در این تحقیق، تحلیل خشکسالی بر اساس روز­های بدون بارندگی صورت می­گیرد. تعداد 67 ایستگاه سینوپتیک دارای طول دوره آماری مناسب، با پراکنش یکنواخت در سطح کشور، انتخاب شدند. حداقل دوره آماری بارندگی روزانه در این تحقیق 17 سال و مربوط به ایستگاه سمنان و حداکثر طول دوره آماری 56 سال و مربوط به ایستگاه تبریز (و تعدادی از ایستگاه­های دیگر) می‌باشد. پس از مرتب کردن بارندگی روزانه در محیط EXCEL، دوره­ های بدون بارش تعیین و تعداد روزهای بدون بارش در هر ایستگاه مشخص شد. در این مطالعه از برنامه FREQ در محیط MATLAB به منظور تحلیل فراوانی استفاده گردید. كشور در 8 منطقه همگن دسته­بندی و تحلیل منطقه­ای روزهای بدون باران انجام گرفت. نتایج نشان می­دهد که تغییرات و بزرگی دوره­ های خشک در مناطق مختلف تغییر می­ کند. به نحوی که دوره­ های خشک، از سالی به سال دیگر در شمال غرب و جنوب شرق کشور ناپایدار و متغییر می­باشند. مناطق جنوبی (به خصوص استان­های حاشیه خلیج فارس و دریای عمان) و مناطق مرکزی نیز به عنوان حساس­ترین مناطق به لحاظ کاهش روزهای بارندگی و افزایش دوره­ های بدون بارش در دوره بازگشت­های مختلف شناخته می­شوند.

كلمات كلیدی: تحلیل فراوانی، روزهای بدون بارندگی، خشكسالی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                صفحه

فصل اول- مقدمه

1-1- مقدمه.. 2

1-2- معیارهای تعیین خشکی.. 2

1-3- علل خشکی.. 3

1-4- علل خشکسالی.. 3

1-5- تعاریف انواع خشکسالی.. 4

1-5-1- خشکسالی هواشناسی.. 7

1-5-2- خشکسالی هیدرولوژیک.. 8

1-5-3- خشکسالی کشاورزی.. 9

1-5-4- خشکسالی اقتصادی.. 10

1-5-5- خشکسالی ادافیک.. 11

1-5-6- تقسیم ­بندی یویویج.. 11

1-5-6-1- خشکسالی دائمی.. 11

1-5-6-2- خشکسالی فصلی.. 11

1-5-6-3- خشکسالی غیرقابل پیش­بینی.. 11

1-5-6-4- خشکسالی نامرئی.. 12

1-6- پیش­بینی(پیش آگاهی).. 12

1-7- اثرات خشکسالی.. 15

1-7-1- اثرات کشاورزی.. 16

1-7-2- اثرات زیست محیطی.. 16

1-7-3- اثرات اقتصادی.. 17

1-7-4- اثرات اجتماعی.. 18

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                صفحه

1-8- اهداف تحقیق.. 18

1-9- فرضیه‌های تحقیق.. 19

1-10- ساختار پایان نامه.. 19

–

2-1- مقدمه.. 22

2-2- خشكسالی.. 23

2-3- روش تحلیل داده ­های بارندگی.. 24

2-4- معیارهای تعیین خشکی.. 26

2-5- آزمون­های تعیین همگنی.. 27

2-6- تحلیل فراوانی منطقه­ای.. 28

2-6-1- تعیین مناطق همگن اولیه با بهره گرفتن از نمودار گشتاور خطی.. 28

2-6-2- گشتاورهای وزنی احتمال (گشتاورهای خطی).. 29

2-6-3- تعیین تابع توزیع منطقه­ای.. 29

– و روش­ها

3-1- مقدمه.. 32

3-2- منطقه مورد مطالعه.. 32

3-3- آزمون‌های همگنی.. 33

3-3-1- آزمون توالی.. 33

3-3-2- آزمون من- ویتنی.. 34

3-4- آزمون تصادفی بودن.. 34

3-5- آزمون روند.. 36

3-6- شاخص ­های خشکسالی هواشناسی و دوره بدون بارندگی   37

 فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                صفحه

3-7- تحلیل فراوانی نقطه­ای روزهای بدون بارندگی و تحلیل ریسک خشکسالی   37

3-8- تحلیل فراوانی منطقه­ای.. 39

3-8-1- تعیین مناطق همگن اولیه با بهره گرفتن از نمودار گشتاورهای خطی   39

 

 

