به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « spi » در نشریات گروه « کشاورزی »

  • اریسا جهانگیری، بهارک معتمدوزیری*، هادی کیادلیری
    مقدمه

    امروزه پدیده تغییر اقلیم از جمله معضلاتی است که همواره در جهان مورد توجه قرار گرفته است. یکی از دلایل وقوع پدیده تغییر اقلیم، افزایش گازهای گلخانه ای است که تاثیر به سزایی بر پدیده های حدی دارد. پیش بینی خشکسالی یکی از راهکارهای مدیریتی است که به برنامه ریزی صحیح برای استفاده از منابع محدود آب کمک شایانی می نماید. همچنین بررسی تغییرات خشکسالی بر اساس تغییرات اقلیمی از جنبه های گوناگون حائز اهمیت است؛ زیرا در بسیاری از برنامه های بلندمدت، لازم است که چشم اندازی از وضعیت آینده بارندگی و دوره های خشکسالی و ترسالی برای منطقه تدوین شود. شاخص  SPEI توانایی محاسبه خشکسالی در مقیاس های زمانی مختلف را دارد و همچنین می تواند اثرات تغییرات درجه حرارت را در ارزیابی خشکسالی لحاظ نماید و برای پایش تغییرات اقلیمی دوره های فعلی و آتی بر مبنای سناریوهای اقلیمی به کار رود. همچنین شاخص استاندارد بارش (SPI) یکی از مهم ترین شاخص ها در تحلیل خشکسالی است. این شاخص به دلیل سادگی محاسبات، استفاده از داده های در دسترس بارندگی، قابلیت محاسبه برای هر مقیاس زمانی دلخواه به عنوان مناسب ترین شاخص برای تحلیل خشکسالی شناخته می شود. افزایش خشکسالی های اخیر در حوضه آبریز کارون سه باعث کمبود آب و خسارت های اقتصادی و اجتماعی شده است. از این رو بررسی اثر تغییر اقلیم و تحلیل فراوانی خشکسالی از اهمیت زیادی برخوردار است. در راستای این هدف، در این پژوهش ابتدا به شبیه سازی مقادیر بارش، دمای حداکثر و دمای حداقل هشت ایستگاه هواشناسی با استفاده از سه مدل اقلیمی EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M تحت دو سناریو انتشار RCP4.5 و RCP8.5  برای دوره (2030-2055) پرداخته شد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش ابتدا داده های دما (حداکثر و حداقل) و بارش خروجی مدل های اقلیمی EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M  تحت پروژه CORDEX برای سناریوهای انتشار RCP4.5 و RCP8.5  به کمک نرم افزار CMhyd ریزمقیاس شده و سری های زمانی دمای حداکثر، حداقل و بارش برای هشت ایستگاه هواشناسی در دوره آتی (2030-2055) تولید شد. سپس تغییرات دما و بارش در دوره آتی نسبت به دوره پایه (1995-2020) مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت بررسی خشکسالی (فراوانی و تداوم) در دوره آتی تحت دو سناریو انتشار RCP4.5 و RCP8.5 توسط شاخص های (SPI) و (SPEI) در سه مقیاس زمانی سه، شش و 12 ماهه با استفاده از نرم افزار DIP انجام گرفت. به منظور ارزیابی کارایی و دقت عملکرد سه مدل گردش عمومی EC-EARTH، CNRM-CM5 و GFDL-ESM2M  شبیه سازی داده های اقلیمی، میانگین ماهانه متغیرهای اقلیمی در دوره (1990-2005) حاصل از خروجی مدل با مقادیر مشاهداتی متناظر مقایسه شد. بدین منظور از معیارهای عملکرد نش ساتکلیف (NS)، شاخص اریب (Bias) و ضریب تعیین (R2) استفاده شد.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان داد بیشترین افزایش دمای حداکثر مربوط به ایستگاه شوشتر بوده است. در این ایستگاه دمای حداکثر در سناریوی انتشار RCP8.5، 46/1 درجه سانتی گراد و در سناریوی انتشار RCP4.5، یک درجه سانتی گراد به نسبت دوره پایه افزایش خواهد یافت. ایستگاه مسجد سلیمان بیشترین افزایش دمای حداقل را دارد. در این ایستگاه افزایش دمای حداقل تحت سناریو انتشار RCP8.5، 41/2 درجه سانتی گراد و در سناریو RCP4.5، 92/1 درجه سانتی گراد بوده است. همچنین بارش در کل محدوده در دوره آتی روند نزولی داشته است. مقدار کاهش بارندگی در کوهرنگ در سناریو RCP8.5،  3/146 میلی متر و در سناریوی RCP4.5، 6/53 بوده است که به ترتیب حدود  7/11 و 3/4 درصد است. ازنظر فراوانی خشکسالی در دوره آماری (2030-2055) در مقیاس سه ماهه، در سناریوی RCP4.5  ایستگاه ایذه دارای بیشترین فراوانی با 14 بار تجربه خشکسالی، در مقیاس شش ماهه، در سناریوی RCP4.5،  حداکثر دفعات خشکسالی در شهرکرد با 16 بار و در مقیاس دوازده ماهه، در سناریوی RCP4.5 ایستگاه کوهرنگ با 15 بار، بیشترین فراوانی را نشان می دهد. در سناریوی RCP8.5 ایستگاه ایذه دارای بیشترین فراوانی با 20 بار تجربه خشکسالی بوده است. همچنین در دوره آتی تحت سناریو انتشار RCP4.5 در مقیاس سه، شش و دوازده به ترتیب ایستگاه شهرکرد، یاسوج و لردگان با هشت، 11 و 27 ماه و در سناریو RCP8.5 نیز به ترتیب مسجد سلیمان و شوشتر و لردگان بیشترین تداوم خشکسالی را خواهند داشت.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد میانگین دراز مدت سالانه دمای حداکثر و حداقل در دوره آتی به نسبت دوره پایه در هر هشت ایستگاه روند صعودی داشته است. همچنین نتایج نشان داد دمای حداکثر تحت سناریو 8.5RCP افزایش بیشتری به نسبت سناریو انتشار 4.5RCP دارد. همچنین نتایج نشان داد ایستگاه کوهرنگ متاثر از تغییر اقلیم بیشترین کاهش بارش را در محدوده مطالعاتی طی دوره آتی خواهد داشت. همچنین نتایج نشان داد در هر سه مقیاس زمانی سه، شش و 12 ماهه در دوره آتی به نسبت دوره پایه در سری زمانی شاخص های خشکسالی SPI و SPEI نوسانات زیادی وجود دارد. همچنین حالت های حدی خشکسالی در دوره آتی افزایش یافته است. پیش بینی می شود در دوره آتی تعداد ماه های خشک نسبت به تعداد ماه های با وضعیت نرمال و مرطوب کمتر بوده است. همچنین در بررسی وضعیت خشکسالی با استفاده از شاخص SPEI مشاهده می شود که همانند شاخص SPI الگوی تغییرات دوره خشکسالی در ایستگاه ها قابل تشخیص است. قابل ذکر است شدت خشکسالی های محاسبه شده با استفاده از شاخص SPEI به ندرت از مقدار عددی دو بالاتر است. با مقایسه تداوم و فراوانی خشکسالی در ایستگاه های مورد بررسی و در مقایس های زمانی مختلف، مشخص شد که شاخص SPI به نسبت شاخص SPEI تداوم و فراوانی خشکسالی را در اغلب موارد بیشتر نشان می دهد.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم, رواناب, خشکسالی, SPI, SPEI, کارون}
    Erisa Jahangiri, Baharak Motamedvaziri*, Hadi Kiadaliri
    Introduction

    Today, the phenomenon of climate change is one of the problems that has always received attention in the world. One of the reasons for climate change is the increase of greenhouse gases, which have a significant effect on extreme phenomena. Drought forecasting is one of the management strategies that helps to plan properly for using limited water resources. It is also important to examine drought changes based on climate changes from various aspects; in many long-term plans, it is necessary to develop a vision of the future state of rainfall and drought periods for the region. The SPEI index can calculate drought in different time scales and can also include the effects of temperature changes in drought assessment and be used to monitor current and future climate changes based on climate scenarios. Also, the Standard Precipitation Index (SPI) is one of the most important indicators in drought analysis. This index is known as the most appropriate index for drought analysis due to the simplicity of calculations, the use of available rainfall data, and the ability to calculate for any desired time scale. The recent increase in droughts in the Karun 3 watershed has caused water shortages and economic and social damages. Therefore, investigating the effect of climate change and analyzing the frequency of drought is very important. In line with this goal, in this research, firstly, simulation of rainfall, maximum temperature, and minimum temperature of eight meteorological stations using three climate models EC-EARTH, CNRM-CM5, and GFDL-ESM2M under two release scenarios RCP4.5 and RCP8 5. It was forecated for the period (2055-2030).

    Materials and methods

    In this research, firstly, the temperature data (maximum and minimum) and precipitation output of EC-EARTH, CNRM-CM5 and GFDL-ESM2M climate models under the CORDEX project for RCP4.5 and RCP8.5 emission scenarios with the help of CMhyd Raz software Scaled and time series of maximum, minimum and precipitation temperatures for eight meteorological stations in the future period (2055-2030) were produced. Then, the temperature and precipitation changes in the future period compared to the base period (1995-2020) were investigated. Finally, the investigation of drought (frequency and continuity) in the future period under two release scenarios of RCP4.5 and RCP8.5 by (SPI) and (SPEI) indicators in three-time scales of three, six, and twelve months using DIP software was performed. To evaluate the efficiency and accuracy of three EC-EARTH, CNRM-CM5, and GFDL-ESM2M general circulation models for simulating climate data, the monthly average of climate variables in the period (1990-2005) obtained from the output of the model was compared with the corresponding observational values. For this purpose, Nash Sutcliffe (NS), bias index and coefficient of determination (R^2) were used.

    Results and discussion

    The results showed that the maximum temperature increase is related to Shushtar station. In this station, the maximum temperature will increase by 1.46 degrees Celsius in the RCP8.5 emission scenario and one degree Celsius in the RCP4.5 emission scenario compared to the base period. Masjid Sulaiman station has the highest increase in minimum temperature. At this station, the minimum temperature increase under the RCP8.5 release scenario is 2.41 degrees Celsius and under the RCP4.5 scenario, it is 1.92 degrees Celsius. Also, the rainfall in the whole range has been decreasing in the coming period. The decrease of rainfall in Kohrang in the RCP8.5 scenario is 146.3 mm and in the RCP4.5 scenario, it is 53.6 mm, which is about 11.7 and 4.3 percent, respectively. In terms of the frequency of drought in the statistical period (2055-2030) on a three-month scale, in the RCP4.5 scenario, Izeh station has the highest frequency with 14 droughts, on a six-month scale, in the RCP4.5 scenario, the maximum number of droughts in Shahrekord with 16 times and on a twelve-month scale, in the RCP4.5 scenario, Kohrang station shows the highest frequency with 15 times. In the RCP8.5 scenario, Izeh station has the highest frequency with 20 drought experiences. Also, in the upcoming period, under the RCP4.5 release scenario, on the scale of three, six, and twelve, respectively, Shahrekord, Yasouj, and Lordegan stations will have eight, 11, and 27 months, and in the RCP8.5 scenario, the drought will continue the most at Masjid Sulaiman, Shushtar, and Lordegan, respectively.

    Conclusion

    The results showed that the annual long-term average of the maximum and minimum temperature in the future period compared to the base period in all eight stations had an upward trend. Also, the results showed that the maximum temperature under the 8.5RCP scenario increases more than the 4.5RCP release scenario. Also, the results showed that the Kohrang station affected by climate change will have the largest decrease in rainfall in the study area during the coming period. Also, the results showed that in all three-time scales of three, six, and 12 months in the future period, compared to the base period, there are many fluctuations in the time series of SPI and SPEI drought indices. Also, extreme drought conditions will increase in the coming period. It is expected that in the coming period, the number of dry months will be less than the number of months with normal and wet conditions. Also, when examining the drought situation using the SPEI index, it can be seen that, like the SPI index, the pattern of changes in the drought period can be recognized in the stations. It should be mentioned that the intensity of droughts calculated using the SPEI index is rarely higher than the numerical value of two. By comparing the duration and frequency of drought in the studied stations and in different time comparisons, it was found that the SPI index shows the continuity and frequency of drought in most cases compared to the SPEI index.

    Keywords: Climate Change, Runoff, Drought, SPI, SPEI, Karun}
  • سینا فرد مرادی نیا*، ابراهیم باقری، رسول جانی، آزاده فلسفیان
    مقدمه

    خشکسالی به عنوان یکی از بلایای طبیعی، اثرات قابل توجهی بر محیط زیست می گذارد. اگرچه وقوع آن غیرقابل اجتناب است، می توان با اقداماتی اثرات منفی آن را کاهش داد. آب های زیرزمینی شیرین، به دلیل پایداری و کیفیت بالا، نقش مهمی در تامین آب شرب و توسعه اقتصادی-اجتماعی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک دارند. در این مطالعه، به بررسی خشکسالی در شهرستان ماهنشان با استفاده از شاخص های مختلف پرداخته شده است. 30 سال آمار بارندگی ایستگاه ماهنشان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. برای بررسی خشکسالی اقلیمی از شاخصSPI، برای تعیین دوره های ترسالی و خشکسالی از میانگین متحرک پنج و هفت ساله بارندگی سالانه و برای بررسی خشکسالی هیدرولوژیکی از آمار چاه ها و شاخص GRI استفاده شده است. یافته ها نشان می دهد که خشکسالی های اقلیمی و هیدرولوژیکی در منطقه ماهنشان رخ داده است و بین شاخص SPI  و تغییرات تراز سطح آب همبستگی معنی داری وجود دارد. با توجه به یافته ها، خشکسالی یکی از چالش های اصلی در منطقه ماهنشان است. استفاده از شاخص های مختلف برای بررسی خشکسالی ضروری است و با برنامه ریزی مناسب می توان اثرات منفی آن را کاهش داد. در این مطالعه، فقط به یک منطقه خاص پرداخته شده و عوامل دیگر موثر بر خشکسالی و راهکارهای برای کاهش اثرات آن بررسی نشده است. هدف از این مطالعه، ارائه تصویری از وضعیت خشکسالی در منطقه ماهنشان و لزوم توجه به این پدیده در برنامه ریزی ها و اقدامات آتی است.

