Climate Change Research

Climate Change Research

Evaluation and spatial-temporal analysis of drought in Golestan Province

Document Type : Original Article

Authors
Mostafa Yelghei 1
Hossein Mohammadi 2
1 Master's student in Climatology, Environmental Climatology, Tehran, Iran
2 Professor of Physical Geography, Climatology, Tehran, Iran
10.30488/ccr.2026.576352.1325
Abstract
Drought is one of the most important climate hazards with widespread impacts on water resources, agriculture, and livelihoods of communities. Understanding its temporal and seasonal patterns in sensitive areas, especially in unstable climates, is of great importance. The aim of this study is to investigate and compare the monthly, seasonal, and annual trends of the SPI and SPEI drought indices in Golestan province over the long-term period from 1950 to 2024 and analyze their structural differences in reflecting the moisture conditions of the region. In this study, precipitation and potential evapotranspiration data were obtained from the ERA5 database with a spatial resolution of 0.1×0.1 degrees, and then the monthly, seasonal, and annual trends and fluctuations of these indices were estimated, plotted, and analyzed using the IDW and Hotspot interpolation methods with Arcmap. The results showed that the SPI index experienced a significant decrease in spring and early summer, and its values ​​reached less than -3 in some months. In contrast, the SPEI index showed more balanced fluctuations around zero.This difference indicates that the SPEI index, by considering thermal components, provides a more accurate analysis of the moisture status of the region. The findings indicate that the combined use of SPI and SPEI indices can be effective in more comprehensive monitoring and analysis of drought. It is also suggested that the study of these indices should be pursued at local scales and by considering other environmental factors.
Keywords
Golestan province
Climate
Drought
SPEI
SPI

Subjects

1.     بذرافشان، ام‌البنین؛ محسنی‌ساروی، محسن؛ ملکیان، آرش و معینی، ابوالفضل. (1390). بررسی وضعیت خشکسالی استان گلستان با استفاده از شاخص بارش استاندارد (SPI).‎ تحقیقات مرتع و بیابان ایران 18 (3)، ۴۰۷-۳۹۵.
2.     حسینی، محمدرضا؛ احمدی، جواد؛ و کریمی، امیر. (1397). تحلیل خشکسالی با استفاده از شاخص‌های اقلیمی در منطقه شمال شرق ایران. فصلنامه پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، ۵۰(۲)، ۱۳۵–۱۵۲.
3.     حسینی، ناصر؛ احمدی، رضا و صادقی، حامد. (1397). بررسی خشکسالی با شاخص SPI در مناطق خشک ایران. پژوهش‌های منابع طبیعی ایران، 5 (2)، 33-49.
4.     خانی، محمد؛ احمدی، رضا و رضایی، پروانه. (1400). تحلیل فضایی خشکسالی با شاخص SPEI در استان خوزستان. پژوهش‌های اقلیمی ایران، 12 (2)، 45-60.
5.     رمضانی، حسین؛ رحیمی، فاطمه؛ و عباسی، کامران. (1400). تحلیل روند تغییرات دما و بارندگی و اثر آن بر وقوع خشکسالی در استان گلستان. نشریه پژوهش‌های اقلیم‌شناسی، ۱۲(۱)، 45–63.
6.     رمضانی، سعید. (1400). تغییرات اقلیمی و خشکسالی در استان گلستان؛ تحلیل سالانه بارش و دما. جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 5(3)، 102-118.
7.     عیوضی، معصومه؛ مساعدی، ابوالفضل؛ مفتاح‌هلقی، مهدی و حسام، موسی. (1387). بررسی فراوانی و تداوم شرایط مختلف بارش و خشکسالی در استان گلستان.‎ پنجمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، مدیریت پایدار بلایای طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. (مقاله کنفرانس).
8.     فتح‌نیا، امان‌اله؛ رجایی, برزو و فرزانه. (1396). پیش‌بینی احتمال تکرار دوره‌های خشکسالی و اثر آن بر پوشش گیاهی در استان گلستان. جغرافیا و برنامه‌ریزی, 21(60), 179-196.‎
9.     کاظمی، فرهاد؛ رضایی، علی و اکبری، پرویز. (1401). روند بارش و خشکسالی در شمال ایران طی ۳۰ سال. تحقیقات منابع آب ایران، 15(4)، 75-92.
10. مساعدی، ابوالفضل؛ خلیلی‌زاده، مجتبی و محمدی استادکلایه، امین. (1387). پایش خشکسالی هواشناسی در سطح استان گلستان.‎ مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، ۱۵(2)، ۱۲۲-۱۱۵.
11. میرزایی، علیرضا؛ کریمی، مهدی و حسینی، ناصر. (1399). بررسی روند SPI در استان فارس بر اساس نرمال بلندمدت. علوم زمین ایران، 8 (1)، 23-38.
12. ناظری، مجید؛ احمدپور، رضا و محمدی، حسین. (1398). تحلیل اثر تغییرات اقلیمی بر منابع آبی استان گلستان. پژوهش‌های جغرافیایی، 32 (4)، 15-32.
13. ناظری، مرتضی؛ یوسفی، علی؛ و ملکی، رضا. (1398). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آبی استان گلستان با استفاده از مدل‌سازی اقلیمی. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، ۲۳(۴)، ۷۸–۹۲.
14. یلقی، مصطفی. (1404). تغییرات محیطی سطح آبی سد گلستان و تأثیر بارش در آن با استفاده از سنجش از دور. دهمین همایش بین‌المللی دانش و فناوری علوم کشاورزی، منابع طبیعی و محیط زیست ایران، تهران. (مقاله کنفرانس).
 
