تحلیل خشکسالی و ترسالی اقلیمی در حوضه آبریز دره رود اردبیل با استفاده از آماره خودهمبستگی فضایی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مخاطرات آب و هوایی، دانشگاه محقق اردبیلی

2 استادیار اقلیم شناسی، دانشگاه محقق اردبیلی،

3 دانشیار ژئومورفولوژی، دانشگاه محقق اردبیلی

4 دانشیار گروه منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

10.30488/gps.2019.100317

چکیده

خشکسـالی به‌دلیل گسـتردگی و تبعـات کوتـاه­مـدت و بلندمدت همه جانبه­ی آن، از مهم‌ترین بلایای طبیعی محسوب می‌شود. در تحقیق حاضر جهت تشخیص و تحلیل خشکسالی و ترسالی در حوضه آبریز دره رود واقع در شمال غرب ایران، از داده‌های بارندگی سالانه 38 ایستگاه باران‌سنجی و سینوپتیک در یک دوره زمانی 25 ساله (91-1990 تا 15-2014) استفاده شد. ابتدا با استفاده  از شاخص SPI با توزیع مناسب گاما و شاخص خشکسالی Deciles، دوره‌های خشکسالی و ترسالی منطقه موردمطالعه شناسایی شدند. ایستگاه‌های موردمطالعه ازلحاظ همگنی با استفاده از روش تحلیل خوشه‌ای سلسله مراتبی در سه کلاس همگن از نظر خشکسالی قرار گرفتند. در ادامه نتایج خشکسالی با روش کریجینگ ساده، مدل نیم پراشنگار کروی و با کمترین خطای RMS، در محیط نرم‌افزار ArcGis پهنه‌بندی گردید. واریوگرام تهیه‌شده، جهت انجام تحلیل فضایی خشکسالی، به یاخته‌هایی به ابعاد 1×1 کیلومتر تعمیم داده شد. به‌منظور تبیین الگوی حاکم بر خشکسالی در منطقه از آماره­های سراسری و موضعی موران در حکم رویکردهای تحلیل اکتشافی داده­های فضایی استفاده شد. نتایج حاصل از بررسی شاخص موران نشان داد که توزیع فضایی حاکم بر خشکسالی در منطقه از یک الگوی خوشه‌ای با تمرکز بالا پیروی می‌کند به‌طوری‌که در طول دوره آماری مقدار به‌دست‌آمده از شاخص موران مثبت و نزدیک به یک (Moran's I>0/95) می‌باشد. همچنین با توجه به مقادیر بالای امتیاز استاندارد Z و صفر بودن مقدار P-Value، معنی‌دار بودن توزیع خوشه‌ای خشکسالی اثبات می‌گردد. درنهایت از آماره عمومی G جهت شناسایی الگوهای فضایی حاکم بر خشکسالی استفاده شد. نتایج نشان داد که شرق و شمال شرق منطقه دارای الگوی خشکسالی بسیار شدید می‌باشد که سطح معنی‌داری آن برابر با 99/0 می‌‌‍‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of drought and wet period climatic in the basin Dareh Rood Ardabil Using spatial autocorrelation statistics

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Faridpour 1
  • Batool Zeynali 2
  • Sayyad Asghari 3
  • Ardavan Ghorbani 4
1 Department of Geography, Faculty of Literature and Humanities, University of Mohaghegh Ardabili, Ardebil, Iran
2 Department of Geography, Faculty of Literature and Humanities, University of Mohaghegh Ardabili, Ardebil, Iran
3 Department of Geography, Faculty of Literature and Humanities, University of Mohaghegh Ardabili, Ardebil, Iran
4 Associate Professor at the Department of Natural Resources, University of Mohaghegh Ardebili, Ardabil,
چکیده [English]