    مواد و روش ها

    این پژوهش از نوع کاربردی و با رویکرد توصیفی تحلیلی انجام شده است. برای جمع آوری داده ها از دو روش مطالعات کتابخانه ای و پیمایش میدانی استفاده شده است. در بخش میدانی، از روش های مختلفی مانند پرسشنامه، مصاحبه و مشاهده برای جمع آوری نظرات و دیدگاه های ساکنان منطقه، اطلاعات تخصصی از کارشناسان و بررسی میدانی منابع آب و سیستم های انتقال آب استفاده شده است. برای تکمیل اطلاعات، از سازمان های مرتبط مانند معاونت روستایی و اداره کل آب و فاضلاب روستایی استعلام شد. همچنین، با بازدید میدانی از منطقه، اطلاعات مربوط به منابع آب، تخصیص آب و سایر موارد مرتبط با خشکسالی جمع آوری و با استفاده از روش های علمی تجزیه و تحلیل و تفسیر شده اند.  برای بررسی خشکسالی اقلیمی در منطقه، از شاخصSPI  (Standard Precipitation Index) استفاده شد. این شاخص با استفاده از آمار بارندگی بلندمدت (30 ساله) محاسبه می شود و می تواند دوره های ترسالی، خشکسالی و نرمال را در منطقه نشان دهد. علاوه بر شاخص SPI، از میانگین متحرک 5 و 7 ساله بارندگی سالانه نیز برای تعیین دوره های ترسالی و خشکسالی استفاده شد. در این روش، میانگین بارندگی در یک دوره زمانی مشخص (5 یا 7 سال) محاسبه می شود و با میانگین بارندگی بلندمدت مقایسه می شود. برای بررسی خشکسالی هیدرولوژیکی در منطقه، از آمار چاه های با پراکنش مناسب و آمار بلندمدت استفاده شد. تغییرات تراز سطح آب در این چاه ها توسط شاخص GRI (Groundwater Recharge Index)  محاسبه شد. شاخص GRI نشان دهنده میزان آب ورودی به سفره های زیرزمینی است و می تواند برای بررسی وضعیت منابع آب زیرزمینی در منطقه مورد استفاده قرار گیرد.

    نتایج و بحث:

    بررسی مقادیر SPI در مقیاس های مختلف زمانی و همچنین میانگین متحرک 5 و 7 ساله بارندگی نشان دهنده کاهش بارندگی قابل توجه در منطقه ماهنشان طی 20 سال گذشته است. این روند کاهشی، نگرانی هایی را در مورد پیامدهای منفی آن بر منابع آب، کشاورزی و سایر بخش های وابسته به آب در این منطقه به وجود می آورد.بررسی شاخص GRI در مقیاس های زمانی ماهانه و سالانه نشان دهنده افت سطح آب های زیرزمینی در منطقه ماهنشان است. این افت به دلیل عدم تناسب بین تغذیه و برداشت از سفره آب زیرزمینی، به خصوص در سال های اخیر که با خشکسالی های پیاپی همراه بوده، تشدید شده است. برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی، پایداری این منابع را به خطر انداخته است.تحلیل همبستگی بین شاخص های SPI و GRI نشان دهنده وجود همبستگی معنی داری بین خشکسالی های هواشناسی و هیدرولوژیکی در منطقه ماهنشان است. این همبستگی در مقیاس های زمانی بلندتر قوی تر است. یافته ها نشان می دهد که خشکسالی های هواشناسی می توانند منجر به خشکسالی های هیدرولوژیکی در این منطقه شوند.بررسی رابطه بین خشکسالی های هواشناسی و هیدرولوژیکی با تاخیرهای زمانی یک، دو و سه ساله نشان می دهد که بین این دو نوع خشکسالی با تاخیر یک و دو ساله، همبستگی معنی داری وجود دارد. این همبستگی نشان می دهد که خشکسالی های هواشناسی با تاخیر یک و دو ساله، منجر به خشکسالی های هیدرولوژیکی در منطقه ماهنشان می شوند.

    نتیجه گیری

    نتایج این تحقیق نشان می دهد که متوسط افت سطح آب زیرزمینی در سال های مختلف متفاوت بوده است. این امر به دلیل تنوع در نوع سازند، ضریب آبگذری، شیب هیدرولیکی و میزان برداشت از سفره آب در مناطق مختلف است. در دوره 20 ساله (1375 تا 1395)، تراز آب زیرزمینی در منطقه ماهنشان به طور متوسط سالانه 45 سانتی متر افت داشته است. این امر نشان دهنده برداشت بی رویه و غیراصولی از منابع آب زیرزمینی است. خشکسالی های پیاپی نیز باعث تشدید روند افت آب های زیرزمینی شده است. غیر از بارندگی، عوامل دیگری مانند برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی نیز بر افت آب های زیرزمینی تاثیر می گذارند. مقایسه شاخص  SPI (خشکسالی اقلیمی) و GRI  (منابع آب زیرزمینی) نشان می دهد که بین این دو شاخص در مقیاس های زمانی ماهانه و سالانه، رابطه معنی داری وجود دارد. این رابطه نشان می دهد که خشکسالی اقلیمی با تاخیر دو ساله، بر افت آب های زیرزمینی در منطقه ماهنشان تاثیر می گذارد. در مجموع، نتایج این تحقیق نشان می دهد که منطقه ماهنشان با چالش جدی کمبود آب و خشکسالی مواجه است. برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی و خشکسالی های پیاپی، این چالش را تشدید کرده اند.

    کلید واژگان: آب های زیرزمینی, استان زنجان, SPI, GRI, خشکسالی هیدرولوژیکی}
    Sina Fard Moradinia*, Ebrahim Bagheri, Rasool Jani, Azadeh Falsafian
    Introduction

    Drought, as one of the natural disasters, has significant impacts on the environment. Although its occurrence is inevitable, its negative effects can be mitigated by taking measures. Freshwater groundwater, due to its sustainability and high quality, plays an important role in providing drinking water and socio-economic development, especially in dry and semi-arid regions. In this study, drought in Mahneshan County was investigated using various indices. 30 years of rainfall data from Mahneshan station were analyzed. To investigate climatic drought, the SPI index was used, to determine wet and dry periods, the 5 and 7 year moving averages of annual rainfall were used, and to investigate hydrological drought, well data and the GRI index were used. The findings show that climatic and hydrological droughts have occurred in the Mahneshan region and that there is a significant correlation between the SPI index and groundwater level changes. According to the findings, drought is one of the main challenges in the Mahneshan region. The use of various indices to investigate drought is necessary and its negative effects can be mitigated with proper planning. This study only focuses on a specific region and other factors affecting drought and ways to reduce its effects are not investigated. The aim of this study is to provide an overview of the drought situation in the Mahneshan region and the need to pay attention to this phenomenon in future planning and actions.

    Materials and Methods

    This study is of an applied nature with a descriptive-analytical approach. To collect data, two methods were used: library studies and field surveys. In the field section, various methods were used, such as questionnaires, interviews, and observations, to collect the opinions and views of the local residents, expert information from specialists, and field surveys of water resources and water transmission systems. To complete the information, inquiries were made from relevant organizations such as the Rural Affairs Deputy and the Rural Water and Sewerage Administration. Also, by visiting the region in the field, information related to water resources, water allocation, and other drought-related matters were collected and analyzed and interpreted using scientific methods. To investigate climatic drought in the region, the Standard Precipitation Index (SPI) was used. This index is calculated using long-term rainfall data (30 years) and can show wet, dry, and normal periods in the region. In addition to the SPI index, the 5 and 7 year moving averages of annual rainfall were also used to determine wet and dry periods. In this method, the average rainfall in a specific period of time (5 or 7 years) is calculated and compared with the long-term average rainfall. To investigate hydrological drought in the region, data from wells with appropriate distribution and long-term data were used. Changes in groundwater level in these wells were calculated by the Groundwater Recharge Index (GRI). The GRI indicates the amount of water entering the groundwater and can be used to assess the status of groundwater resources in the region.

    Results and Discussion

    Analysis of SPI values at different time scales and 5 and 7 year moving averages of rainfall indicates a significant decrease in rainfall in the Mahneshan region over the past 20 years. This downward trend raises concerns about its negative consequences for water resources, agriculture and other water-dependent sectors in the region.Analysis of the GRI index on monthly and annual time scales indicates a decline in groundwater levels in the Mahneshan region. This decline has been exacerbated due to the imbalance between recharge and withdrawal from the groundwater table, especially in recent years with consecutive droughts.Overexploitation of groundwater resources has threatened the sustainability of these resources.Correlation analysis between the SPI and GRI indices indicates a significant correlation between meteorological and hydrological droughts in the Mahneshan region. This correlation is stronger at longer time scales. The findings show that meteorologicaldroughts can lead to hydrological droughts in the region.Analysis of the relationship between meteorological and hydrological droughts with time lags of one, two and three years shows that there is a significant correlation between these two types of droughts with lags of one and two years. This correlation shows that meteorological droughts with lags of one and two years lead to hydrological droughts in the Mahneshan region.

    Conclusion

    The Mahneshan region has faced a decline in groundwater levels and frequent and severe droughts over the past two decades. Studies show that:The average annual decline in groundwater level has varied over the years. This is due to the diversity in formation type, permeability, hydraulic gradient, and the amount of groundwater withdrawal in different regions. In the 20-year period (1375 to 1395), the groundwater level in the Mahneshan region has dropped by an average of 45 cm annually. This indicates the excessive and unsustainable withdrawal of groundwater resources. Repeated droughts have also exacerbated the trend of groundwater decline. In addition to rainfall, other factors such as overexploitation of groundwater resources also affect groundwater decline. A comparison of the SPI (climatic drought) and GRI (groundwater resources) indices shows that there is a significant relationship between these two indices on monthly and annual time scales. This relationship shows that climatic drought, with a 2-year lag, affects groundwater decline in the Mahneshan region. The lag time between climatic drought and groundwater decline can vary in different parts of the basin, depending on the diversity of formation type and geological characteristics and different groundwater withdrawals.Overall, the results of this study show that the Mahneshan region faces a serious challenge of water scarcity and drought. Overexploitation of groundwater resources and repeated droughts have exacerbated this challenge.

    Keywords: GRI, Groundwater, Hydrological Drought, SPI, Zanjan Province}
  • محمد خالدی علمداری، ابوالفضل مجنونی هریس*، احمد فاخری فرد

    دستیابی به راهکارهای استفاده از اطلاعات آب وهوا در راستای پیاده سازی استراتژی های مدیریت ریسک و به تبع آن افزایش آمادگی و کاهش آسیب پذیری در برابر تغییرات آب وهوایی تحت عنوان مدیریت ریسک یکی از چالش هایی است که جامعه کشاورزی با آن مواجه است. در این میان، خشکسالی از عمده منابع مخاطره آمیز برای سیستم های کشاورزی به شمار می آید و این تهدید غالبا در شرایط کشت دیم خود را به صورت ویژه ای نشان می دهد. در این پژوهش شاخص خشکسالی در طول دوره رشد گندم دیم و عملکرد آن در منطقه تبریز واقع در شرق دریاچه ارومیه با هدف توسعه مدل مبتنی بر توابع مفصل به منظور تعیین احتمالات توام ریسک عملکرد گندم دیم و وضعیت های مختلف خشکسالی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل، مناسب ترین توزیع آماری برای شاخص خشکسالی و عملکرد به ترتیب نرمال و لوجستیک می باشد. این توزیع ها به صورت مشترک در تابع مفصل منتخب کلایتون با شاخص های ارزیابی AIC و RMSE که مقادیر آن ها به ترتیب -11.10 و 0.036 می باشد لحاظ و احتمالات توام شرایط مورد نظر را ارایه می کنند. نتایج نشان داد که احتمال تجمعی رویداد ریسک عملکرد و وقوع خشکسالی به طور کلی در حدود 33 درصد برآورد می گردد که با تفکیک احتمال وقوع توام، منوط به وقوع خشکسالی ملایم، متوسط، شدید و بسیار شدید، مقادیر احتمال رویداد به ترتیب برابر با 18.43، 7.82، 4.26 و 2.32 درصد می باشد؛ لذا احتمال وقوع توام ریسک عملکرد در شرایط مختلف خشکسالی متفاوت بوده و به عنوان رویداد حاد، با شدت یافتن وضعیت خشکسالی، احتمال وقوع توام نیز کاهش می یابد.

    کلید واژگان: آنالیز ریسک, کاپولای ارشمیدسی, کاپولای بیضوی, ریسک خشکسالی, SPI}
    Mohammad Khaledi-Alamdari, Abolfazl Majnooni-Heris *, Ahmad Fakheri-Fard
    Background and Objectives

    A combined assessment of drought risk and associated impacts on crop production based on a probabilistic approach seems appropriate to understand the multivariate nature of drought risk in agriculture. To overcome the problems caused by drought impact detection, several approaches have been developed in recent decades. Among the multivariate analysis approaches, copula functions are very popular. Copulas use univariate marginal distributions to form a joint distribution. The joint distribution can be described by the corresponding marginal distributions and copula functions that describe the dependency structure. In this research, using the statistical precipitation data in the Tabriz plain in eastern part of Lake Urmia basin, and yield of rainfed wheat in this area, a model based on copula functions was developed to determine the diffrent probabilities of yield risk and different drought conditions. Also, the application of copula functions related to rainfed wheat yield in this region was performed for the first time, and the presented method will be applicable to other areas and other crop cultivation.

