بررسی خشکسالی هواشناسی در ایستگاه ارومیه با استفاده از شاخص SPI تحت سناریوهای تغییر اقلیم (RCP)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار آب و هواشناسی، گروه جغرافیا، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

تغییرات در فراوانی و شدت خشکسالی همراه با تغییر اقلیم، تأثیر قابل توجهی بر منابع آب و محیط زیست دارد که به نوبه خود در کشاورزی، جامعه و اقتصاد منعکس می­شود. هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر روی خشکسالی هواشناسی در ایستگاه ارومیه می­باشد. بدین منظور ابتدا با استفاده از داده­های بارندگی، خشکسالی دوره پایه 2005-1986 و دو دوره آینده (2050-2031 و 2070-2051) در مقیاس­های زمانی 3، 6، 12 و 24 ماهه در ایستگاه ارومیه محاسبه شد. داده­های بارش دوره­های آتی به کمک مدل گزارش پنجم CanESM2  و سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 و با استفاده از مدل ریزمقیاس­نمایی SDSM تعیین شدند. سپس روند مقادیر SPI در دوره پایه و آینده با استفاده از آزمون من-کندال بررسی شد. بررسی تغییرات بارش نشان داد که در دوره آینده اول (2031-2050)، بر اساس دو سناریو RCP2.6 و RCP8.5، میانگین بارش افزایش می­یابد ولی در دوره دوم (2051-2070) کاهش بسیار کمی در میزان بارش دیده می­شود. همچنین مقادیر SPI در مقیاس زمانی طولانی­مدت، شدت خشکسالی بیشتری را نشان می­دهند و در بین سناریوهای مورد بررسی، RCP8.5 نسبت به سایر سناریوها، شدت خشکسالی بیش­تری را نسبت به دوره پایه نشان می­دهد. نتایج آزمون من- کندال نیز نشان­دهنده روند معنی­دار SPI در دوره پایه و دوره­های آینده بر اساس سناریو RCP8.5 است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of meteorological drought in Urmia using SPI under climate change scenarios (RCP)

نویسنده [English]

  • Khadijeh Javan
Assistance professor of climatology, Department of Geography, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Variations in frequency and intensity of drought have substantial impact on water resources and environment, which in turn are reflected on agriculture, society, and economy. The aim of this study is to investigate the effect of climate change on meteorological drought in Urmia. For this purpose, using rainfall data, the drought of the base period (1986-2005) and the future periods (2031-2050 and 2051-2070) were calculated for 3, 6, 12 and 24-months’ time scales in Urmia. Precipitation for future periods were determined using the CanESM2 Fifth Report Model and three Scenarios (RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5) and were downscaled using the SDSM model. Then the trend values of SPI in baseline and future periods were investigated using Mann-Kendall test. The study of precipitation changes showed that in the first future period, based on two scenarios RCP2.6 and RCP8.5, the average precipitation will increase, but in the second future period there is a very small decrease in precipitation. Also, SPI values on a long-term time scales indicate a higher severity of drought and among the studied scenarios, RCP8.5 shows more severe drought intensity than the base period compared to other scenarios. The results of trend analysis also show significant changes in SPI values in the reference period and future periods based on the RCP8.5 scenario.

کلیدواژه‌ها [English]

  • climate change
  • Drought
  • SPI
  • SDSM
  • Urmia
  1. بهلکه، مرجان. فتح­آبادی، ابوالحسن. روحانی، حامد. سیدیان، سیدمرتضی. 1396. بررسی اثر تغییر اقلیم بر ویژگی­های دوره­های ترسالی و خشکسالی (مطالعه موردی ایستگاه­های آرازکوسه و تمر در استان گلستان)، هواشناسی کشاورزی، دوره 5، شماره 2، 23-11.
  2. پیرنیا، عبدالله. گلشن، محمد. بیگنه، سمیرا. سلیمانی، کریم. 1397. ارزیابی وضعیت خشکسالی در حوضه آبخیز تمر (بالادست سد گلستان) با استفاده از شاخص­های SPI و SPEI تحت شرایط اقلیمی حال و آینده، اکوهیدرولوژی، دوره 5، شماره 1، 228-215.