In the present study to identify and analyze the drought and rain in the catchment area of river valley in North West Iran, were used The annual rainfall data of 38 stations for Climatology and synoptic during a period of 25 years (1990-1991 to 2014-2015). Initially, the use of SPI gamma index, as well as the Deciles drought index, were identified drought and wet periods in the study area. Stations studied In terms of homogeneity Using Agglomerative hierarchical clustering (AHC) method in three homogeneous classes. In the following Drought results with simple Kriging method, with a Semi-Variogram Spherical model with the lowest RMS erro, Zoned in ArcGIS software. Using appropriate variogram, cells with dimensions of 1 * 1 km were extended to perform spatial analysis on the study area. In order to explain the pattern of drought in the region From Global and local statistics of Moran were used as spatial data exploration approaches. The results of the application of Moran's index about identifying spatial distribution of drought patterns showed that The values of the different years during the period, have a positive a positive coefficient close to 1 (Moran's I> 0.95) and this shows that The spatial distribution of drought is clustered. Also the results of the standard score Z values and the P-Value proved the clustering of spatial distribution of drought. Eventually from General Statistics G Was used to identify spatial patterns of the drought. The results showed that the east and north-east of the region have a very severe drought pattern whose significance level is 0.99

کلیدواژه‌ها [English]

  • SPI Index
  • Deciles Index
  • Geostatistics
  • Spatial Autocorrelation
  • Moran Index
  1. آسیایی، مهدی. 1385. شاخص‌های خشکسالی. ، جلد اول. چاپ اول، مشهد، انتشارات سخن‌گستر.
  2. بلیانی، یدالله و سید یاسر حکیم دوست. 1393. اصول و مبانی پردازش داده­های مکانی (فضایی) با استفاده از روش­های تحلیل فضایی، ، چاپ اول، تهران، انتشارات آزادپیما.
  3. پورزیدی، علی‌محمد. کیا  بزرگمهر و سید یاسر حکیم دوست. 1393. بررسی فضایی خشکسالی اقلیمی بر اساس بارش استاندارد SPI. مطالعه موردی: استان مازندران. آمایش جغرافیایی فضا، دوره چهارم، شماره چهاردهم، گلستان.
  4. حکیم دوست، سید یاسر.، محسن رستگار، علی محمدپورزیدی و حسین حاتمی. 1393. تحلیل فضایی خشکسالی اقلیمی و اثرات آن بر الگوی فضایی مکان گزینی سکونتگاه­های روستایی مطالعه موردی روستاهای استان مازندران. جغرافیا و مخاطرات محیطی، سال سوم، شماره 11، مشهد.
  5. خدایی، مهسا. روزبه شاد، یاسر مقصودی مهرانی و مرجان قائمی. 1395. تعیین یک شاخص بهینه چند سنسورِ سنجش ‌از دوری به‌منظور ارتقای فرایند پایش زمان واقعی خشکسالی در مناطقی با پوشش اراضی ناهمگن. اکو هیدرولوژی، دوره سوم، شماره سوم، تهران.
  6. خسروی، یونس. حسن لشکری، علی‌اکبر متکان و حسین عساکره. 1394. تحلیل فضایی فشار بخارآب در جنوب و جنوب غرب ایران با استفاده از تکنیک­های خودهمبستگی فضایی با تأکید بر مراکز و کانون­های جمعیتی. مدیریت شهری، دوره 14، شماره 39، تهران.
  7. خشوعی اصفهانی، مهرداد. حمیدرضا صفوی و احمدرضا زمانی. 1395. طراحی سیستم پایش خشکسالی بر اساس شاخص یکپارچه در حوضه آبریز زاینده‌رود. علوم آب‌وخاک، دوره بیستم، شماره هفتاد و پنجم، اصفهان.
  8. درویشی بایگی، نادر. 1381. پایش خشکسالی در استان خراسان با استفاده از نمایه‌های خشکسالی، پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم انسانی و اجتماعی، دانشگاه تبریز.
  9. رحیمی، داریوش و زهرا محمدی. 1396. بررسی خشکسالی هیدرولوژیکی حوضه آبخیز سد زاینده‌رود. آمایش جغرافیایی فضا، دوره هفتم، شماره بیست و پنجم، گلستان
  10. شوریانی، مهدی. محمدحسین رضوی، مرضیه هادی پور، ربابه لاسمی پور و سلمان حیاتی. 1395. تحلیل توزیع فضایی پارک‌های شهر نیشابور با استفاده از GIS. کنفرانس بین‌المللی عمران، معماری و زیرساخت‌های شهری، تبریز.
  11. صداقت، مهدی و حمید نظری پور. 1394. تغییرات زمانی-مکانی بارش دوره سرد سال در ایران (2009-1950). پژوهش­های جغرافیای طبیعی، دوره چهل و هفتم، شماره سوم، تهران.
  12. عساکره، حسین و حسین شادمان. 1394. شناسایی روابط فضایی روزهای گرم فراگیر در ایران‌زمین. تحقیقات جغرافیایی، پیاپی 116، شماره یکم، تهران.