    Methodology

    In the case of meteorological drought, the basis for calculating the degree of drought is determined by comparing the amount of precipitation with the long-term average or its normal values. The SPI index is considered to be an appropriate and powerful index to use as a time scale droughts monitoring. Basically, SPI was created to detect the lack of precipitation on multiple time scales. Among the reasons that make the use of this index so popular, we can mention the standard nature of this index as it can be used in regional studies and establish a temporal relationship between drought events in different parts of the same area. The SPI index is a dimensionless index and its more negative values show the more severe the drought.
    Analysis of variables individually is easy and can be analyzed by statistical distribution functions; but statistical analysis joint variables is very complicated and impossible in most cases. If the correlation criterion of these variables is known, their joint probability distribution can be obtained using copula functions. Using copula functions for modeling has a high degree of flexibility as it is possible to choose different marginal distributions to create a multivariate model. Copulas are functions that form a bivariate or multivariate distribution based on two or more univariate marginal functions. Several copula functions can be used to construct a two-dimensional joint distribution of hydrological and agricultural variables, among which Archimedean and elliptical copula families are the most commonly used. In the present study, six copula functions are used and the parameters of the paired functions are determined using the two-stage maximum likelihood method, which estimates the parameters of the marginal distribution and the copula function by forming two likelihood functions. In order to investigate joint probability of rainfed wheat yield and drought index, the time series of rainfed wheat yield in the Tabriz Plain region and SPI index during the last 30 years from 1990 to 2020 was applicated in this study.

    Findings

    In general, the improvement in agricultural methods, investments and technological advances during this period have led to a continuous increase in crop yield, however, a sharp drop in crop yield is clearly evident at times during the reporting period. In this research, to ensure that the observed trend does not affect the results, the Copula model was built using the detrended time series data by removing the trend in the values and the variance in the yield data. Based on the results obtained, crop production decreases dramatically during severe droughts, so such sensitivity to moisture deficits caused by low rainfall after several wet years can be attributed to farmers' expectations and management policies driven by high productivity during the previous ones wet years were determined.
    To use series of standardized yield and growing season SPI in copula, the most appropriate distributions were selected and used, logistic and normal, respectively. Also, according to the calculated Kendall correlation (0.35), the best fit joint was Claytons function with AIC = -11.10, RMSE = 0.036 and used to construct the joint probability distribution of the standardized yield series of rainfed wheat and SPI of growth Period. Results showed that the cumulative probability of yield risk event in mild, moderate, severe, and very severe drought was 18.42, 7.82, 4.26, and 2.32 percent, respectively,and for an overall rainfed wheat yield risk and drought condition is about 33%. Meanwhile, the probability of rainfed wheat yield risk and non-drought events is only about 7% and joint probability of yield risk and SPI>1 is so close to zero.

    Conclusion

    In the current research, the probability of occurrence of the rainfed wheat yield risk and drought conditions was extracted by copula functions. Based on the results obtained, most changes in yield occur when the drought index is in the range greater than -1.5. In other words, in the conditions of severe and very severe drought, the yield of rainfed wheat does not show noticeable changes in probability. The opposite situation can also be observed for the situation of very wet years, that when there is high amounts of precipitation and the drought index show values higher than 1.5, the yield of the crop does not show much change. Thus, the SPI must be greater than one in order to achieve the desired yield and not be at risk of rainfed wheat yield, which in this study is considered to be a standardized yield values greater than zero. Because in this range of SPI, the joint probability of yield risk is estimated to be very close to zero. Therefore, this threshold can be introduced as the rainfed wheat yield safety threshold, but depending on the situation of the region and the drought index, the drought threshold (SPI<0) contains cumulative probability about 33% of the rainfed wheat yield risk.

    Keywords: Archimedean copula, Drought risk, Elliptical copula, Risk analysis, SPI}
  • طاهر فرهادی نژاد*، ایرج ویس کرمی، مهران زند
    مقدمه

    خشکسالی، می تواند اثرات منفی جدی بر کیفیت آب مورد نیاز برای کشاورزی آبی داشته باشد. سازندهای زمین شناسی منطقه باعث افزایش غلظت عناصر جزیی و کمیاب سمی در آب ها می شود و از طرف دیگر، فعالیت های انسان منجر به آلودگی آب در مناطق مجاور می شود. در این پژوهش، به بررسی اثر خشکسالی بر کیفیت آب های سطحی، اثر عوامل مختلف از جمله سازندهای زمین شناسی و کاهش یا افزایش بارندگی و دمای هوا بر کیفیت منابع آب، چگونگی تغییرات کیفی آب، تعیین محدودیت های مصرف آب در بخش شرب و کشاورزی پرداخته شود. 

    مواد و روش ها

    حوضه رودخانه تیره، با مساحت 3243.6 کیلومتر مربع به عنوان یکی از زیرحوضه های رودخانه دز و زیرمجموعه ای از حوضه کارون محسوب می شود. برای بررسی تاثیر خشکسالی بر کیفیت منابع آب سطحی، ابتدا شاخص های بارندگی استاندارد (SPI)، شاخص استاندارد جریان های رودخانه ای (SSI) و شاخص دهک ها (DI) محاسبه شد و سپس روابط آن ها با عناصر و ترکیبات هدایت الکتریکی (EC)، کل جامدات محلول (TDS)، pH و آنیون های کلر (Cl-)، سولفات (SO42-) ، بی کربنات (HCO3-)، کاتیون های سدیم (Na)، کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg) مورد بررسی قرار گرفت. برای ترسیم الگوی خشکسالی ها سه ایستگاه هیدرومتری تنگ محمد حاجی (بالادست)، رحیم آباد سیلاخور (میانه) و ایستگاه تیره-درود (خروجی) مورد بررسی قرار گرفته اند.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان داد که شدیدترین خشکسالی های هیدرولوژیک با تداوم دو ساله و کمینه SSI به مقدار 1.23- در ایستگاه تنگ محمد حاجی در سال های آبی 87 و 88 و ایستگاه تیره-درود با تداوم چهار ساله (1.19-) و ایستگاه رحیم آباد سیلاخور با تداوم سه ساله (1.16-) برای سال های آبی 91، 92، 93 و 94 رخ داده است. بررسی داده های دبی و بارش زیرحوضه های تیره نشان داد که بین دبی و بارش (SPI و SSI) ایستگاه های تنگ محمدحاجی و رحیم آباد دارای همبستگی متوسط مثبت در سطح معنی داری 0.05 بوده (0.526 =R2). بررسی روابط دبی سالانه و پارامترهای کیفیت آب نشان داد که برای بیشتر پارامترها مثل TDS، هدایت الکتریکی، کلر و مجموع آنیون ها و کاتیون ها همبستگی منفی بوده، به طوری که بیشینه تمرکز غلظت پارامترهای کیفیت در خشکسالی ها رخ داده است. در ایستگاه تنگ محمدحاجی بیشترین درصد تغییرات مربوط به سدیم و کلر به ترتیب با 62.55 و 39.70 درصد در سال های خشک نسبت به میانگین بلندمدت است. نتایج این پژوهش نشان داد که در ایستگاه های مورد بررسی در حوضه رودخانه تیره، درصد تغییرات مربوط به کلسیم، منیزیم و سدیم و آنیون های کربنات و کلر در سال های خشک نسبت به میانگین بلندمدت افزایش پیدا کرده است. همه ایستگاه های حوضه تیره دوره خشکسالی هیدرولوژیک نسبتا خشک (0.84- تا 1.28-) را گذرانده، هیچ کدام متحمل خشکسالی هیدرولوژیک شدید نشده اند.

    نتیجه گیری

    بررسی داده های دبی و بارش زیرحوضه های تیره نشان می دهد که بین دبی و بارش (SPI و  SSI) ایستگاه تنگ محمد حاجی که یک زیرحوضه بالادستی تیره است، دارای همبستگی متوسط مثبت در سطح معنی داری 0.05 بوده، در ایستگاه رحیم آباد که در میانه حوضه تیره قرار دارد، نیز از نظر پیرسون در سطح معنی داری 0.05 دارای همبستگی است. در ایستگاه خروجی حوضه تیره بین متغیرهای دبی و بارش همبستگی معنی دار مشاهده نمی شود که می تواند ناشی از بارش برف و ماندگاری برف در ارتفاعات از سال آبی قبل، احداث سد مروک در بالادست حوضه و همچنین آب گیری تالاب بیشه دالان سیلاخور در خشکسالی ها و برداشت فراوان آب از رودخانه تیره برای کشاورزی باشد. حوضه بالادست ایستگاه تنگ محمدحاجی کاملا آهکی بوده که باعث تغییر در پارامترهای کلسیم، TDS، EC و غیره شده است. در ایستگاه رحیم آباد سیلاخور و خروجی تیره نیمی از مساحت حوضه اختصاص به سنگ های نفوذی مثل گرانیت و گرانودیوریت که باعث افزایش پتاسیم و کلسیم می شود. در ایستگاه های مورد بررسی در حوضه رودخانه تیره درصد تغییرات مربوط به کلسیم، منیزیم و سدیم و آنیون های کربنات و کلر در سال های خشک نسبت به میانگین بلندمدت افزایش پیدا کرده است. به طور کلی، می توان نتیجه گیری کرد که خشکسالی می تواند اثرات منفی بر پارامترهای کیفی آب در حوضه رودخانه تیره داشته باشد.

    کلید واژگان: آزمون همبستگی, حوضه رودخانه کارون, DI, SPI و SSI}
    Taher Farhadinejad *, Iraj Vayskarami, Mehran Zand
    Introduction

    Drought can have serious negative effects on the quality of water needed for irrigated agriculture. The geological formations of the region increase the concentration of minor and rare toxic elements in the waters, and on the other hand, human activities lead to water pollution in the nearby areas. In this research, the effect of drought on the quality of surface water, the effect of various factors such as geological formations and the decrease or increase of rainfall and air temperature on the quality of water resources, how the quality of water changes, determining the limits of water consumption in the drinking sector and agriculture should be paid.

    Materials and methods

    The Tirah River Basin with an area of 3243.6 square kilometers is considered as one of the sub-basins of the Dez River and a subset of the Karun Basin. The Standardized Precipitation Index (SPI), Standard StreamFlow Index (SSI) and Decimal Index (DI) were used to calculate standard drought indices. Elements and compounds of electrical conductivity (Ec), Total dissolved solids (TDS), pH and Anions of chlorine (Cl-), Sulfate (SO42-), Bicarbonate (HCO3-), Sodium (Na), Calcium (Ca) and Magnesium cations (Mg) were investigated. To draw the pattern of droughts, 3 hydrometric stations of Teng Mohammad Haji (upstream), Rahimabad Silakhor (middle) and Tir-Droud (outlet) stations were tested.

    Results and discussion

    The most severe hydrological droughts with a duration of 2 years and a minimum SSI value of -1.23 in the Teng Mohammad Haji Station in the water years of 2009 and 2010 and the Tir-Droud Station with a duration of 4 years (-1.19) and the Rahimabad Silakhor Station with a duration of 3 years (-1.16) occurred for the water years 2012, 2013, 2014 and 2015. The analysis of discharge and precipitation data of Teir sub-basins showed that between the discharge and precipitation (SPI and SSI) of Tang Mohammadhaji and Rahimabad Stations, there was an average positive correlation at a significant level of 0.05 (R2=0.526). Examining the relationship between annual discharge and water quality parameters showed that there was a negative correlation for most parameters such as TDS, EC, chlorine, the total of anions and cations, so that the maximum concentration of quality parameters occurred in droughts. In Tang Mohammadhaji Station, the highest percentage of changes was related to sodium and chlorine, respectively, with 62.55 and 39.70% in dry years compared to the long-term average. The results of this research showed that the percentage of changes in calcium, magnesium, sodium, carbonate and chloride
     increased in dry years compared to the long-term average in the studied stations in the Tirah River Basin. All the stations in the Tirah Basin have passed the period of relatively dry hydrological drought (-0.84 to -1.28) and none of them have suffered severe hydrological drought.

    Conclusion

    The analysis of discharge and precipitation data of dark sub-basins shows that between discharge and precipitation (SPI and SSI) of Tang Mohammad Haji Station, which is an upstream sub-basin of dark, there is an average positive correlation at a significant level of 0.05 and in Rahim Abad Station, which is in the middle of the basin It is located in Tire, and according to Pearson, it has a correlation at a significant level of 0.05 at the exit station of Tire basin, no significant correlation is observed between discharge and precipitation variables, which can be caused by snowfall and the persistence of snow in the heights from the previous water year, the construction of Meruk Dam. In the upper part of the basin, as well as the water intake of Bishehdalan Silakhor Wetland in droughts and abundant water harvesting from the Tirah River for agriculture. The upstream basin of Tang Mohammadhaji Station is completely calcareous, which has caused changes in parameters of calcium, TDS, EC, etc. In Rahimabad Silakhor Station and Tire outlet, half of the area of the basin is dedicated to intrusive rocks such as granite and granodiorite, which increases potassium and calcium. In the studied stations in Tirah River Basin, the percentage of changes related to calcium, magnesium and sodium, and carbonate and chlorine anions have increased in dry years compared to the long-term average. In general, it can be concluded that drought can have negative effects on water quality parameters in Tirah River Basin.