  3. جعفری، قربان. شاهکویی، اسماعیل. قانقرمه، عبدالعظیم. 1397. پیش­بینی خشکسالی­های استان خراسان شمالی با مدل HadCM3 و شاخص­های SPI و RDI، آمایش جغرافیایی فضا، سال 8، شماره 30، 173-159.
  4. جوان، خدیجه. عرفانیان، مهدی. 1399. ارزیابی آثار تغییر اقلیم بر وضعیت خشکسالی ایستگاه تبریز طی دوره های آتی با استفاده از مدل ریزمقیاس نمایی LARS-WG، پژوهش آب ایران، شماره 38، 106-97.
  5. جوان، خدیجه. عزیززاده، محمدرضا. بشیری، هوشنگ. شهریار سرنقی، فریبا. ۱۳۹۴. پهنه­بندی شاخص­های خشکسالی SPI و DI با استفاده از داده­های شبکه­ای بارش در شمال­غرب ایران، جغرافیای طبیعی، سال ۸، شماره ۲۹، 130-117.
  6. جهانگیر، محمدحسین. موسوی رینه، سیده­مهسا. ابوالقاسمی، مهناز. 1398. شبیه­سازی پارامترهای اقلیمی بارش و دبی استان تهران تحت مدل CanESM2 (براساس تطبیق دو شاخص خشکسالی SPI و SSI)، پژوهش­های دانش زمین، سال 11، شماره 43، 166-149.
  7. حسینی­زاده، عطیه. سیدکابلی، حسام. زارعی، حیدر. آخوندعلی، علی­محمد. 1395. تحلیل شدت و دوره بازگشت خشکسالی در شرایط تغییر اقلیم آتی مطالعه موردی دشت دزفول- اندیمشک. علوم و مهندسی آبیاری، دوره 39، شماره 1، 43-33.
  8. درویشی، یوسف. فدائیان، محمد. سارلی، رضا. 1399. واپایش تغییرات اقلیمی با تمرکز بر مخاطره خشکسالی با استفاده از فن‌آوری فضایی جهت مدیریت منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی: حریم پوششی رودخانه کارون)، پژوهش­های تغییرات آب و هوایی، دوره 1، شماره 1، 32-15.
  9. شمسی­پور، علی­اکبر. رودگر صفاری، وحید. 1399. بررسی پیامدهای تغییرات آب و هوایی با تمرکز بر تحلیل فضایی شدت خشکسالی در استان گلستان با شاخص‌های آماری و سنجش از دوری، پژوهش­های تغییرات آب و هوایی، دوره 1، شماره3، 76-65.
  10. صفریان زنگیر، وحید. سبحانی، بهروز. رضائی بنفشه، مجید. ۱۳۹۹. مدل­سازی و پایش پدیده خشکسالی در شمال­غرب ایران، جغرافیا و مخاطرات محیطی، سال ۸، شماره ۳۱، 165-۱۴۳.
  11. گل­محمدی، مریم. مساح بوانی، علیرضا. 1390. بررسی تغییرات  شدت و دوره بازگشت خشکسالی حوضه قره­سو در دوره­های آتی تحت تأثیر تغییر اقلیم. نشریه آب و خاک، دوره 25، شماره 2، 326-315.
  12. یعقوب­زاده، مصطفی. امیرآبادی­زاده، مهدی. خزیمه­نژاد، حسین. زراعتکار، زهرا. 1397. ارزیابی سه روش ریزمقیاس ‌نمایی در پیش­بینی خشکسالی هواشناسی تحت تاثیر تغییراقلیم، آبیاری و زهکشی ایران، دوره 12، شماره 2، 334-324.