15. Copernicus Climate Change Service (C3S) (2022): ERA5-Land monthly averaged data from 1950 to present. Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store (CDS).
16. Gümüş, V. (2023). Geostatistical evaluation of drought using different interpolation techniques and drought indices: A case study of the Seyhan Basin (Turkey). Environment, Development and Sustainability. Advance online publication.
17. Hao, Z., & Singh, V. P. (2015). Drought characterization from a multivariate perspective: A review. Journal of Hydrology, 527, 668–678.
18. Hosseini, M. R., Ahmadi, J., & Karimi, A. (2018). Drought analysis using climatic indices in the northeast region of Iran. Quarterly Journal of Physical Geography Research, 50(2), 135–152. [In Persian].
19. Hosseini, N., Ahmadi, R., & Sadeghi, H. (2018). Drought assessment using SPI index in arid regions of Iran. Iranian Journal of Natural Resources Research, 5(2), 33–49. [In Persian].
20. IPCC. (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press.
21. Khani, M., Ahmadi, R., & Rezaei, P. (2021). Spatial analysis of drought using the SPEI index in Khuzestan Province. Iranian Climatology Research, 12(2), 45–60. [In Persian].
22. Li, L., et al. (2022). Development and application of high‑resolution SPEI drought dataset for Central Asia. Scientific Data, 9, Article 145.
23. Mirzaei, A., Karimi, M., & Hosseini, N. (2020). Trend analysis of SPI in Fars Province based on long-term normals. Iranian Journal of Earth Sciences, 8(1), 23–38. [In Persian].
24. Mosaedi, A., Khalilizadeh, M., & Mohammadi Ostadkalaye, A. (2008). Monitoring meteorological drought at the provincial scale of Golestan. Journal of Agricultural Science and Natural Resources, 15(2), 115–122. [In Persian].
25. Muñoz Sabater, J. (2019): ERA5-Land monthly averaged data from 1950 to present. Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store (CDS).
26. McKee, T. B., Doesken, N. J., & Kleist, J. (1993). The relationship of drought frequency and duration to time scales. Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology, 179–183.
27. Nazeri, M., Ahmadpour, R., & Mohammadi, H. (2019). Analysis of the impact of climate change on water resources in Golestan Province. Geographical Research, 32(4), 15–32. [In Persian].
28. Nazeri, M., Yousefi, A., & Maleki, R. (2019). Investigating the impacts of climate change on water resources in Golestan Province using climate modeling. Journal of Agricultural Science and Natural Resources, 23(4), 78– 92. [In Persian].
29. Rahimzadeh‑Bajgiran, P., et al. (2018). Assessing drought patterns and land‑use change impacts in the Middle East using SPEI and remote sensing. Journal of Arid Environments, 159, 87–98.
30. Spinoni, J., Naumann, G., Carrao, H., Barbosa, P., & Vogt, J. V. (2014). World drought frequency, duration, and severity for 1951–2010. International Journal of Climatology, 34(8), 2792–2804.
31.  Trenberth, K. E., Dai, A., van der Schrier, G., Jones, P. D., Barichivich, J., Briffa, K. R., & Sheffield, J. (2014). Global warming and changes in drought. Nature Climate Change, 4(1), 17–22.
32. Vicente‑Serrano, S. M., Beguería, S., & López‑Moreno, J. I. (2010). A multiscalar drought index sensitive to global warming: The standardized precipitation‑evapotranspiration index. Journal of Climate, 23(7), 1696–1718.
33. Wilhite, D. A., & Glantz, M. H. (1985). Understanding: The drought phenomenon: The role of definitions. Water International, 10(3), 111–120.
34. Zarch, M. A., et al. (2015). Interdecadal variation of climatic drought in the Northern Hemisphere. International Journal of Climatology, 35(6), 1475–1488.