    Keywords: Correlation test, DI, Karun river basin, SPI, SSI}
  • مهتاب فرامرزپور، علی صارمی*، امیر خسروجردی، حسین بابازاده

    خشک‏سالی یکی از پدیده‏های مخرب است که می‏تواند تاثیرات منفی زیادی بر منابع آب و نیازهای آبی بگذارد. مدل‏های یادگیری ماشین یکی از ابزارهای سودمند در پیش‏بینی‏های سری زمانی هستند که می‏توانند پیش‏بینی مناسبی بدون داشتن اطلاعات اساسی از یک سامانه ارایه دهند. بنابراین، در این تحقیق از مدل‏های شبکه عصبی فازی (ANFIS) و حداقل مربعات رگرسیون بردار پشتیبان (LSSVR) برای پیش‏بینی شاخص خشک‏سالی هواشناسی (SPI) و شاخص خشک‏سالی هیدرولوژیکی (SDI) برای یک دوره (1380-1398) استفاده شد. از ایستگاه‏ های هواشناسی و هیدرولوژیکی آجی‏چای در محدوده مطالعاتی عجب‏شیر به ترتیب برای محاسبه شاخص‏های خشک‏سالی SPI و SDI استفاده شد. به منظور پیش‏ بینی شاخص SPI داده ‏های بارش و برای شاخص SDI داده ‏های دبی به ‏عنوان پارامترهای ورودی به مدل‏ها در نظر گرفته شدند. نتایج شاخص‏های خشک‏سالی نشان داد طی دوره مورد بررسی، طی سال‏های 1385-1390 خشک‏سالی هواشناسی و از 1386 تا 1390 خشک‏سالی هیدرولوژیکی شدیدتر بوده است (SPI<-3). نتایج پیش‏بینی شاخص‏ها نیز نشان داد عملکرد مدل LS-SVR بهتر از ANFIS در هر دو شاخص بوده است. LS-SVR با شاخص ارزیابی خطای RMSE و MAPE برای SPI به ترتیب 74/0 و 59/0 پیش‏بینی کرد که این مقادیر برای SDI به ترتیب 62/0 و 46/0 به دست آمد. نتایج این تحقیق نشان داد مدل‏های یادگیری ماشین ابزار مناسبی برای پیش‏بینی شاخص‏های خشک‏سالی هستند. لذا استفاده از آن‏ها برای پیش‏بینی شاخص‏های خشک‏سالی در سایر محدوده‏های مشابه پیشنهاد می‏شود.

    کلید واژگان: پیش بینی, عجب شیر, یادگیری ماشین, SPI, SDI}
    Mahtab Faramarzpour, Ali Saremi *, Amir Khosrojerdi, Hossain Babazadeh

    Drought is one of the destructive phenomena with adverse impacts on water resources and water needs. Machine-learning models are among the helpful tools in time-series prediction that can provide suitable results without the requirements for basic information about a system. In this study, adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) and least square support vector regression (LSSVR) models were utilized to predict the standardized precipitation index (SPI) as a meteorological drought indicator and streamflow drought index (SDI) as a hydrological drought indicator for a period (2001-2019). Ajabshir, located in the northwest of Iran, was selected as the study area, where the data of Qaleh Chay meteorological and hydrological stations were used to calculate SPI and SDI, respectively. The precipitation and flow rate data were considered input variables of the machine-learning models in predicting the SPI and SDI, respectively. The results revealed that during the period under review, meteorological drought was more severe in 2004-2011. While in this period, hydrological drought was more severe in 2007-2011 (SPI<-3). Moreover, the prediction results of the indices showed that the performance of the LSSVR model was better than that of ANFIS for both indicators. Using LSSVR, the RMSE and MAPE error evaluation criteria for SPI were 0.74 and 0.59, respectively, while these values for SDI were obtained as 0.62 and 0.46, respectively. The findings of this study show that machine-learning models are suitable tools for predicting drought indicators. Therefore, it is suggested to use such models in predicting drought indicators in other similar regions.

    Keywords: Prediction, Ajab Shir, Machine learning, SPI, SDI}
  • زهرا سنایی، رضا مدرس*، پوریا محیط اصفهانی

    تغییرات مکانی و زمانی تولید خالص اولیه (Net Primary Production, NPP) نسبت به خشکسالی از معیارهای اساسی تعیین کننده وضعیت اکوسیستم های مرتعی است. پژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرات NPP  و ارتباط آن با خشکسالی انجام گرفت. سری زمانی ماهانه داده های NPP برای کاربری های مرتع کشور از حاصل جمع تولیدات فتوسنتز خالص (PSN) هشت روزه سنجنده مودیس (MOD17A2H) با مقیاس مکانی 500 متر طی دوره ی زمانی 2000 تا 2022 تهیه شد. همچنین داده های بارش ماهانه 165 ایستگاه سینوپتیک برای محاسبه شاخص بارش استاندارد و پایش خشکسالی ها طی این دوره  از سازمان هواشناسی  کشور اخذ گردید. نتایج نشان داد که بیشترین مقادیر تولید خالص اولیه با متوسط بیش از gC.m-2.month-1 50، طی فصل بهار و اوایل تابستان در مناطق مرطوب اتفاق می افتد. یافته های این پژوهش نشان داد که NPP در اکوسیستم های مرتعی ایران رو به افزایش است و بطور متوسط تولید خالص اولیه کل اکوسیستم های مرتعی کشور حدود gC.m-2.yr-1 13± 112/6 است. به عبارتی حدود 76 میلیون تن کربن در سال توسط گیاهان موجود در اکوسیستم های مرتعی کشور ترسیب می شود. روند تغییرات سری ماهانه NPP به دلیل تاثیرپذیری ازخاصیت فصلی معنادار نشد ولی تغییرات سالانه NPP در تمام مناطق روند افزایشی معناداری را نشان داد.

    کلید واژگان: تولید خالص اولیه, شاخص بارش استاندارد, آزمون تحلیل روند, بارش ماهانه, سنجنده مودیس}
    Z. Sanaee, R. Modares*, P. Mohit Esfahani

    The present study was conducted to investigate NPP changes and its relationship with drought. The monthly time series of NPP for the country's rangelands was prepared from the sum of net photosynthesis production (PSN) of the eight-day MODIS sensor (MOD17A2H) with a spatial scale of 500 m for 2000 to 2022.The monthly rainfall data of 165 synoptic stations were obtained from the National Meteorological Organization to calculate the Standard Precipitation Index (SPI) and monitor droughts in this period. Box plots of precipitation and NPP were prepared and showed that the highest values of NPP with an average of more than 50 gC.m-2month-1 occur during spring and early summer in humid areas. Results showed that NPP is increasing in Iran's rangeland ecosystems, and on average, the NPP of all rangeland ecosystems in the country is about 112.6 ± 13 gC.m-2.year-1  ,in other words, about 76 million tons of carbon per year. It is absorbed by the plants in the rangeland ecosystems of the country. The trend of changes in the monthly series of NPP was not significant due to the influence of seasonal characteristics, but the annual changes of NPP showed a significant trend of increase in all regions.

    Keywords: NPP, SPI, trend analysis test, monthly precipitation, MODIS sensor}
  • علی حبیب زاده تیلمی، کاکا شاهدی*، محمود حبیب نژاد روشن
    مقدمه و هدف

    خشکسالی به‎ عنوان یک پدیده اقلیمی از جمله مهم ترین مخاطرات طبیعی به‎شمار می رود که با شروع آهسته شناخته می شود و ممکن است اثرات متعددی بر هیدرولوژی، کشاورزی و شرایط اجتماعی-اقتصادی داشته باشد. پایش خشکسالی شامل شدت آن، توزیع مکانی و مدت آن است و به یک ورودی ضروری برای ایجاد مدیریت ریسک خشکسالی و برنامه کاهش آن تبدیل می شود. شاخص های خشکسالی زیادی در دهه های اخیر در مناطقی با ویژگی های اقلیمی متفاوت معرفی و به کار گرفته شده اند.

    مواد و روش ها

    در این مطالعه، خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی حوضه آبریز تجن در استان مازندران با استفاده از شاخص های بارش استاندارد شده (SPI) و جریان سطحی استاندارد شده (SSI) مورد ارزیابی و پایش قرار گرفت، به این منظور، داده های شش ایستگاه باران سنجی و هشت ایستگاه هیدرومتری در دوره زمانی 1399-1369، رفع نواقص و تکمیل شدند سپس آزمون همگنی و نرمال بودن روی آنها انجام شد. در نهایت روند خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی با دو شاخص مذکور بر مبنای آزمون من-کندال و تخمین گر شیب سن در نرم افزار MAKESENS تحلیل شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که شاخص SPI در مقیاس یک ماهه دارای بیشترین عکس العمل نسبت به بارش است به‎طوری که کمترین میزان آن در ایستگاه کردخیل با مقدار 3/31- شدیدترین خشکسالی بوده که در فروردین ماه سال 1371 رخ داده است. از طرفی، همه ایستگاه های باران سنجی پدیده خشکسالی در آنها رخ داده و از نظر زمانی با گذر زمان شدت آن افزایش یافته است. با توجه به شاخص SSI، خشکسالی هیدرولوژیکی نیز در همه ایستگاه های هیدرومتری با شدت های مختلف رخ داده است. روند این شاخص ها نیز بیانگر افزایش شدت و فراوانی خشکسالی با گذشت زمان در حوضه آبریز مورد مطالعه بوده است.

    نتیجه گیری

    در ایستگاه های دارابکلا و کردخیل شاخص SPI دارای بیشترین تعداد سال های وقوع و بیشترین شدت خشکسالی است. در ایستگاه دارابکلا فراوانی خشکسالی متوسط، شدید و خیلی شدید نیز نسبتا بالا می باشد. خشکسالی خیلی خیلی شدید در ایستگاه اداره ساری از نظر فراوانی دارای بیشترین مقدار بوده که نشان می دهد بیشترین خطر وقوع خشکسالی در مناطق دشتی و جلگه ای حوضه وجود داشته است. نتایج روند با آزمون من-کندال بیانگر افزایش خشکسالی و کاهش بارندگی در حوضه آبریز تجن می باشد. با توجه به تغییرات اقلیمی، افزایش تقاضا به‎ دلیل افزایش جمعیت و کاهش بارندگی، رخداد خشکسالی در آینده ممکن است با فروانی و شدت بیشتری رخ دهد که می تواند خسارات زیادی برای کشاورزی و سایر بخش های منطقه داشته باشد. شاخص SSI در ایستگاه های هیدرومتری نشان دهنده کاهش جریان و وقوع خشکسالی هیدرولوژیکی در حوضه است.

    کلید واژگان: آزمون من کندال, تجن, شاخص خشکسالی, SPI, SSI}
    Ali Habibzadeh Tilami, Kaka Shahedi*, Mahmood Habibnejad Roshan
    Introduction and Objective

    Drought as a climatic phenomenon is considered as one of the most important natural hazards, which is known for its slow onset and may have multiple effects on hydrology, agriculture and socio-economic conditions. Drought monitoring includes its severity, spatial distribution, and duration, and becomes an essential input for establishing drought risk management and mitigation plans. Many drought indicators have been introduced and applied in recent decades in regions with different climatic characteristics.

    Material and Methods

    In this study, the meteorological and hydrological drought of Tajan watershed in Mazandaran province was evaluated and monitored using standardized precipitation index (SPI) and standardized streamflow index (SSI). For this purpose, firstly, the data of six stations Rain gauges and eight hydrometric stations were used in the period of 1990-2020, after removing the statistical deficiencies and completing the data of rainfall, flow rate, homogeneity and normality of the data. Finally, the meteorological and hydrological drought process was analyzed with the mentioned two indicators using Mann-Kendall test and Sen slope estimator in MAKESENS software.

    Results

    The results showed that the SPI index has the highest response to rainfall on a one-month scale, so that its lowest value was at Kordkheil station with a value of -3.31, the most severe drought that occurred in April 2011. On the other hand, droughts have occurred in all rain gauge stations and their intensity has increased over time. According to the SSI index, hydrological drought has also occurred in all hydrometric stations with different intensities. The trend of these indicators also shows the increase in intensity and frequency of drought with the passage of time in the studied watershed.

    Conclusion

    In Darabkola and Kordkheil stations, the SPI index has the highest number of years of occurrence and the highest intensity of drought. In Darabkola station, the frequency of moderate, severe and very severe droughts are relatively high. Very, very severe drought in Edareh Sari station has the highest amount in terms of frequency, which indicates that there is the greatest risk of drought occurrence in the plains and plains of the basin. The results of the trend with the Mann-Kendall test indicate an increase in drought and a decrease in rainfall in the Tajan watershed. Due to climate changes, increase in demand due to increase in population and decrease in rainfall, the occurrence of drought in the future may occur with more frequency and intensity, which can cause great damage to agriculture and other parts of the region. The SSI index in hydrometric stations indicates the decrease in flow and the occurrence of hydrological drought in the basin.

    Keywords: Drought Index, Mann-Kendall Test, SPI, SSI, Tajan Watershed}
  • پیام ابراهیمی*
    مقدمه و هدف

    استفاده از شبیه سازی های ترکیب شده با نمایه ی خشک سالی دقت پیش بینی را افزایش می دهد. رویکرد اکتشافی زمینه ی هشدار اثرهای خشک سالی و امکان ساز و کارهای حمایت مالی و بیمه ای جوامع محلی را فراهم می کند. مهم ترین بخش، کاهش آثار خشک سالی و بهبود دقت سامانه های پیش بینی کننده است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش دقت شبیه سازی جدید انفیس ترکیب شده با محاسبه ی عددی فراابتکاری کلونی مورچه ها در پیش بینی خشک سالی با شبیه سازی انفیس معمولی مقایسه شد. عملکرد شبیه سازی با استفاده از خطای جذر میانگین مربع ها، میانگین مطلق خطا و ضریب تعیین ارزیابی شد.

