تحلیل روند مشخصه‌های خشکسالی در ایران با استفاده از شاخص‌های تک و چندمتغیره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد علوم و مهندسی آبخیزداری، گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان

2 دانشگاه هرمزگان

3 استادیار گروه آمار و ریاضی گروه ریاضیات و آمار، دانشکده علوم پایه، دانشگاه هرمزگان

چکیده

پدیده خشکسالی دارای مشخصه‌های اصلی شدت، مدت، پیک و فراوانی است. در این تحقیق، دو شاخص ارزیابی خشکسالی تک متغیره SPI  و شاخص چندمتغیره کمبود توام مبتنی بر کاپولا (JDI) مقایسه شده است. در این رابطه، ویژگی‌های خشکسالی شامل شدت، مدت و فراوانی خشکسالی در 39 ایستگاه سینوپتیک ایران طی سال‌های 1344 تا 1399مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نتایج در مشخصه شدت و مدت نشان می‌دهد، طولانی‌ترین تداوم و حداکثر شدت خشکسالی هر ایستگاه متعلق به شاخص JDI است. نتایج در بررسی فراوانی خشکسالی در کلاس‌های مختلف نشان می‌دهد که JDI در مقایسه با SPI-12 در اکثر ایستگاه‌ها، کلاس خشکسالی خیلی شدید را تخمین می‌زند اما برخلاف آن، SPI-12 تخمین غیر‌منتظره‌ای در براورد کلاس خشکسالی در برخی ایستگاه‌‌ها روبروست. علاوه بر این، آزمون روند من-کندال برای ویژگی­های خشکسالی بیانگر این است که JDI روند رو به کاهش خشکسالی را در ایران تخمین می‌زند در حالی که  SPI-12 در اکثر ایستگاه­ها روند قابل توجهی ندارد. درنهایت نتایج نشان داد، JDI ارزیابی کاملی از خشکسالی برای تصمیم گیرندگان و مدیران ارائه می­دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Trend Analysis of Drought Characteristics in Iran Using Univariate and Multivariate Idices

نویسندگان [English]

  • sana Abdollahi 1
  • Ommolbanin Bazrafshan 2
  • Marzieh Shekari 3
1 MSc Graduated of Watershed Management, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Natural Resources and Agriculture, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran
2 Assistant Professor, Department of Range and Watershed Management, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Mathematics and Statistics, Faculty of Science, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran
چکیده [English]

The drought phenomenon contains important characteristics, including duration, severity, peak and frequency. In this study, two indices of drought assessment consist of univariate index (Standardized Precipitation Index: SPI) and multivariate copula-based index (JDI: Joint Deficit Index) are compared. In this regard, the drought characteristics, including the severity, duration, and drought frequency have been studied in 39 synoptic stations of Iran during the 1965–2014. The results showed that the longest duration and maximum severity of each station belongs to the JDI. Also, the frequency of drought in different classes shows the JDI estimates the drought frequency with high accurately, but the SPI‐12 provided an unexpected estimation is some stations. In addition, the results of the Mann-Kendall test for the drought characteristics showed that the drought trend with JDI is decreasing while SPI-12 does not show a significant trend in the most stations. Finally, the results showed that JDI provides a complete drought assessment for decision makers and water resource managers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought characteristics
  • Experimental Copula
  • Joint Deficit Index
  • multivariate analysis
  • Trend Analysis
احمدی، م.، و رادمنش. 1394. کاربرد شاخص کمبود توام (JDI) در تحلیل خشکسالی‌های حاشیه جنوبی دریای خزر. تحقیقات آب و خاک ایران، دوره3، شماره46، ص 431-442.‎
بذرافشان، الف.، رحیمی، ف.، محمدی کنگرانی، ح. 1395. مدیریت بهینه‌ی آب در شرایط خشکسالی؛ مطالعه موردی دشت سرخون، استان هرمزگان. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 3، شماره 6، ص 103-117.
مقصود، ف، و بذرافشان, الف. 1396. توسعه مدل پیش‌‌بینی وقوع خشکسالی؛ مطالعه موردی شهرستان آبیک استان قزوین. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 3، شماره 7، ص 166- 174.
میرعباسی، ر.، نجف آبادی، ر.، فاخری‌فرد، ا.، دین­پژوه، ی و اسلامیان، س. 1392. پایش بلند مدت خشکسالی­های ارومیه با استفاده از شاخص کمبود توأم، نشریه دانش آب و خاک، جلد23، شماره4، ص87 تا 103.
 
Bazrafshan, O. Zamani, H. Shekari, M. 2020. A copula‐based index for drought analysis in arid and semi‐arid regions of Iran. Natural Resource Modeling, 33(1): 122-137.
Bazrafshan, O. Zamani, H. Shekari, M. and Singh, V. P. (2020). Regional risk analysis and derivation of copula-based drought for severity-duration curve in arid and semi-arid regions. Theoretical and Applied Climatology, 1-17.
Cisty, M. Celar, L. and Becova, A. 2015. Application of copulas in analysis of drought and irrigation.The 9th International Conference on Advanced Engineering Computing and Applications in Sciences, Bratislava, Slovakia.
Kao, S. C. and Govindaraju, R. S. 2010. A copulabased joint deficit index for droughts. Journal of Hydrology, 380: 121-134.
Mathbout, S. Lopez‐Bustins, J. A. Martin‐Vide, J. Bech, J. and Rodrigo, F. S. 2018. Spatial and temporal analysis of drought variability at several time scales in Syria during 1961–2012. Atmospheric Research, 200: 153–168.
Mckee, T.B., N. Doeskien, J. and  Kleist, J. 1993. the Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales. Preprints, 8th Conference on Applied Climatology, 17-22 January, Anaheim, CA.pp. 379-384.
Mishra, A. Singh, V. 2010. A review of drought concepts. Journal of Hydrology, 391: 202–216.
Morid, S. Smakhtinb, V. and Bagherzadehc, K . 2007. Drought forecastingusing artificial neural networks and time series of drought indices. Int. J. Climatol. 27: 2103–2111drought characteristic in Fars province, Iran. Catena. Pp 35-46.
Nalley, D. Adamowski, J. and  Khalil, B. 2012. Using discrete wavelet transforms to analyze trends in streamflow and precipitation in Quebec and Ontario (1954–2008). Journal of Hydrology, 475: 204–228.
Shiau, J. T. 2006. “Fitting Drought Duration and Severity with Two-Dimensional Copulas”, Water Resources Management, 20(5): 795–815.
Yang, J. Chang, J. Wang, Y. Li, Y. Hu, H., Chen, Y. ... & Yao, J. 2018. Comprehensive drought characteristics analysis based on a nonlinear multivariate drought index. Journal of Hydrology, 557: 651-667.
Zhang, Q. Li., J. Singh, V.P. and Xu, C.Y. 2013. Copula‐based spatio‐temporal patterns
of precipitation extremes in China. International Journal of Climatology, 33(5): 1140-1152.