3-8-2- گشتاورهای وزنی احتمال.. 40

3-8-3- تعیین همگنی و ایستگاه‌های پرت با بهره گرفتن از ضریب ناجوری و همگنی   41

3-8-4- تعیین تابع توزیع منطقه­ای.. 42

– و بحث

4-1- تحلیل آمار کیفی.. 44

4-2- تحلیل همگنی و روند.. 51

4-3- آزمون استقلال.. 60

4-4- تحلیل فراوانی منطقه­ای.. 61

4-4-1- بررسی همگنی گروه­های استخراجی از آنالیز خوشه­بندی   64

4-4-2- انتخاب بهترین تابع توزیع منطقه­ای.. 67

4-4-3- تحلیل فراوانی نقطه­ای.. 69

4-5- تحلیل مکانی ویژگی­های حداکثر روزهای بدون بارش   83

4-5-1- تحلیل مکانی گشتاورهای خطی حداکثر روزهای بدون بارش   83

4-5-2- تحلیل مکانی حداکثر روزهای بدون بارش در دوره بازگشت‌های مختلف   85

ی و پیشنهادات

5-1- نتیجه ­گیری.. 92

5-2- پیشنهادات.. 94

منابع…………………………………………………………………………………………. 97

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                                                 صفحه

جدول 1-1- دامنه اثرات اجتماعی خشكسالی……… 18

جدول 2-1- برخی از معروف­ترین روابط تعیین خشکی.. 26

جدول 3-1- تابع چگالی احتمال برخی از مهمترین توابع توزیع (اقتباس از رائو و حامد، 2000)…………………………….. 38

جدول 4-1- مقادیر آماره­های توصیفی حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در ایستگاه­های مطالعاتی……………………… 45

جدول 4-2- ضرایب همبستگی بین آماره­های توصیفی حداکثر روزهای بدون بارندگی و مختصات فیزیکی ایستگاه­……………………. 50

جدول 4-3- مقادیر آماره­های آزمون توالی و من- ویتنی    53

جدول 4-4- مقادیر آماره­های آزمون من- کندال (سطح معنی­داری 5 درصد)………….. 58

جدول 4-5- شاخص همگنی H متغییر روزهای بدون بارش در کل کشور 61

جدول 4-6- آماره­های گشتاورهای خطی مربوط به حداکثر دوره­ های بدون بارش  64

جدول 4-7- نتایج شاخص H در هر یک از گروه­های استخراجی  67

در هر یک از گروه­های همگن مطالعاتی    68

جدول 4-9- مقادیر RSS برای توزیع­های مختلف…… 70

 جدول 4-10- مقادیر رتبه­ های توابع مختلف در هر ایستگاه بر اساس مجموع مربعات خطا……………………………………. 73

 جدول 4-11- مقادیر حداکثر تعداد روزهای بدون بارندگی در ایستگاه­های مطالعاتی………………………………………. 75

فهرست شكل‌ها

عنوان                                                                                                                 صفحه

شکل 1-1- متغیرهای هیدرولوژیک متأثر از خشکسالی.. 4

شکل 1-2- تغییرات زمانی متغیرهای هیدرولوژیک متأثر از خشکسالی   5

شكل1-3- انواع خشكسالی، مبانی تعریف و آثار هر كدام   7

شكل 1-4- خلاصه و طبقه ­بندی رژیم­های خشك.. 16

شکل 3-1- نقشه پراکنش ایستگاه­های مطالعاتی.. 33

شکل 4-1- میانگین تعداد روزهای بدون بارندگی در مناطق مختلف ایران   50

شکل 4-2- ضریب تغییرات حداکثر تعداد روزهای بدون بارندگی ایران   51

شکل 4-3- تغییرات حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در ایستگاه تربت حیدریه   52

شکل 4-4- تابع خود همبستگی حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در ایستگاه اصفهان.. 60

شکل 4-5- تابع خود همبستگی حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در ایستگاه تبریز.. 61

شکل 4-6- توزیع ماهانه حداکثر دوره­ های بدون بارش در هر یک از گروه­های مطالعاتی.. 63

شکل 4-7- نمودار گشتاورهای خطی L-CS در مقابل L-CK هشت منطقه همگن   66

شکل 4-8- دیاگرام نسبی مقادیر LCs در برابر LCk داده ­های روزهای بدون بارش   68

شکل 4-9- تابع توزیع چگالی احتمال تجمعی دوره­ های بدون بارش برای ایستگاه کرمان(گروه 1). 79

شکل 4-10- تابع توزیع چگالی احتمال تجمعی دوره­ های بدون بارش برای ایستگاه مشهد(گروه 2). 79

شکل 4-11- تابع توزیع چگالی احتمال تجمعی دوره­ های بدون بارش برای ایستگاه تبریز(گروه 3). 80

شکل 4-12- تابع توزیع چگالی احتمال تجمعی دوره­ های بدون بارش برای ایستگاه آبادان(گروه 4). 80

شکل 4-13- تابع توزیع چگالی احتمال تجمعی دوره­ های بدون بارش برای ایستگاه سنندج(گروه 5). 81