    نتایج و بحث:

    اعتبارسنجی شبیه سازی در نمایه ی 3 ماهه نشان داد اندازه ی خطای مطلق و خطای جذر میانگین مربع ها در ایستگاه زابل با کاربرد شبیه سازی انفیس کمتر است. در این پژوهش در آبخیز زابل، شبیه سازی های انفیس (سامانه ی بهره وری عصبی حالتی سازگار) و انفیس همراه با محاسبه ی عددی فراابتکاری کلونی مورچه ها برای پیش بینی خشک سالی بررسی شد. نتایج نشان داد که پیش بینی خشک سالی با استفاده از داده های بارش ماهانه ی ایستگاه های هم دید زابل (1399-1362)، زهک (1399-1373) و روش بهینه سازی کلونی مورچه ها سبب بهبود عملکرد شبیه سازی انفیس شده است. اندازه ی آزمون ضریب تعیین پیش بینی شبیه سازی انفیس همراه با محاسبه ی عددی فراابتکاری کلونی مورچه ها در بازه های 3، 6، 9 و 12 ماهه، به ترتیب برابر با 0/738، 0/854، 0/801 و 0/898 در ایستگاه زابل و 0/792، 0/804، 0/759 و 0/887 در ایستگاه زهک بود. علاوه بر این شبیه سازی انفیس-کلونی مورچه ها ضریب تعیین بالاتری داشت. اعتبارسنجی شبیه سازی نمایه ی 3 ماهه شبیه سازی انفیس-کلونی مورچه ها اندازه ی خطای مطلق و خطای جذر میانگین مربع ها کمتر و ضریب تعیین آن بالاتر بود. در ایستگاه زهک نیز شبیه سازی انفیس در آموزش 3 ماهه دقت بالاتری داشت، اما در بخش اعتبارسنجی برتری با شبیه سازی انفیس-کلونی مورچه ها بود. به طورکلی در نمایه ی SPI سه ماهه، آموزش شبیه سازی انفیس دقت بالاتری داشت اما در اعتبارسنجی شبیه سازی انفیس-کلونی مورچه ها برتری داشت.

    نتیجه گیری و پیشنهادها:

    بهینه سازی با کاربرد کلونی مورچه ها مبتنی بر جمعیت داده ها به تدریج راه حل های پیشنهاد شده را به راه حل بهینه ی سراسری نزدیک می کند. این مسیله سبب افزایش کارایی محاسبه ی عددی کلونی مورچه ها در مقایسه با انفیس در پیش بینی خشک سالی شد. شبیه سازی انفیس ترکیب شده با کلونی مورچه ها خصوصیت کارایی برای مسایلی با مقیاس بزرگ در زمان کوتاه از روش خود تنظیمی پیشنهاد داد. این خصوصیت ها برای داده های طبیعی دارای الگوی هندسی نامنظم و یا داده های ثبت شده با حجم بالا هزینه ی محاسباتی را کاهش دادند. شبیه سازی هایی که بهینه سازی می کنند در نقاط بهینه محلی دچار خطا می شوند. این در حالی است که شبیه سازی انفیس-کلونی مورچه ها فضای شبیه سازی برای پیش بینی خشک سالی را سراسری ارزیابی کرد. مقایسه ی شبیه سازی انفیس با محاسبه ی عددی های دیگر و انتخاب بهترین شبیه سازی برای آبخیز زابل پیشنهاد می شود.

    کلید واژگان: انفیس, پیش بینی, خشک سالی, کلونی مورچه ها, نمایه ی بارش میزان شده}
    Payam Ebrahimi *
    Introduction and Objective

    The use of simulations combined with the drought index enhances forecast accuracy. The exploratory approach provides the scope for drought warning and the opportunity for financial support and insurance mechanisms for local communities. The most important part related to the reduction of the effects of drought is the improvement of the precision of forecasting systems.

    Materials and Methods

    In this research, the precision of the new Anfis Simulation combined with the meta-heuristics of ant colonies in drought prediction is compared to the normal ANFIS Simulation. Simulation performance is estimated using the Mean Squared Error, Mean Absolute Error and Coefficient of Determination.

    Results and Discussion

    Validation of the simulation in the three month profile shows that the Absolute Error Value and the Root Mean Square Error in the Zabol Station are lower by Anfis Simulation. This article examines the Compatible Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) and ANFIS models with Ant Colony Optimization Algorithm (ANFIS-ACOR) for drought forecasting. Drought forecasting was done using monthly precipitation data from synoptic stations Zabol (1983-2020) and Zahak (1994-2020). The results showed (ANFIS-ACOR) improved the performance of the Adaptive Neuro Fuzzy Inference System. The model predictive correlation test (ANFIS-ACOR) values in the 3, 6, 9 and 12-month intervals are equal to 0.738, 0.854, 0.801 and 0.898 at the Zabol Station. As well 0.792, 0.804, 0.759 and 0.887 at Zahak Station, respectively. In addition, Anfis Simulation-ant colony has a higher coefficient of determination. Validation of the simulation related to the three-month profile of Anfis-ant Colony Simulation showed that the absolute error and the Root Mean Square Error are lower and the coefficient of determination is higher. In the Zahak Station, the Anfis Simulation is more accurate in the 3-month formation, but in the validation section, the Anfis-ant Colony Simulation is superior. Overall, in the three-month SPI profile, Aanfis Simulation training is more accurate, but Anfis Colony Simulation is superior in validation.

    Conclusion and Suggestions :

    Ant colony optimization as a function of the data population progressively brings the proposed solutions closer to the overall optimal solution. This problem increased the efficiency of the numerical calculation of the ant colony compared with the Anfis in predicting drought. Anfis Simulation in combination with ant colony provides efficiency for large-scale problems in a short time by auto-tuning. These features reduce the cost of calculating natural data with irregular geometric pattern or data recorded in high volume. Simulations which optimize will fail at the local optimum level. Anfis-Ant Colony Simulation evaluates simulation space for predicting droughts on a global scale. This research proposes to compare the Anfis Simulation with other numerical calculations and to choose the best simulation for the Zabol Watershed.

    Keywords: ANFIS, ANFIS-ACOR, drought, Forecast, SPI}
  • نیلوفر واحدی*، علیرضا مشایخی، باقر قرمز چشمه

    خشک سالی پدیده ای طبیعی، تکراری و موقتی است که به سبب بارش اندک رخ می دهد و تقریبا تمامی مناطق اقلیمی جهان را تحت تاثیر قرار می دهد. تعیین وقوع و روند خشک سالی می تواند در مدیریت برنامه ریزی سیستم های منابع آب نقش به سزایی داشته باشد. در دهه های اخیر، شبکه های عصبی در مدل سازی و پیش بینی سری های زمانی غیر خطی کارایی مناسبی را نشان دادند. بر همین اساس هدف تحقیق حاضر، تعیین ارتباط میان خشک سالی هواشناسی و کشاورزی در شمال غرب ایران و پیش بینی روند تغییرات پوشش گیاهی است. ابتدا از داده های بارندگی ماهانه 88 ایستگاه هواشناسی وزارت نیرو به مدت 15 سال، 1395-1380، برای تجزیه و تحلیل خشک سالی های هواشناسی در مقیاس های زمانی 1، 3، 6 و 12 ماهه استفاده شد. سپس با استفاده از سنجش از دور و تصاویر ماهواره لندست 8، شاخص اختلاف نرمال شده پوشش گیاهی (NDVI) در سال های آبی 1390 تا 1395 مورد بررسی و محاسبه قرار گرفت. به منظور پیش بینی وضعیت پوشش گیاهی از شاخص NDVI و شاخص خشک سالی هواشناسی SPI (شاخص بارش استاندارد شده) و الگوریتم شبکه عصبی پرسپترون (MLP) استفاده شد. طبق بررسی های انجام شده مشخص شد که SPI در مقیاس زمانی ماهانه در محاسبه شدت ترسالی و خشک سالی کارآمد است. هم چنین حداکثر میزان تراکم پوشش گیاهی مربوط به فروردین و اوایل اردیبهشت و در فصل بهار بوده و دوره بازگشت این خشک سالی ها 5-6 ساله تعیین شد. در نهایت، ارتباط میان داده های NDVI پیش بینی شده و داده های ورودی (NDVI یک ماه قبل و SPI ماهانه) در گام های زمانی متفاوت، یک تابع غیرخطی با ضریب همبستگی 0/81 خطای 0/0265 برای داده های بارش ماهانه است. بدین معنی که 81 درصد داده ها قابل توجیه بودند. در نهایت مشخص شد که میان NDVI و SPI همبستگی بالایی وجود دارد و می توان نتیجه گرفت که SPI برای پیش بینی خشک سالی کشاورزی شاخص مناسبی است.

    کلید واژگان: پهنه بندی خشک سالی, شبکه عصبی پرسپترون, شمال غرب, SPI, NDVI}
    Niloofar Vahedi *, Alireza Mashaiekhi, Bagher Ghermez Cheshmeh
    Introduction

    Drought can be considered as a dry period that lasts long enough to cause an imbalance in the hydrological situation. In the calculation of drought parameters, four characteristics of drought intensity, duration, frequency and extent are studied. In general, drought is divided into 4 main categories. The most basic type of drought is defined as meteorological drought, which is caused by a lack of precipitation, an increase in air temperature, and evaporation. In the long run, this phenomenon will lead to hydrological drought and lack of surface and underground water resources, and as a result, agricultural drought and decrease in soil moisture and loss of vegetation. Agricultural drought begins when the amount of moisture in the root of the plant decreases to such an extent that it causes wilting and ultimately the reduction of agricultural products. the severity, volume of damages, the boosting trend of drought and its negative economic, social and environmental effects can be predicted and controlled. So, damages can be Minimize the consequences. Also, remote sensing technology has made it possible to evaluate variable surface phenomena namely, drought. In recent decades, due to the nonlinear nature of the phenomena, artificial neural networks have shown the best ability in modeling and forecasting time series in hydrology and water resources engineering. On the other hand, artificial neural networks are able to identify the nonlinear relationship between input and output variables from the data structure. Drought monitoring in Iran, done through methods based on weather stations, is not accurate due to the lack of a scattered network and lack of access to timely data. Remote sensing technology, along with geographic information system, by creating appropriate spatial and temporal capabilities, has made it possible to evaluate and monitor variable surface phenomena such as drought, so that in the last two decades, the use of methods based on satellite data for Drought monitoring has become one of the first priorities of research and specialized organizations. Drought prediction in water resources systems plays an important role in reducing drought damages. In the last few decades, mathematical models have been widely used to predict drought. These models take time series into account and model processes linearly. In recent decades, due to the nonlinear nature of the phenomena, artificial neural networks have shown the most ability in modeling and forecasting time series in hydrology and water resources engineering.

    Materials and Methods

    In this research, a standardized precipitation index (SPI) and the normalized difference vegetation index were used to analyze the correlation in the mountainous climate of Iran. Firstly, monthly rainfall data of 88 meteorological stations from 2000 to 2018 were gathered. After performing the necessary statistical tests, the SPI values were calculated in time scales of 1-, 3-, 6-, and 12-month). Then, OLI sensor images of Landsat 8 satellite with a resolution of 30 m were used to extract the NDVI. These images were obtained from USGS on a monthly basis between 2013 and 2018. In total, 72 months were studied in the entire statistical period. After performing radiometric and atmospheric corrections, an average image was prepared every month for NDVI calculation. Then, a multi-layer perceptron (MLP) neural network was used to predict NDVI data for the next month. Last month's NDVI data and one-month SPI were used as input data to predict the next month's NDVI data during the growing season.

    Results and Discussion

    According to NDVI, between 2013 and 2018, May is responsible for the highest amount of vegetation density. In addition, SPI-1 shows the amounts of droughts with more intensity and accuracy than other time steps. Hence, in the mountain region of Iran SPI of the dry season takes a larger amount during the first & last months of the year while during summer, especially in October, drought is much more visible. According to SPI, the return period of droughts is 5-6 years. There is a significant correlation between monthly SPI data and NDVI in the growing season. The highest Pearson correlation coefficient between SPI & NDVI is related to SPI with a 1-month time series and the value of this correlation is much higher in April and May. So, the lack of rain in these months will cause a reduction in growing agricultural products in the spring. 

    Conclusion

    Artificial neural networks are able to identify the nonlinear relationship between input and output. In this type of simulation, even when the set has disturbance and measurement error, the neural network will be able to provide good results. If there is a change in environmental conditions over time, the neural network will be able to provide new results by adjusting new parameters. NDVI has the highest sensitivity to changes in vegetation and is more useful against atmospheric and soil effects, except in cases where there is little vegetation. In conclusion, for predicting vegetation changes during growing seasons in the pastures of the mountainous climate of Iran, using NDVI data and the monthly SPI data is an efficient process. Therefore, it can be concluded that the neural network is a capable model in relation to agricultural drought prediction.

