. and Singh, V. P. 2007, Drought Forecasting Using a Hybrid Stochastic and Neural Network Model. Journal of Hydrologic Engineering, 12(6):626–638.
Morid, S., V. Smakhtinb and K. Bagherzadeh. 2007, Drought forecasting using artificial neural networks and time series of drought indices. Int. J. Climatol. 27: 2103-2111.
Natale. H.K and Thian Yew Gan. 2003, Drought indices and their application to east Africa. Inter. Journal Climatol, 23.
Serogio, M., and Vicente S. 2006, Differences in Patterns of Drought on Different Time Scales: An Analysis of the Iberian Peninsula, Water Resources Management (2006)20:37-60. DOI: 10.1007/s11269006-2974-8.
Szalai, S. and Szinell, C. 2000, Comparison of two drought indices for drought monitoring in Hungary - a case study. In J. V. Vogt and F. Somma, editors, Drought and Drought Mitigation in Europe, pages 161166. Kluwer, Dordrecht. 325pp.
Tsakiris, G., and Vangelis, H. 2004, Towards a drought watch systems based on spatial SPI, Water resources Research Management, 18:1-12.
Wilhite, D.A., Svoboda, M.D. and Hayes, M.J. 2007, Understanding the complex impacts of drought: A key to enhancing drought mitigation and preparedness, Water Resources Management, Vol. 21, No. 5, pp. 763-774.
Yan-Jun,L.I., ZHENG Xiao-dong and L.U.Fan and M.A.Jing.2012, Analysis of Drought Evolvement Characteristics Based on Standardized Precipitation Index in the Huaihe River Basin. Sciverse ScienceDirect, Procedia Engineering, 28:434-437.
[1] . Standardized Precipitation Index