    1. Ahmadalipour. Ali, Moradkhani, Hamid, Castelletti. Andrea, and Magliocca. Nicholas, 2019, Future drought risk in Africa: Integrating vulnerability, climate change, and population growth. Science of the Total Environment, 662: 672-686.‏
    2. Ahmadebrahimpour. Edris, Aminnejad. Babak, and Khalili. Keivan, 2019, Assessing future drought conditions under a changing climate: a case study of the Lake Urmia basin in Iran. Water Supply, 19(6): 1851-1861.‏
    3. Al-Kaisi. Mahdi, Elmore. Roger, Guzman. Jose, Hanna. Mark, Hart. Chad, Helmers. Matthew, and Sawyer. John, 2013, Drought impact on crop production and the soil environment: 2012 experiences from Iowa. Journal of Soil and Water Conservation, 68(1): 19A-24A.‏
    4. Azizzadeh. Mohammad Reza, and Javan. Khadijeh, 2015. Analyzing trends in reference evapotranspiration in northwest part of Iran. Journal of Ecological Engineering, 16(2).‏
    5. Barlow. Mathew, Zaitchik. Benjamin, Paz. Shlomit, Black. Emily, Evans. Jason, and Hoell. Andrew, 2016. A review of drought in the Middle East and southwest Asia. Journal of Climate, 29(23): 8547-8574.‏
    6. Chen. Hua, Xu. Chong-Yu, and Guo. Shenglian, 2012, Comparison and evaluation of multiple GCMs, statistical downscaling and hydrological models in the study of climate change impacts on runoff. Journal of hydrology, 434: 36-45.
    7. Cook. Edward, Seager. Richard, Cane. Mark, and Stahle. David, 2007, North American drought: Reconstructions, causes, and consequences. Earth-Science Reviews, 81(1-2): 93-134.‏
    8. Guo. Hao, Bao. Anming, Ndayisaba. Felix, Liu. Tie, Jiapaer. Guli, El-Tantawi. Attia, & De Maeyer. Philippe, 2018, Space-time characterization of drought events and their impacts on vegetation in Central Asia. Journal of Hydrology, 564: 1165-1178.‏
    9. Habeeb. Dana, Vargo. Jason, and Stone. Brian, 2015. Rising heat wave trends in large US cities. Natural Hazards, 76(3): 1651-1665.
    10. Hassan. Zulkarnain, Harun. Sobri, and Abdul Malek. Marlinda, 2012, Application of ANNs Model with the SDSM for the Hydrological Trend Prediction in the Sub-catchment of Kurau River, Malaysia. Journal of Environmental Science and Engineering. B, 1(5B): 577-585.
    11. Hayes. Michael, Svoboda. Mark, Wall. Nicole, and Widhalm. Melissa, 2011. The Lincoln declaration on drought indices: universal meteorological drought index recommended. Bulletin of the American Meteorological Society, 92(4); 485-488.‏
    12. Hayes. Michael, Svoboda. Mark, Wiihite. Donald, and Vanyarkho. Olga, 1999. Monitoring the 1996 drought using the standardized precipitation index. Bulletin of the American meteorological society, 80(3): 429-438.‏
    13. Heim. Richard, 2002. A review of twentieth-century drought indices used in the United States. Bulletin of the American Meteorological Society, 83(8), 1149-1166.‏
    14. Hosseini Baghanam. Ayda, Eslahi. Mehdi, Sheikhbabaei. Ali, and Seifi. Arshia, 2020. Assessing the impact of climate change over the northwest of Iran: an overview of statistical downscaling methods. Theoretical and Applied Climatology, 141: 1135-1150.‏
    15. Kauffman. Gerald, and Vonck. K. 2011, Frequency and intensity of extreme drought in the Delaware Basin, 1600–2002. Water Resources Research, 47(5).‏
    16. IPCC, 2013, Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press.
    17. IPCC, 2014, Summary for policymakers. In: IPCC. Climate change, impact, adaptation and vulnerability. Contribution of working group 2 to the Fifth Assessment Report of the Intergovernment Panel of Climate Change, pp. 132. Cambridge, UK and New York, USA, Cambridge University Press.