    Keywords: Meteorological drought, SPI, NDVI, Northwest, Drought zoning, neural network}
  • رضوان صفدری، سید مسعود منوری*، ساسان بابایی کفاکی، هادی کیادلیری
    بهبود تصمیمات در مدیریت آتش سوزی مستلزم درک کامل روابط مکانی- زمانی بین خشکسالی و آتش سوزی است. برای تحقق این امر، مناطق طبیعی استان لرستان به عنوان سایت تحقیقاتی انتخاب شدند. داده های آتش سوزی محصولات ماهواره MODIS و داده های بارش ماهانه استان به منظور برآورد شاخص خشکسالی SPI برای دوره آماری 1379 تا 1401 استخراج گردید. ارتباط مکانی و زمانی بین فراوانی رخدادهای آتش سوزی و توزیع مکانی و زمانی خشکسالی ها در مقیاس سالانه و ماهانه در سطح استان بر اساس مدل همبستگی پیرسون بررسی شد. نتایج نشان داد روند آتش سوزی ها در منطقه افزایشی است. ماه های خرداد و تیر بیشترین فراوانی آتش سوزی ها در عرصه های طبیعی استان را تجربه نمودند. شهرستان پلدختر بیشترین تکرار آتش سوزی در عرصه های طبیعی را داشته است. کل منطقه گرایش به خشکی داشته است، اما قسمت های شرقی بیشتر دربرگیرنده طبقات با درجات بالاتر خشکسالی بودند. نتایج ماتریس همبستگی نشان داد تنها رخدادهای خشکسالی فصل بهار تا تابستان همبستگی منفی معنی دار، اما متوسطی با رخدادهای آتش سوزی فصول بهار و تابستان داشته است. با وجود نتایج به دست آمده، این مطالعه تاکید دارد ارتباط دادن آتش سوزی ها با خشکسالی نیاز به مطالعه بیشتری دارد و تنها با یک شاخص محاسباتی نمی توان رابطه واقعی این دو پدیده را اثبات کرد.
    کلید واژگان: آتش سوزی, پوشش گیاهی, همبستگی, SPI, MODIS}
    Rezvan Safdary, Seyed Masoud Monavari *, Sasan Babaie Kafaky, Hadi Kiadaliri
    Improving decisions in fire management requires a complete understanding of the spatio-temporal relationships between droughts and fires. To achieve this, the natural areas of Lorestan province were selected as the research site. The fire data from MODIS satellite products and monthly rainfall data of the province were extracted to estimate SPI drought index for the statistical period of 2000 to 2022. The spatial and temporal relationship between the frequency of fire occurrences and the spatial and temporal distribution of droughts in terms of annual and monthly scales was investigated with the Pearson correlation model in the province. The results showed that the trend of fires in the region is increasing. The months of June and July have experienced the highest frequency of fires in the natural areas of the province. Poldokhtar city has had the most frequent fires in natural areas. The whole region has tended to be dry, but the eastern parts mostly included classes with higher degrees of drought. The results of the correlation matrix showed that only the drought events in spring to summer had a significant but moderate negative correlation with the fire events in spring and summer. Despite the obtained results, this study emphasizes that the connection between fires with drought needs more studies and it is not possible to prove the real relationship between the two phenomena with just one calculation index.
    Keywords: Correlation, fire, MODIS, SPI, Vegetation}
  • ملیحه راهواره، بهارک معتمدوزیری، علیرضا مقدم نیا، علی مریدی

    در تحقیق حاضر برای بررسی اثر تغییر اقلیم بر خشکسالی های هواشناسی و هیدرولوژیکی در حوزه آبخیز زرینه رود، از خروجی مدل گردش عمومی HADGEM2-ES و مدل ریزمقیاس نمایی CCT تحت سناریوهای انتشار RCP2.6 و RCP8.5 برای دوره آینده 20252049 استفاده شد. برای ارزیابی خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی به ترتیب از شاخص بارش استانداردشده (SPI) و شاخص رواناب استانداردشده (SRI) طی دوره پایه (19902018) و آینده در مقیاس زمانی سالانه استفاده شد. برای محاسبه مقادیر SPI در دوره آینده از داده های بارش شبیه سازی شده بر اساس مدل گردش عمومی استفاده شد. شاخص SRI بر اساس رواناب شبیه سازی شده توسط مدل SWAT برای دوره پایه محاسبه شد. در ادامه با معرفی نتایج ریزمقیاس شده مدل گردش عمومی به مدل SWAT، شاخص SRI برای دوره آینده شبیه سازی گردید. میانگین نتایج مدل CCT نشان داد که حداکثر و حداقل دما در دوره آینده 5/1 تا 5/3 درجه سانتی گراد افزایش می یابد و بارش سالانه 6/3% افزایش تحت RCP 2.6 و 9/2% کاهش تحت RCP 8.5 را نشان داد. بر اساس مقادیر مربوط به شاخص SPI و SRI سالانه، میانگین شدت خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی حوضه در آینده به ترتیب 17 و 38% نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. همچنین نتایج RCP 8.5 نسبت به RCP 2.6 شدت خشکسالی بیشتری را نشان می دهند.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم, خشکسالی, زرینه رود, SPI, SRI}
    Maliheh Rahvareh, Baharak Motamedvaziri, Alireza Moghaddamnia, Ali Moridi
    Introduction

    Affecting the hydrologic cycle, climate change may increase the chances of natural hazards occurrence, including drought, which is considered as one of the most destructive types of such hazards. On the other hand, considering the increasing trend of global temperature and its impact on local climates, climate change is predicted to alter the frequency and intensity of extreme events such as drought. Meanwhile, General Circulation Models (GCMs) have been used in recent decades to predict future climate changes under different emission scenarios, and various drought monitoring indicators have been developed to assess drought. Zarrineh River basin is regarded as one of the main sub-basins supplying the inflow of water to Lake Urmia, which is threatened by numerous long-term droughts. Therefore, as the drying of the lake may bring about a wide range of economic, social, and environmental consequences for the region, monitoring drought and implementing water resources management programs play pivotal roles in preventing the lake to get dried.

    Material and methods

    Located northwest of Iran, Zarrineh River basin covers an area of 12512 km2, being bounded by Iranian West and East Azerbaijan provinces and the Kurdistan province. This study used the meteorological data, including precipitation rate, and minimum and maximum daily temperature collected from four synoptic stations during the 1990-2018 period to simulate runoff. Also, the monthly runoff rate was collected from five hydrometric stations during the 1996-2017 period to calibrate and validate the SWAT model. Moreover, the data obtained from the general circulation model (HADGEM2-ES) and statistical downscaling methods (CCT) were used to simulate precipitation and temperature under RCP2.6 and RCP8.5 emission scenarios for the future period (2025-2049). Finally, the SPI was applied to evaluate the meteorological drought in the base and the future periods, and the SRI obtained from the outputs of the SWAT model was used to evaluate the hydrological drought.

    Results

    The data collected from five hydrometric stations were parameterized and calibrated on discontinuous stream networks. Accordingly, it was found that the R2 values varied from 0.52 and 0.70 for calibration and from 0.44 to 0.73 for validation. However, the NSE values varied from 0.52 to 0.64 for calibration and from 0.42 to 0.64 for the validation stage. Moreover, the model’s outputs were found to be satisfactory for most hydrometric stations, indicating the applicability of the SWAT model to the ZRB. On the other hand, based on the CCT model under the RCP8.5, the results of temperature and precipitation variations throughout the 2025-2049 period indicated that compared to the observation period, annual precipitation would decrease by 2.9% in the future period, and the annual minimum and maximum temperature rates would increase by 2.4°C and 3.6°C, respectively. Furthermore, the analysis of the annual temperature and precipitation changes under the RCP2.6 revealed that compared to the observation period, the precipitation rate would increase by 3.6%, and the annual minimum and maximum temperature would increase by 1.8°C and 3°C, respectively. Moreover, the results of the SPI analysis for the future period under the RCP8.5 indicated the occurrence of the extreme drought event. However, while the frequency of severe drought did not change significantly for the future period under both scenarios, the frequency of moderate drought decreased for the future period compared to the base period. On the other hand, the most extreme hydrological drought in terms of the SRI was observed in basin 9 during the base period (equal to -3.02). It was also found that the most hydrological drought occurred in basins 10 and 2 throughout the base period. Furthermore, the most extreme hydrological drought for the future period was found as -4.13 in sub-basin 8 under the RCP8.5, which is greater than that of the base period. Discussion and

    conclusion

    The results suggested the satisfactory applicability of the SWAT model for simulating runoff in Zarrineh River basin, as the model considers almost all the physical conditions of the basin for the simulation process, possessing a wide variety of inputs to do so. The results of the analysis of temperature changes for the future period showed that the average minimum and maximum annual temperature would increase in the basin. Moreover, the results of the analysis of annual temperature and precipitation changes under the RCP2.6 revealed that compared to the observation period, the precipitation rate would increase by 3.6%, and the annual minimum and maximum temperature rate would increase by 1.8°C and 3°C in future, respectively. On the other hand, according to the results of SPI and SRI analysis for the future period, it was found that the intensity of meteorological and hydrological drought would increase on average in the basin under both scenarios (RCP2.6 and RCP8.5). Also, the results of the RCP8.5 suggested the possibility of a more severe drought compared to the RCP8.5. Considering an increase in minimum and maximum temperature found for the future period, we can expect an increase in the evaporation rate, probably leading to an increase in the severity of drought and a decrease in water resources of the Zarrineh River basin, which, in turn, will reduce the discharge of the basin’s water flow to the Urmia Lake.

    Keywords: Climate Change, Drought, Zarrineh River Basin, SPI, SRI, SWAT}
  • مهدی دلقندی*، ساناز جورابلو، زهرا گنجی نوروزی

    پایش خشک سالی یکی از اجزاء اساسی مدیریت ریسک خشک سالی می باشد. در این پژوهش، وضعیت خشک سالی در منطقه سمنان با استفاده از 13 مدل جهانی گردش عمومی جو، تحت دو سناریوی انتشار گازهای گلخانه ای (RCP4.5 و RCP8.5) و سه سطح ریسک (25/0، 50/0 و 75/0) مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، شاخص خشک سالی بارش استاندارد شده (SPI) و شاخص شناسایی خشک سالی (RDI) برای سه دوره آتی (2039-2010، 2069-2040 و 2099-2070) و دوره گذشته (2009-1965) در چهار مقیاس زمانی مختلف (ماهانه، 3 ماهه، 6 ماهه و سالانه) محاسبه شد. شاخص SPI و RDI محاسبه شده برای سناریوهای مختلف تغییر اقلیم با نتایج دوره گذشته مقایسه شد. نتایج نشان داد که در سناریوی RCP8.5 در مقایسه با سناریوی RCP4.5، دوره های ترسالی و خشک سالی بیشتری وجود خواهد داشت. مدت خشک سالی پیش بینی شده توسط شاخص RDI نسبت به شاخص SPI (در مقیاس های سالانه و سه ماهه) تحت هر دو سناریوی انتشار در دوره آتی (2099-2010) نسبت به دوره گذشته (2009-1965) کاهش داشته است؛ اما تعداد خشک سالی ها افزایش یافته است. علاوه بر این، شاخص های خشک سالی RDI و SPI (تحت هر دو سناریوی انتشار) برای مقیاس های زمانی 3 ماهه و سالانه به ترتیب، افزایش و کاهش مقدار و شدت خشک سالی را نشان دادند. این نتایج بیانگر این است که افزایش ریسک خشک سالی در اثر گرمایش جهانی ناشی از فعالیت های انسانی، در حال افزایش است.

    کلید واژگان: تغییر اقلیم, سناریوهای انتشار, خشک سالی, SPI, RDI}
    Mahdi Delghandi *, Sanaz Joorablou, Zahra Ganji Nowroozi

    Drought monitoring is an essential component of drought risk management. This paper presents characteristics of droughts simulated by 13 global climate models (GCMs) under two greenhouse gases emission (RCP4.5 and RCP8.5) at three levels of risk (0.25, 0.50, and 0.75) in the Semnan region. For this purpose, the Reconnaissance Drought Index (RDI) and standardized precipitation index (SPI) were calculated for three future periods 2010-2039, 2040-2069, and 2070-2099 at different time scales. The calculated RDI and SPI for different climate change scenarios were compared with those of the past period (1965-2009). The results revealed that as compared to the RCP4.5 scenario, in the RCP8.5 scenario, there will be more dry and wet periods. Drought duration predicted by RDI index compared to SPI index (at 1-year and 3-mon time scales), under both emission scenarios in the future period (2010-2099) has decreased compared to the past period (1965-2009), but the number of droughts has increased. Additionally, increases and decreases in the drought magnitude and severity were found at time scales 3-month and annually, respectively. These results provide observational evidence for the increasing risk of droughts as anthropogenic global warming progresses.

    Keywords: Climate change, Emission scenarios, Drought, RDI, SPI}
  • جهانبخش محمدی، علیرضا وفائی نژاد*، سعید بهزادی، حسین آقامحمدی، امیرهومن حمصی
    مقدمه

    خشک سالی یکی از مخاطرات طبیعی است که به دلیل متاثر بودن از پارامترهای مختلف اقلیمی دارای رفتاری تصادفی و غیرخطی است. شاخص SPI به عنوان مرسوم ترین شاخص مستخرج شده از بارندگی می باشد که در مدل سازی خشک سالی مورداستفاده محققین مختلف قرارگرفته است. استفاده از روش های هوش محاسباتی جهت مدل سازی خشک سالی در سالهای اخیر بسیار مورد توجه محققین حوزه منابع آب بوده است.

    روش

    در این تحقیق از الگوریتم های SVR و GPR به صورت منفرد و همچنین تلفیق این الگوریتم ها با فن موجک به مدل سازی و پیش بینی شاخص SPI پرداخته شده است و هدف بررسی میزان بهبود نتایج الگوریتم های هوش محاسباتی در تلفیق با موجک بوده است. در این تحقیق از اطلاعات سری زمانی 10 ایستگاه سینوپتیک ایران در بازه زمانی 1961 تا 2017 به صورت ماهانه جهت مدل سازی خشک سالی به عنوان ورودی الگوریتم های مورد مطالعه استفاده شده است.