  13. عساکره، حسین. 1387. کاربرد روش کریجینگ در میانیابی بارش مطالعه موردی: میان یابی بارش 26/12/1376 ایران‌زمین. جغرافیا و توسعه، دوره ششم، شماره دوازدهم، زاهدان.
  14. عسگری، علی. 1390. تحلیل آمار فضایی با ArcGIS. چاپ اول، تهران، انتشارات سازمان فناوری اطلاعات و ارتباطات شهرداری.
  15. علیجانی، بهلول. 1394. تحلیل فضایی در مطالعات جغرافیایی. تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، دوره دوم، شماره سوم، تهران.
  16. علیجانی، بهلول. مهدی دوستکامگان، سعیده اشرفی و فهیمه شاکری. 1394. بررسی تغییرات الگوهای خودهمبستگی فضایی درون دهه‌‌ای بارش ایران طی نیم‌قرن اخیر. جغرافیا و آمایش شهری، دوره پنجم، شماره چهاردهم، سیستان و بلوچستان.
  17. فلاح قالهری، غلامعباس. مهدی اسدی و عباسعلی داداشی رودباری. 1394. تحلیل فضایی پراکنش رطوبت در ایران.  پژوهش­های جغرافیای طبیعی، دوره چهل و هفتم، شماره چهارم، تهران.
  18. کیانی، اکبر و علی‌اکبر کاظمی. 1394. تحلیل توزیع خدمات عمومی شهر شیراز با مدل‌های خودهمبستگی فضایی در نرم‌افزار ArcGIS و Geoda. پژوهش و برنامه­ریزی شهری، دوره ششم، شماره بیست و دوم، مرودشت.
  19. مخدوم، مجید. 1384. شالوده آمایش سرزمین. چاپ ششم، تهران، انتشارات دانشگاه تهران.
  20. مرادی، مسعود . محمدحسین قلس‌زاده. 1393. برآورد فرا سنج‌های مؤثر در دبی رودخانه با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی در حوضه آبی دهگلان-کردستان. آمایش جغرافیایی فضا، دوره چهارم، شماره چهاردهم، گلستان.
  21. مصطفی‌زاده، رئوف. معصومه شهابی و محسن ذبیحی. 1394. تحلیل خشکسالی هواشناسی در استان کردستان با استفاده از مدل نمودار سه متغیره. آمایش جغرافیایی فضا، دوره پنجم، شماره هفدهم، گلستان.
  22. نصرتی، کاظم .1391. تحلیل منطقه‌ای خشکسالی هیدرولوژیک در حوضه آبخیز سفیدرود با بهره‌گیری از شاخص جریان پایه. مرتع و آبخیزداری، دوره شصت و پنجم، شماره دوم، تهران.
  23. نظری پور، حمید. مهدی دوستکامگان و سارا علیزاده. 1394. بررسی الگوی توزیع فضایی دما، بارش و رطوبت با استفاده از تحلیل اکتشافی زمین‌آمار (بررسی موردی: نواحی مرکزی ایران). مجله فیزیک زمین و فضا، دوره چهل و یکم، شماره یکم، تهران.
    1. Ageena, I., Macdonald, N., and Morse, A.P. 2014. Variability of maximum and mean average temperature across Libya (1945–2009), Theoretical and Applied Climatology, 117: 549-563. DOI: 10.1007/s00704-013-1012-z.
    2. Allard, D., and Soubeyrand, S. 2012. Skew-normality for climatic data and dispersal models for plant epidemiology: when application fields drive spatial statistics, Spatial Statistics, 1: 50-64.
    3. Anselin, L. 2005. Exploring spatial data with GeoDaTM: A Workbook, University of Illinois, rbana-Champaign Urbana, IL 61801.
    4. Bajat, B., Blagojević, D., Kilibarda, M., Luković, J., and Tošić, I. 2015. Spatial analysis of the temperature trends in Serbia during the period 1961 –2010, Theoretical and Applied Climatology, 121(1): 289–301. DOI: 10.1007/s00704-014-1243-7.
    5. Behzadi, J. 2013.  "An Evaluation of Two Drought Indices, Standard Distribution and Deciles in Guilan, Iran." Greener Journal of Social Sciences, 3(9): 472-478.
    6. Bhuiyan C., Singh R.P., and Kkogan F.N. 2006. Monitoring Drought Dynamics in the Aravalli Region (India) using Different Indices based on Ground and Remote Sensing data, International Journal of Applied Earth observation and Geoinformation, Vol. 8: 289-302.
    7. De Lucena, A.J., Rotunno Filho, O.C., de Almeida França, J.R., de Faria Peres, L., and Xavier, L.N.R. 2013. Urban climate and clues of heat island events in the metropolitan area of Rio de Janeiro. Theoretical and Applied Climatology. 111: 497-511. DOI: 10.1007/s00704-012-0668-0
    8. Fu, W.J., Jiang, P.K., Zhou, G.M., and Zhao, K.L. 2014. Using Moran’s, I and GIS to study the spatial Pattern of forest litter carbon density in a subtropical region of southeastern China, Biogeo Sciences, 11: 2401-2409. DOI: 10.5194/bg-11-2401-2014.
32.Gibbs, W.J., and Maher, J.V. 1967. Rainfall deciles as drought indicators, Bureau of Meteorology Bulletin, No. 48, Commonwealth of Australia, Melbourne.