    18. Ledger. Mark, Edwards. Francois, Brown. Lee, Milner. Alexander, & Woodward. Guy, 2011, Impact of simulated drought on ecosystem biomass production: an experimental test in stream mesocosms. Global Change Biology, 17(7): 2288-2297.‏
    19. Lee. Joo-Heon, Kwon. Hyun-Han, Jang. H0-Won, and Kim. Tae-Woong, 2016, Future changes in drought characteristics under extreme climate change over South Korea. Advances in Meteorology, 2016.‏
    20. Lin. Hui, Wang. Jiangcai, Li. Fan, Xie. Yangyang, Jiang. Chenjuan, and Sun, Lipin, 2020, Drought Trends and the Extreme Drought Frequency and Characteristics under Climate Change Based on SPI and HI in the Upper and Middle Reaches of the Huai River Basin, China. Water, 12(4), 1100.‏
    21. Logan. Kelly, Brunsell, Nathaniel, Jones, A., and Feddema, Johannes, 2010. Assessing spatiotemporal variability of drought in the US central plains. Journal of Arid Environments, 74(2): 247-255.‏
    22. Mahmoudi. Peyman, Rigi. Allahbakhsh, and Miri Kamak. Mahdiye, 2019. A comparative study of precipitation-based drought indices with the aim of selecting the best index for drought monitoring in Iran. Theoretical and Applied Climatology, 137(3-4): 3123-3138.‏
    23. McKee. Thomas, 1995, Drought monitoring with multiple time scales. In Proceedings of 9th Conference on Applied Climatology, Boston, 1995.‏
    24. Meresa. Hadush, Osuch. Marzena, and Romanowicz. Renata, 2016. Hydro-meteorological drought projections into the 21-st century for selected Polish catchments. Water, 8(5): 206.‏
    25. Mishra. Ashok, Singh. Vijay, & Desai. V., 2009, Drought characterization: a probabilistic approach. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 23(1): 41-55.‏
    26. Mishra. Ashok, and Singh. Vijay, 2010. A review of drought concepts. Journal of hydrology, 391(1-2), 202-216.‏
    27. Moss. Richard, Edmonds. Jae, Hibbard. Kathy, Manning. Martin, Rose. Steven, Van Vuuren. Detlef, ... and Wilbanks. Thomas, 2010. The next generation of scenarios for climate change research and assessment. Nature, 463(7282), 747-756.‏
    28. New. Mark, Todd. Martin, Hulme. Mike, and Jones. Phil, 2001. Precipitation measurements and trends in the twentieth century. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society, 21(15): 1889-1922.‏
    29. Nicholls. Neville, 2004. The changing nature of Australian droughts. Climatic change, 63(3), 323-336.‏
    30. Partal. Turgay, and Kahya, Ercan, 2006. Trend analysis in Turkish precipitation data. Hydrological Processes: An International Journal, 20(9): 2011-2026
    31. Sharafati. Ahmad, Nabaei. Sina, and Shahid. Shamsuddin, 2020. Spatial assessment of meteorological drought features over different climate regions in Iran. International Journal of Climatology, 40(3): 1864-1884.‏
    32. Shiru. Mohammed-Sanusi, Shahid. Shamsuddin, Chung. Eun-Sung, and Alias. Noraliani, 2019. Changing characteristics of meteorological droughts in Nigeria during 1901–2010. Atmospheric Research, 223: 60-73.‏
    33. Spinoni. Jonathan, Naumann. Gustavo, Vogt. Jürgen, and Barbosa. Paulo, 2015. The biggest drought events in Europe from 1950 to 2012. Journal of Hydrology: Regional Studies, 3: 509-524.‏
    34. Tabari. Hossein, and Hosseinzadeh Talaee. Parisa, 2011. Temporal variability of precipitation over Iran: 1966–2005. Journal of Hydrology, 396(3-4): 313-320.
    35. Wilby. Robert, Dawson. Christian, & Barrow. E., 2002, SDSM—a decision support tool for the assessment of regional climate change impacts. Environmental Modelling & Software, 17(2): 145-157.
    36. Wang. Jingcai, Lin. Hui, Huang. Jinbai, Jiang. Chenjuan, Xie. Yangyang, and Zhou. Mingyao, 2019. Variations of Drought Tendency, Frequency, and Characteristics and Their Responses to Climate Change under CMIP5 RCP Scenarios in Huai River Basin, China. Water, 11(10): 2174.‏