    یافته ها

    نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از روش موجک در تلفیق با الگوریتم های هوش محاسباتی SVR و GPR سبب بهبود نتایج در تمامی مقیاس های زمانی گردید. همچنین میزان بهبود مدل سازی ناشی از استفاده از موجک در تلفیق با مدل SVR با میانگین تفاضل RMSE برابر با 1540/0- و تفاضل R2 برابر 1491/0 و در مدل GPR با میانگین تفاضل RMSE برابر با 1554/0- و تفاضل R2 برابر 1530/0 نسبت به مدل های منفرد SVR و GPR نشان داد که مدل GPR در حالت کلی (همه مقیاس های زمانی و تمامی ایستگاه ها) بهبود بهتری در مدل هیبریدی نسبت به مدل منفرد داشته است.

    کلید واژگان: خشک سالی, موجک, SPI, SVR, GPR}
    Jahanbakhsh Mohammadi, Alireza Vafaeinejad *, Saeed Behzadi, Hossein Aghamohammadi, Amirhooman Hemmasi
    Introduction

    Drought is one of the natural hazards that have random and nonlinear behavior due to its various climatic parameters. SPI index is the most common index extracted from rainfall that has been used in modeling drought by various researchers.

    Methods

    The use of computational intelligence methods to model drought in recent years has been much considered by researchers in the field of water resources. In this research, SVR and GPR algorithms individually and also the combination of these algorithms with wavelet algorithms have been modeled and predicted by SPI index, and the purpose was to evaluate the improvement of computational intelligence algorithms in combination with wavelet. In this research, the time series data of 10 synoptic stations in Iran in the period 1961 to 2017 have been used on a monthly basis for modeling the drought as the input of the studied algorithms.

    Findings

    The results of this study showed that the use of the wavelet method in combination with SVR and GPR computational intelligence algorithms improved the results in all time scales. Also, the modeling improvement is due to the use of wavelet in combination with the SVR model with an average RMSE difference of -0.1540 and R2 difference of 0.1491 and the GPR model with an average RMSE difference of -0.1554 and R2 difference of 0.1530 Compared to the single SVR and GPR models showed that the GPR model in general (all time scales and all stations) had a better improvement in the hybrid model than the single model.

    Keywords: Drought, Wavelet, SPI, SVR, GPR}
  • نگار رسولی مجد، مجید منتصری*، بابک امیرعطایی
    در این مطالعه بطور نوآورانه یک ارزیابی جامعی از تاثیر ضریب همبستگی متقابل دو متغیر بارندگی و تبخیر- تعرق بر عملکرد شاخص خشکسالی SPEI در پیش‏بینی رفتار بلند مدت خصوصیات خشکسالی کشاورزی بر پایه داده‏های 39 ایستگاه سینوپتیک واقع در شرایط اقلیمی و ارتفاع مختلف در سرتاسر ایران انجام پذیرفته و عملکرد آن با شاخص SPI مقایسه گردیده است. بدین منظور سری داده‏های مصنوعی بارندگی و تبخیر- تعرق (به تعداد 10000 جفت) با استفاده از مدل استوکاستیک چندگانه اتورگرسیو با تاخیر یک برای دامنه وسیع از ضریب همبستگی متقابل دو متغیر فوق تولید شد و سپس برای پایش و تعیین خصوصیات خشکسالی استفاده گردید. نتایج این مطالعه بیانگر رفتار نظام‏مند و وابسته خصوصیات مختلف خشکسالی با همبستگی متقابل دو متغیر بارندگی و تبخیر- تعرق بود. بطوریکه، عملکرد دو شاخص خشکسالی SPEI و SPI با افزایش همبستگی متقابل دو متغیر (⇒|R|) بطور غیرخطی یا توانی نزدیک به هم بوده (ضریب همبستگی R=0.85) و برای همبستگی متقابل برابر صفر حداکثر اختلاف مابین خصوصیات خشکسالی برای دو شاخص حاصل شد. نهایتا نتایج این مطالعه به‎عنوان یک راهنمای جامع در استنباط دقیق و واقعی از رخدادها و خصوصیات خشکسالی بازای شاخص SPEI بوده و می‎تواند کمک موثری در تفسیر نتایج خشکسالی با شاخص SPEI داشته باشد.
    کلید واژگان: خصوصیات خشکسالی, شبیه‏سازی مونت کارلو, مدل‏های تولید داده, همبستگی متقابل, SPI, SPEI‏}
    Negar Rasouli Majd, Majid Montaseri *, Babak Amirataee
    In this study, a comprehensive evaluation of the effect of cross-correlation coefficient between precipitation and evapotranspiration on the performance of SPEI in forecasting the long-term behavior of agricultural drought characteristics in 39 synoptic stations located in different climates and altitudes throughout Iran has been performed, and its performance has been compared with SPI. For this purpose, stochastic precipitation and evapotranspiration time series (10,000 pairs) were generated using the Lag-one Autoregressive Multiple-Site Model (Multi-AR(1)) for a wide range of correlation coefficients of the above two variables and then used to monitor and determine different drought characteristics. The results of this study showed the systematic and dependent behavior of different characteristics of drought with cross-correlation between precipitation and evapotranspiration. So that, the performance of the two SPEI and SPI indices was nonlinearly close to each other (R=0.85) by increasing the cross-correlation between the two variables (|R|⇒1), and for cross-correlation of zero, the maximum difference between the drought characteristics was obtained for the two indices. Finally, the results of this study have been used as a comprehensive guide in the accurate and realistic inference of drought events and characteristics and can be an effective aid in interpreting drought outcomes with the SPEI index.
    Keywords: cross-correlation, Data generation models, Drought characteristics, monte carlo simulation, SPI, SPEI}
  • زاهده حیدری زادی، مجید اونق*، چوقی بایرام کمکی

    خشکسالی یک پدیده اقلیمی ناخوشایند است که به طور مستقیم بر ابعاد مختلف جوامع انسانی تاثیر می گذارد. به منظور آگاهی و انتخاب تصمیم مدیریتی مناسب، طراحی و توسعه یک رویکرد یکپارچه برای کنترل موثرتر این پدیده و ارایه هشدارهای اولیه ضروری است. در این مطالعه، دوازده شاخص مختلف سنجش از دور از ماهواره مودیس (MODIS) و مدل رقومی ارتفاعی (DEM) برای پایش خشکسالی در طول فصل رشد برای سال های 2018-2000 مورد استفاده قرار گرفت. شاخص استاندارد شده بارش (SPI) با مقیاس زمانی یک تا 12 ماه به عنوان داده مرجع استفاده شد. سپس روابط بین 13 شاخص و SPI با مقیاس های زمانی مختلف با استفاده از رویکرد یادگیری ماشین و تکنیک جنگل تصادفی مدل سازی استفاده شد. از داده های رطوبت نسبی خاک، شاخص بارش-تبخیر و تعرق استانداردشده (SPEI) و داده های عملکرد محصول به منظور اعتبارسنجی مدل استفاده شد. نتایج نشان داد که جنگل تصادفی کارکرد خوبی (R2=88/0) برای شبیه سازی SPI دارد. در مرحله بعد با استفاده از مدل خشکسالی که در مرحله قبل ساخته شد، شاخص خطر خشکسالی (DHI) بر اساس احتمال وقوع خشکسالی محاسبه شد. شاخص آسیب پذیری خشکسالی (DVI) نیز  با استفاده از  هفت شاخص اجتماعی و اقتصادی محاسبه شد. در نهایت، شاخص خسارت خشکسالی (DRI) با تلفیق شاخص خطر خشکسالی و شاخص آسیب پذیری خشکسالی برای استان ایلام به دست آمد. نتایج نقشه خسارت نشان داد که دو شهرستان در معرض خسارت خشکسالی خیلی شدید، چهار شهرستان در معرض خسارت زیاد و چهار شهرستان در معرض خطر خشکسالی متوسط و کم قرار دارند. به طور کلی، نتایج این مطالعه یک روش جامع برای ارزیابی خشکسالی منطقه ای ارایه می دهد. همچنین بر اساس این مدل، می توان شهرستان های با آسیب پذیری بالا را شناسایی کرد تا با ارایه برنامه های مدیریتی به موقع به بهبود وضعیت کمک کند.

    کلید واژگان: استان ایلام, جنگل تصادفی, خسارت خشکسالی, SPI}
    Zahedeh Heidarizadi, Majid Ownegh *, Chooghibiram Komaki

    Drought is an unpleasant climatic phenomenon that directly affects different dimensions of human societies. In order to know and choose the right management decision, it is necessary to design and develop an integrated approach to more effectively control this phenomenon and provide early warnings.In this study, twelve various remotely sensed indices of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and digital elevation model (DEM) were used to monitor drought during 2000–2018 growing season. Standardized Precipitation Index (SPI) with time scales of 1 to 12 months was used as reference data. The relations between thirteen indices and SPI with different time scales were modulated using machine learning approach. The random forest technique was used to construct a comprehensive drought monitoring model in Ilam Province. Validation data were provided based on relative soil moisture, Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), and crop yield data. It was observed that random forest produced good applicability (R2 = 0.88) for SPI prediction. In the next step, the Drought Hazard Index (DHI) was generated based on the probability occurrences of drought using the comprehensive drought model which was made in the previous step. The Drought Vulnerability Index (DVI) was calculated by using 7 socioeconomic indices. Finally, the Drought Risk Index (DRI) was obtained by multiplying DHI and DVI for Ilam province. The result of the DRI map showed that 2 Counties are at very high risk of drought, 4 Counties are at high risk and 4 Counties are at moderate and low risk of drought. Overall, the result of our study provides a comprehensive method for assessment of regional drought. Also based on this model, Counties with high vulnerability can be identified to provide timely management programs to help improve the situation.

    Keywords: Ilam province, random forest, Risk Management, SPI}
  • هما رزمخواه*

    فقدان یا کمبود ایستگاه هایی که بطور کامل حاوی چنین مشخصاتی باشند، اقلیم شناسان را ملزم به رعایت اصولی معین در درون یابی می سازد. در این تحقیق تلاش بر آن است که ضمن معرفی روش درون یابی کریجینگ به عنوان یکی از روش های دقیق و پرکاربرد، مراحل انجام این فرآیند و انتخاب بهترین نوع از مدل کریجینگ با ذکر مطالعه ای موردی صورت گیرد. با توجه به روند رو به افزایش خشکسالی در کشور و نیاز به برنامه ریزی در مدیریت منابع آب، در مطالعه حاضر خشکسالی هواشناسی استان فارس مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا شاخص خشکسالی هواشناسی استاندارد شده بارش SPI سه ماهه برای ایستگاه های سینوپتیک استان محاسبه گردید. شاخص SPI سه ماهه در مطالعات مرتبط با خشکسالی کشاورزی کاربرد بیشتری دارد. به منظور درون یابی شاخص SPI سه ماهه در ابتدا سمی واریوگرام تجربی داده های محاسبه و ترسیم گشت. سپس 17 مدل کریجینگ بر سمی واریوگرام داده ها برازش یافت، و با استفاده از تکنیک ارزیابی متقاطع خطای تخمین مدلها برآورد گردید. نتایج نشان داد که مناسبترین مدل برازش داده شده بر داده های شاخص خشکسالی SPI سه ماهه ایستگاه ها، مدلهای خطی، توانی، ریشه دوم، لگاریتمی و گوسی کریجینگ معمولی می باشد. با استفاده از نتایج حاصله، ارزیابی کفایت شبکه باران سنجی نیز می تواند صورت گیرد. مدل گوسی به عنوان یکی از بهترین مدل های برازش یافته بیانگر پیوستگی مکانی بالای بارش در منطقه مورد مطالعه است. واریوگرام با فرض عدم وجود روند بر داده ها برازش داده شد. در نظر گرفتن روند خطی و غیر خطی، و آنالیز نقشه های خطا می تواند منجر به استخراج مدل های بهتر گردد.

    کلید واژگان: درون یابی, خشکسالی, کریجینگ, نمایه استاندارد شده بارش SPI سه ماهه}
    Homa Razmkhah *

    Due to the lack of facilities and commitment in climate stations establishment in large scale interpolation has become an important technique in spatial mapping studies. In this study, the Kriging interpolation technique as a prevalent technique has been explained and 17 Kriging models were evaluated, in order to select the most suitable one, using a case study. Because of increasing trend of drought in Iran and management necessity of water resources, meteorological drought of Fars province has been investigated in this study. For this purpose the calculated SPI-3 months of the Fars province synoptic stations were calculated. SPI-3 months is widely applied in agricultural drought studies. The empirical semi-variogram of the SPI-3 of the stations was calculated and graphed, fitting 17 Kriging models to select the best one using the cross-validation technique. Results showed that the Linear, Power, Square root, Logarithmic and Gaussian models were the best interpolation techniques for SPI-3 spatial mapping. Geostatistic methods could be used to determine the adequacy of the rainfall gauge stations, especially in the western mountainous region of the province. A complete-length of data could modify the results. The Gaussian model as one of the best-fitted models defines good spatial continuous of precipitation in the region. The semivariograms were fitted to data with the hypothesis of no precipitation trend. Considering the linear and non-linear trends of data, and analyzing error maps may result in better models.