  1. Hartmann, S.B., and King, L. 2008. Quasi - Periodicities in Chinese Precipitation Time Series, Theoretical and Applied Climatology, 92: 155-163. DOI: 10.1007/s00704-007-0317-1.
  2. Heim, R.R.  2002. A review of twentieth-century drought indices used in the United States, Bulletin of the American Meteorological Society, 83: 1149-1165.
  3. Kanellou, E., Domenikiotis, C., Blanta, A., Hondronikou, E., and Dalezios, N.R. 2008. "Index -based Drought Assessment in Semi-Arid Area of Greece based on Conventional Data", European Water, 23/24: 87/98.
  4. Kim, S., and Singh, V.P. 2014. Modeling daily soil temperature using data-driven models and spatial distribution, Theoretical and Applied Climatology, 118 (3): 465-479.
  5. Kogan, F.N. 2000. Contribution of remote sensing to drought early warning in early warning systems for drought preparedness and drought management, ed. D.A. Wilhite and D.A. Wood, 75–87. Geneva: World Meteorological Organization.
  6. Manning, C.D., Raghavan, P., and Schütze, H. 2008. Text classification and naive bayes, Introduction to information retrieval, 1: 6.
  7. Mckee, B.T., Doesken, N.J., and Kleist, J. 1993. The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales, 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim CA, American Meteorological Society, 17-22 January 1993: 179-184.
  8. Nemec, J., Gruber, C., Chimani, B., and Auer, I. 2013. Trends in extreme temperature indices in Austria based on a new homogenized dataset, International Journal of Climatology, 33: 1538-1550.
  9. Tallaksen, L.M., and van Lanen, H.A.J. 2004. Hydrological Drought—Processes and Estimation Methods for Streamflow and Groundwater, Elsevier: Amsterdam.
  10. Thomas, R.W., and Hug get, R.J. 1980. Modeling in Geography, a mathematical approach, Harper and Row, Publisher, London.
  11. Tsakiris, G., Tigkas, D., Vangelis, H., and Pangalou, D.  2007. Regional Drought Identification and Assessment. Case Study in Crete. In: Rossi et al (ed.), Methods and Tools for Drought Analysis and Management. Springer, Netherlands: 169-191.
  12. Wilhite, D.A., Hayes, M., Knutson, C., and Smith, K. H.  2000. Planning for drought: Moving from crisis to risk management, Journal of the American Water Resources Association, 36(4): 697-71.