شکل 4-14- تابع توزیع چگالی احتمال تجمعی دوره­ های بدون بارش برای ایستگاه بابلسر(گروه 6). 81

شکل 4-15- تابع توزیع چگالی احتمال تجمعی دوره­ های بدون بارش برای ایستگاه یاسوج(گروه 7). 82

شکل 4-16- تابع توزیع چگالی احتمال تجمعی دوره­ های بدون بارش برای ایستگاه انزلی(گروه 8). 82

شکل 4-17- تغییرات مکانی گشتاور ضریب تغییرات در هشت منطقه همگن   84

شکل 4-18- تغییرات مکانی گشتاور ضریب چولگی در هشت منطقه همگن   84

فهرست شكل‌ها

عنوان                                                                                                                 صفحه

شکل 4-19- نقشه حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در دوره برگشت 2 ساله   85

شکل 4-20- نقشه حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در دوره برگشت 5 ساله   86

شکل 4-21- نقشه حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در دوره برگشت 10 ساله   86

شکل 4-22- نقشه حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در دوره برگشت 20 ساله   87

شکل 4-23- نقشه حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در دوره برگشت 50 ساله   87

شکل 4-24- نقشه حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در دوره برگشت 100 ساله   88

شکل 4-25- نقشه حداکثر سالانه روزهای بدون بارندگی در دوره برگشت 200 ساله   88

-1- مقدمه

خشکسالی پدیده­ای اقلیمی است که به لحاظ آماری یک پدیده تصادفی محسوب می­ شود و توسط شاخص ­های متعددی مورد مطالعه قرار می­گیرد (نصری، 1387). خشکسالی معمولاً به عنوان دوره­ای از زمان که بارندگی به زیر آستانه متوسط می­رسد شناخته می­ شود و معمولاً تعیین زمان شروع آن و تعاریف آن بسیار سخت و پیچیده است(امکی و همکاران، 1993). در اغلب منابع خشکسالی پدیده­ای طولانی مدت است که گاهی در دوره­ های مرطوب نیز کشیده می­ شود (ویلهایت و گلانتز، 1985).

تعاریف خشكی و خشكسالی با یكدیگر متفاوت هستند. برخلاف خشكی كه پدیدة دائمی اقلیمی است، خشكسالی در مناطق خشك و مرطوب رخ می‌دهد و حالتی طبیعی و نرمال از اقلیم می­باشد (چو و کارلیوتیس، 1970). قبل از پرداختن به بحث خشكسالی لازم است در مورد خشكی مطالبی بیان شود.

 1-2- معیارهای تعیین خشكی

ضرایب تجربی و فرمول­های متفاوتی برای تعیین معیارهای خشكی ابداع شده است كه بر اساس پارامترهایی كه هر كدام از این روابط برای تعیین شاخص خشكی در نظر گرفته است، می­توان آن­ها را به 5 گروه تقسیم نمود (کاویانی، 1380):

– روابطی كه معرف رابطه بین بارش سالانه و مجموع دما برای یک سال و یا دوره­ های مختلف در طول فصل گرم می­باشند.

– روابطی كه بر اساس رابطه بین بارش و تبخیر استوار هستند.

– روابطی كه به وابستگی بین بارش، دما و رطوبت نسبی اهمیت بیشتری داده‌اند.

– روابطی كه كسری اشباع( كمبود رطوبت) و كسری تبخیر را مد نظر قرار داده­اند.

– روابطی‌كه رابطه بین میزان آب و مجموع دما را‌ به عنوان ضریب خشكی در نظر می‌گیرند.

انتخاب صحیح یک ضریب اقلیمی برای مناطق مختلف جهان آسان نیست، زیرا كاربرد هر رابطه اقلیمی در منطقه­ای بهترین جواب را می­دهد كه با اقلیم محل ابداع روش، شباهت و نزدیكی بیشتری داشته باشد.

از طرف دیگر محدودیت عناصر اقلیمی قابل سنجش عاملی است كه كارائی برخی روابط را تحت تأثیر قرار می­هد.

براساس روش ارائه شده توسط یونسكو كه به شاخص بیوكلیماتیک خشكی معروف است و در آن P بارندگی سالانه و ET تبخیر و تعرق بالقوه است، مناطق خشك به چهار گروه تقسیم می‌شوند (کاویانی، 1380):

1- منطقه فرا خشك:

2- منطقه خشك :

3- منطقه نیمه خشك:

4- منطقه نیمه مرطوب :

 1-3- علل خشكی

به طور كلی 5 عامل مهم باعث ایجاد خشكی می­شوند (کوک و همکاران، 1993).

– دور بودن از منبع رطوبتی (بری بودن)

– فرو رانش آنتی سیكلون­های جنب حاره‌ای دینامیك

– تأثیرات ارتفاعی

– جریان­های حاصل از آب سرد

– آلبیدو

 1-4- علل خشكسالی