    Keywords: Interpolation, Drought, SPI, Kriging}
  • N. Moazami, A. Keshtkar *, S. Hamzeh, S. Mirzaei, H. Keshtkar, A. Afzali
    Due to climate change, drought events will probably occur more frequently and be more intense. Therefore, effective drought monitoring and assessment is vital in developing knowledge of drought, drought adaptation, and mitigatory actions. Remote sensing has been widely used for monitoring drought in recent years. In the current research, three groups of remote sensing indices, i.e. vegetation, thermal and moisture indices, were applied to determine the correlation between them and the standardized precipitation index (SPI) as drought index for the growing season (April to September) from 1999 to 2005 for rangeland areas in the Alborz province of Iran. The results indicated that normalized difference vegetation index (NDVI) (with a correlation coefficient of 0.74) and land surface temperature (LST) (with a correlation coefficient of 0.67) had the highest correlations with rainfall. Therefore, it concluded that the assumed indices are suitable for drought monitoring for this land use. Temporal analysis of the results showed that the best correlations of remote sensing indices belonged to the 6- and 9-month SPI and indicated the effect of long-term rainfall on plant growth.
    Keywords: Correlation analysis, SPI, NDVI, LST}
  • M. Talebiniya, H. Khosravi *, Gh. Zehtabian, A. Malekian, H. Keshtkar
    Land subsidence has caused severe environmental hazards in most plains of Iran due to unbalanced extraction between groundwater and rainfall and the geodetic factors. In this regard, three basins of Kohpaye Segzi, Isfahan Borkhar, and Najafabad in Isfahan province were selected to study the areas with land subsidence vulnerability. Changes in aquifer water volume influenced by geodetic factors and meteorological drought were studied. The maps of the Standardized Water Level Index (SWI) and isodeep were provided in ArcGIS 10.7 software using the statistical data of piezometric wells (2002-2018). The time series analysis of 6, 12, 18, and 24-month were performed by DIP software for September as the driest month of the year. the time series with the highest correlation was zoned to show the number of SPI changes. In the last step, the weight of all indices including groundwater loss, meteorological drought, slope, and altitude was equated to evaluate land subsidence vulnerability. Land subsidence vulnerability map was prepared by overlaying the fuzzy maps of indices with strategic points. The relationship between meteorological drought and groundwater level; and correlation analysis of these two parameters with the Pearson statistical method showed a positive correlation only in 18-months time series. The results also showed that 4202 of the region has located in high to very high drop class, and the groundwater table has decreased 9.05 m from 2002 to 2018. In general, with a negative trend of precipitation, a positive trend was observed in the standard water level index, which increases the effective stress and was the main reason for land subsidence. According to the vulnerability map, 49 and 12.5 percent of the study area were categorized into high and very high classes of landslide vulnerability, respectively. The results showed that the probability of land subsidence will increase in the next few years because of reduction in precipitation due to climate fluctuation, slope effects, altitude, over-harvesting of groundwater potential in all parts of the basin, especially in the northern areas, and increasing density and loading especially in recent years.
    Keywords: Correlation, risks, SPI, Strategic points, Vulnerability, Water table}
  • فرهاد بهزادی، سامان جوادی*، حسین یوسفی، علی مریدی، سید مهدی هاشمی شاهدانی

    آب زیرزمینی همواره از باارزش‏ترین منابع آبی در هر منطقه به شمار می‏رود و در بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک جهان نظیر کشور ایران، اصلی‏ترین منبع برای تامین نیازهای شرب و کشاورزی محسوب می‏شود. در سالیان اخیر، با افزایش جمعیت، افزایش برداشت از آبخوان‏ها و تغییرات ‏اقلیمی، بسیاری از آبخوان‏های کشور در شرایط وخیم قرار دارند و این شرایط در بسیاری از آبخوان‏های کشور ادامه‏دار بوده یا شرایط در حال بدتر شدن است. در این پژوهش به منظور تعیین تاثیر تغییر اقلیم بر خشکسالی آب زیرزمینی آبخوان دشت شهرکرد، از برون داد مدل‏های CMIP6 و شاخص‏های خشکسالی SPI و GRI استفاده شده است. شبیه‏سازی‏های مدل GFDL-ESM4 نشان می‏دهد متوسط بارندگی تا سال 2050 در دشت شهرکرد، تحت سناریوی SSP1-2.6 85/4 میلی متر افزایش و تحت سناریوی SSP5-8.5 34/21 میلی متر کاهش می‏یابد. در ادامه، به منظور تعیین تاثیر تغییر اقلیم بر آبخوان دشت شهرکرد از رابطه رگرسیونی میان دو شاخص SPI و GRI در شش پیزومتر منتخب استفاده شده است. نتایج نشان می‏دهد خشکسالی‏هایی با شدت و مدت بیشتر در منطقه به وقوع خواهد پیوست و بیش از 60 درصد از دوره آینده آبخوان دشت شهرکرد در شرایط خشکسالی قرار خواهد داشت و شدیدترین خشکسالی تحت سناریوی SSP1-2.6 52 ماه دوام داشته و شدت آن 32/59 خواهد بود و تحت سناریو SSP5-8.5 70 ماه دوام داشته و شدت آن 59/86 خواهد بود.

    کلید واژگان: آب زیرزمینی, تغییر اقلیم, خشکسالی, SPI, GRI}
    Farhad Behzadi, Saman Javadi *, Hossein Yousefi, Ali Moridi, Seied Mehdy Hashemy Shahdany

    Groundwater is the most valuable water resources in any region and in many arid and semi-arid regions of the world, such as Iran, is the main source for drinking and agricultural needs. In recent years, with the increase in population and as a result of increasing withdrawals from aquifers and climate change, many of aquifers are in poor condition, and these conditions continue or are deteriorating. In this study, in order to determine the effect of climate change on groundwater drought on the aquifer of Shahrekord plain, the output of CMIP6 models and SPI and GRI drought indices have been used. Simulations of GFDL-ESM4 model show that the average rainfall by 2050 in Shahrekord plain, under scenario SSP1-2.6 will increase by 4.85 mm and under scenario SSP5-8.5 will decrease by 21.34 mm. In order to determine the effect of climate change on the aquifer of Shahrekord plain, a regression relationship between the two indices of SPI and GRI in six selected piezometers has been used. The results show that droughts with higher intensity and duration will occur in the region and more than 60 percent of the future period of Shahrekord plain aquifer will be in drought conditions and the most severe drought under SSP1-2.6 scenario will last 52 months and its severity will be 59.32 and under the SSP5-8.5 scenario the most severe drought will last 70 months and its severity will be 86.59.

    Keywords: climate change, Drought, GRI, Ground water, SPI}
  • مهدی مقسمی، نرگس ظهرابی*، حسین فتحیان، علیرضا نیکبخت شهبازی، محمدرضا یگانگی
    زمینه و هدف

    خشکسالی به عنوان یک مخاطره طبیعی، تاثیرات زیادی در بخش  های مختلف از جمله کشاورزی، منابع آب دارد و سالانه خسارات زیادی به این بخشها در سراسر دنیا تحمیل می  کند. لذا باید راهکارهایی جهت کاهش خسارت خشکسالی صورت گیرد و در این بین برنامه  ریزی و سازگاری با شرایط خشکسالی با استفاده از خروجی پیش  بینی به هنگام خشکسالی جز موثرترین راهکارها به حساب می  آید. با توجه به نیاز پیش  بینی خشکسالی و محدود بودن مطالعات ارزیابی شاخص  های خشکسالی به دست آمده از برون داد پیش  بینی بارش مدل-های همادی آمریکای شمالی در ایران، در این پژوهش به بررسی این مدل  ها در چهار حوضه آبریز کرخه، کارون بزرگ، حله و هندیجان-جراحی برای دوره 2018- 1982 پرداخته شد.

    روش پژوهش

    در این پژوهش، ابتدا برونداد ماهانه مدل  های مختلف همادی آمریکای شمالی و در افق  های پیش بینی صفر تا 9 ماه و در دوره آماری 2018-1982 مورد ارزیابی قرار گرفت و سپس شاخص خشکسالی SPI محاسبه شده است. برای ارزیابی از مقایسه این داده  ها با داده  های GPCC استفاده شد. جهت ارزیابی از سه معیار کمی CC، RMSE و BIAS استفاده شد. همچنین جهت یکپارچه کردن مدل-های موجود از دو روش الف: میانگین حسابی بین مدل  های موجود و ب: میانگین وزنی بین مدل  ها با در نظر گرفتن نتایج ضریب همبستگی (CC) ارزیابی شده است. همچنین جهت ارزیابی شاخص خشکسالی SPI از دو معیار طبقه  بندی شده POD و FAR و معیار کمی آماری CC استفاده شد.

     یافته ها

    نتایج ارزیابی بارش مدل  ها نشان داد که مدل  های یکپارچه دارای عملکرد بهتری نسبت به مدل  های انفرادی هستند و در این مدل یکپارچه نیز مدل وزن  دهی شده عملکرد بهتری داشت. ارزیابی توزیع مکانی مدل  های بارش نیز نشان داد که دو حوضه آبریز کارون بزرگ و هندیجان-جراحی در افق پیش  بینی صفر ماه و حوضه آبریز هندیجان-جراحی در افق پیش  بینی یک ماهه دارای عملکرد بهتری هستند. نتایج ارزیابی شاخص خشکسالی نشان داد که مدل  های یکپارچه با وجود اینکه عملکرد بهتری در پیش  بینی بارش داشتند اما در پیش  بینی خشکسالی بهترین عملکرد متعلق به مدل  های NASA-GMAO-062012 و CFSv2 است. همچنین نتایج نشان داد که پیش  بینی شاخص خشکسالی در بازه  های سه و شش ماه عملکرد بهتری نسبت به یک ماهه دارند. ارزیابی توزیع مکانی نیز نشان داد مدل  ها در حوضه  های جنوبی عملکرد بهتری دارند. به طور کلی می  توان نتیجه گرفت که مدل  های همادی آمریکای شمالی دارای عملکرد مناسبی در پیش  بینی خشکسالی در بعضی نقاط و در افق  های پیش  بینی مشخص هستند، لذا باید در هر نقطه قبل از استفاده مورد ارزیابی قرار گیرند. 

    نتایج

    نتایج به دست آمده از ارزیابی بارش نشان داد که به طور کلی یکپارچه کردن برون داد مدل  های دینامیکی باعث افزایش مهارت آن می  شود و یکپارچه کردن در حالت وزنی (WeightedNMME) عملکرد بهتری نسبت به حالت غیر وزنی (NMME) دارد. در افق پیش-بینی صفر ماهه بین مدل های انفرادی نیز مدل NASA-GMAO-062012 بیشترین مهارت را از نظر شاخص ارزیابی CC دارد ولی در افق پیش  بینی یک ماهه از نظر شاخص  های ارزیابی CC، RMSE و BIAS بهترین عملکرد متعلق به مدل CFSv2 است. ارزیابی در شاخص  های خشکسالی نشان داد که عملکرد مدل می  تواند متفاوت از عملکرد آن ها در پیش  بینی بارش باشد. به طور مثال مدل WeightedNMME با این که عملکرد مناسبی در پیش  بینی خشکسالی دارد اما بهترین عملکرد در بین مدل  ها در ماه  های مختلف NASA-GMAO-062012 و CFSv2 داشتند. ارزیابی مکانی نیز نشان داد که حوضه  های آبریز جنوبی دارای عملکرد بهتری نسبت بقیه حوضه  ها هستند.

    کلید واژگان: مدل های همادی آمریکای شمالی, پیش بینی خشکسالی, پیش بینی بارش فصلی, SPI}
    Mehdi Moghasemi, Narges Zohrabi *, Hossein Fathian, Alireza Nikbakht Shahbazi, Mohammadreza Yeganegi
    Background and Aim

    Drought as a natural hazard significantly impacts various sectors such as agriculture and water resources and causes considerable damage to these sectors worldwide. Therefore, adaptation strategies should be taken to reduce drought damage, and in the meantime, planning and adaptation to drought conditions using drought forecasting is one of the most effective strategies. Due to the need for drought forecasting and the limited studies that evaluated drought indicators obtained from the rainfall forecast output from the North American Multi-Model Ensemble (NMME) in Iran. This study evaluated these models in four catchments of Karkheh, Karun, Heleh, and Hindijan-Jarahi for1982-2018.

    Method

    In this study, the monthly output of different NMME ensembles were evaluated in the forecast leads of 0 to 9 months from 1982 to 2018, the SPI drought index was calculated. Comparison of these data with GPCC data was used for evaluation. Three quantitative criteria, including correlation coefficient, RMSE, and BIAS, were used for evaluation. Also, to integrate the existing models, two

    methods

    a: Arithmetic mean between the existing models and B: Weighted average between the models have been evaluated by considering the correlation coefficient (CC) results. Also, two criteria (i.e., POD and FAR) and the quantitative statistical criterion (i.e., correlation coefficient) were used to evaluate the SPI drought index.

    Results

    The results of the precipitation evaluation of the models showed that the integrated models have better performance than the individual models. In this integrated model, the weighted model also had better performance. Evaluation of spatial distribution of precipitation models also showed the excellent performance of NMME models in Karun and Hindijan-Jarahi catchments in the zero-month forecast lead and Hindijan-Jarahi catchments in the one-month forecast lead. The results of drought index evaluation showed that integrated models, although having better performance in precipitation forecasting, but in drought forecasting, the best performance belongs to NASA-GMAO-062012 and CFSv2 models. The results also showed that drought index forecasts in three and six-month periods have better performance than one month. Spatial distribution evaluation also showed that the models perform better in the southern basins. In general, it can be concluded that NMME models have good performance in predicting drought in some places and specific forecast leads, so they should be evaluated at each point before use.

    Conclusion

    The results of precipitation evaluation showed that, in general, integrating the output of dynamic models increases its proficiency, and integration in weighted mode (WeightedNMME) performs better than the non-weighted model (NMME). According to the zero-month forecast among individual models, the NASA-GMAO-062012 model has the most skills in terms of the correlation coefficient. However, in the one-month forecast lead in terms of the correlation coefficient, RMSE and BIAS, the best performance belongs to the CFSv2 model. Evaluation of drought indices showed that the model's performance could be different from their performance in predicting rainfall. WeightedNMME, for example, performed well in NASA-GMAO-062012 and CFSv2 months, although they performed well in predicting drought. The spatial evaluation also showed that the southern catchments perform better than other basins.

    Keywords: North America Multi-Model Ensemble (NMME), Drought Precipitation prediction, Seasonal Precipitation Forecasts, SPI}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال