چکیده :

خشکسالی یکی از مهمترین انواع مخاطرات طبیعی و پدیده آرام و مرموز است که ناشی از فرآیند های آب و هوائی می باشد و شدت و فراوانی آن تاحدودی به موقعیت جغرافیایی محل بستگی دارد که هر چند سال یک بار در نتیجه کاهش میزان بارندگی اتفاق می افتد.  مختصات جغرافیایی ایستگاه هواشناسی اردبیل در 48 درجه و17 دقیقه طول جغرافیایی و 38 درجه و 18 دقسقه  عرض جغرافیایی قرار دارد و ارتفاع آن از سطح دریا 1332 متر می باشد . به  لحاظ تقسیم بندی اقلیمی بر اساس روش دمارتن دارای اقلیم  نیمه خشک می باشد. به منظور مطالعه و بررسی خشکسالی منطقه، داده های بارندگی 30سال (1384-1355) با استفاده از شاخص های توزیع استاندارد و درصد بارش از میانگین با استفاده از نرم افزاهای Excel و Spss  مورد تحلیل قرار گرفت و خشکسالی های ضعیف ، متوسط و روند آن برای منطقه استخراج شد . بر این اساس دهه 70-60 خشک ترین دهه در دوره آماری بوده و سال 1364 بالاترین درصد  از لحاظ توزیع استاندارد و درصد میانگین بارش را در بر می گیرد.

واژگان کلیدی : تجزیه و تحلیل خشکسالی ، ZSCORE ، مخاطرات طبیعی ، درصد از بارش میانگین ، تحلیل بارش

 مقدمه :

خشکسالی در اکثر کشورها یک پدیده طبیعی اقلیمی است و در طول سالیان متمادی اثرات جبران ناپذیری را به دنبال دارد، و یکی از بدترین دشمن های طبیعی انسان می باشد که شروع آن بی سرو صدا ، پیشرفت آن موزیانه و اثرات آن ویرانگر است. چنانچه کشور ایران در کمربند خشک و نیمه خشک واقع شده که میزان بارندگی آن  میانگین جهانی است و 80 درصد آن تحت تاثیر اقلیم خشک و نیمه خشک است. بنابراین مردم کشور ما از دیر باز با کمبود باران و شرایط آب و هوائی خشک و نیمه خشک روبرو بوده اند اما در بعضی سالها با کاهش چشمگیر نزولات جوی این مسئله  تشدید می گردد. نظر به اینکه بارندگی عمده منبع تامین آب شیرین برای کشاورزی ، مصارف خانگی و صنعتی است و می تواند از اثرات خفیف برزندگی شخصی تا مصایب بزرگ در سطح ملی انجامد.

چنانچه گفته شد خشکسالی یک بحران اقلیمی است و به دلیل کاهش غیر عادی بارش در یک منطقه رخ می دهد. در این مقاله سعی شده یک دوره آماری 30 ساله اردبیل تحلیل و با استفاده از توزیع استاندارد و درصد از میانگین و انحراف معیار شاخص ها شناسائی سپس سالهای خشک و تر مشخص تا اینکه خشکسالیهای ضعیف و متوسط برای منطقه تعیین شود.

مفاهیم و تعاریف خشکسالی :

خشکسالی با دیگر حوادث طبیعی از قبیل سیل ، توفان، زلزله و ... بنا به عللی تفاوت دارد . نخست این که تاثیر خشکسالی به تدریج و در یک دوره زمانی به نسبت طولانی بوده و اثرات آن ممکن است با تاخیر و پس از چند سال بعد از پایان آن ظاهر شود . از سوی دیگر تعیین دقیق زمان شروع و خاتمه این پدیده تا حدودی مشکل است که با توجه به این ویژگی اغلب خشکسالی را پدیده ای خزنده توصیف می کنند. دوم این که فشارها و اثرات شدید ناشی از خشکسالی فاقد ساختار مشخص بوده نسبت به خسارات حاصل از دیگر حوادث طبیعی منطقه جغرافیایی وسیعتری را تحت پوشش قرار می دهد. به عنوان مثال مطالعات اخیر دررابطه با خشکسالی که توسط مرکز ملی کاهش اثرات خشکسالی ایالات متحده آمریکا(MDMC )در 48 ایالت این کشور صورت گرفته ، نشان داده است که در 27 سال از100 سال اخیر بیش از 25% مساحت کشور که چیزی حدود 500/942/1 کیلومتر مربع یا بیشتر را شامل می شود ، تحت تاثیر خشکسالیهای شدید و فوق العاده شدید قرار داشته است.سوم این که نبود یک تعریف دقیق و قابل قبول جهانی از خشکسالی به پیچیدگی و سردرگمی در مورد این پدیده ها وجود دارد یا نه و اگر وجود دارد دارای چه درجه ای از نظر شدت می باشد ختم می شود .

 تا کنون بیش از صدها تعریف در رابطه با خشکسالی از منابع مختلف گرد آوری شده است که شاید تعاریف بیشتری نیز وجود داشته باشد . گرچه این تعریف ها فراوان هستند، اما بسیاری از آنها تعریفی جامع و کافی از خشکسالی در قالب جملات و عبارات معنی دار برای دانشمندان و سیاست گذاران ارائه نمی دهند. با عنایت به موارد ذکر شده به طور کلی از یک دیدگاه جامع ، خشکسالی را می توان معلول یک دوره با شرایط آب و هوایی خشک غیر عادی دانست که به اندازه کافی دوام داشته باشد تا عدم تعادل در وضعیت هیدرولوژی یک ناحیه ایجاد شود دیدگاههای مختلفی برای تعریف خشکسالی وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از : خشکسالی هواشناسی ، خشکسالی هیدرولوژیکی و خشکسالی کشاورزی .

خشکسالی هواشناسی اساسا به حالتی از خشکی ناشی از کمبود بارندگی مربوط می شود که می توان آن را کمبود بارش از یک مقدار مشخص مانند درصدی از میانگین دراز مدت تعریف نمود . این مقدار می تواند بر طبق فعالیتهایی که به علت آن اندازه گیری باران صورت میگیرد برای مدیریت دامداری یا تولید محصولات کشاورزی متفاوت باشد . چنانچه در دوره ای که بارندگی بیشترین اثر را برای تولید محصول دارد به مقدار لازم ریزش نکند به طور قطع سبب کاهش محصول می شود که چنین وضعیتی به عنوان خشکسالی هواشناسی معرفی می گردد.خشکسالی کشاورزی به ابعادی از خشکی مرتبط می شود که بر محصولات کشاورزی یا جنگلها و مراتع تاثیر گذاشته بخصوص سبب خشکی خاک می شود . خشکسالی هیدرولوژی نیز مربوط به دوره های زمانی است که طی آن حجم جریان رودخانه یا سطح آبهای زیر زمینی کاهش می یابد که این امر اغلب بر اثر کمبود یا فقدان بارش زمستانی در عرضهای میانی به وقوع می پیوندد .

 همان گونه که ذکر شد خشکسالی تقریبا بر کلیه جنبه های زندگی و بخشهای جامعه به طور مستقیم یا غیر مستقیم تاثیر می گذارد . به خصوص در مناطق خشک به علت وجود نوسانات شدید در بارشهای این مناطق آسیب پذیری بیشتر محیط در مقابل این پدیده وقوع خشکسالی با درجات متفاوت اثر زیانباری بر بخشهای کشاورزی ، صنعت ، آب و غیره وارد می نماید. در زمینه کشاورزی و دامپروری تاثیر این پدیده موجب نابودی مزارع، مراتع، دامها و در نتیجه کاهش و از بین رفتن محصولات کشاورزی و فرآورده های دامی می شود . همچنین این پدیده علاوه بر کاهش کمیت محصولات باعث افت کیفیت این محصولات از طریق کم شدن ذخیره غذایی در آنها می شود.

موقعیت جغرافیایی منطقه:

شهرستان اردبیل از لحاظ مختصات جغرافیایی در 47 درجه و 48 دقیقه تا 48 درجه و 39 دقیقه  طول جغرافیایی و 37 درجه و 56 دقیقه تا 38 درجه و 33 دقیقه  عرض جغرافیایی قرار دارد . شهرستان اردبیل از لحاظ تقسیمات سیاسی  مرکز استان اردبیل می باشد و از شرق با شهرستان نمین ، از غرب با شهرستان نیر ، از شمال با گرمی ، و از جنوب با شهرستان خلخال همسایه می باشد .

جدول شماره 1- مشخصات جغرافیایی ایستگاه هواشناسی اردبیل

مواد و روشها:

در این مقاله جهت بررسی ، تجزیه و تحلیل و بر آورد خشکسالی شهر اردبیل از آمار سی ساله ایستگاه سینوپتیک منطقه استفاده شده است. ابتدا داده های آماری به لحاظ کمی و کافی بودن آنها از آزمون نرمال بودن داده ها استفاده شده است جدول شماره (2) .نقصان داده های آماری در ایستگاه اردبیل بجز چند مورد کمتر دیده شده که موارد موجود نیز با استفاده از روش تفاضل ها و روش همبستگی خطی بازسازی گردید.سپس از طریق نرم افزارهای  EXCEL و SPSS داده های آماری مورد پردازش و تجزیه و تحلیل قرار گرفت.  فرج زاده (1374) در تحقیقی تحت عنوان خشکسالی در ایران ، از این دو شاخص همراه با چندکها و شاخص انحراف معیار استفاده کرده است ، که در نهایت درصد بارش نرمال را برای طبقه بندی خشکسالی در ایران بهتر از شاخصهای دیگر ارزیابی نموده است.در تحقیق حاضر به منظور تعیین خشکسالی دو شاخص توزیع استاندارد و درصد بارش از میانگین به کار گرفته شده است.              جدول شماره (3) نشانگر تجزیه و تحلیل اولیه بارشهای منطقه است. برای توصیف و پیش بینی بارش منطقه از 360 مشاهده و ثبت مقادیر ماهانه دوره آماری (1384-1355) استفاده شده است .

جدول شماره ( 2 ) آزمون نرمال بودن داده ها (RUN TEST  )

جدول شماره (3) مشخصات آماری بارش ایستگاه سینوپتیک اردبیل

 بارش وتحلیل آن در منطقه:

به کلیه نزولات جوی اعم از جامد و مایع  بارش گویند. مهمترین عوامل ایجاد بارش شامل عوامل صعود و هوای مرطوب است که هر دو توسط گردش عمومی جو فراهم می شود(علیجانی 1380).

متوسط بارندگی سالانه در اردبیل 0/305 میلیمتر و متوسط دمای ماهانه 0/9 درجه سانتی گراد    می باشد . دامنه تغییرات بارندگی سالانه با حداکثر 1/489 میلیمتر در سال 1361 و حداقل 5/177 میلیمتر در سال 1364 به میزان 6/311 میلیمتر می باشد. بررسی مقادیر بارندگی سالانه از سال 1355 تا سال 1384 نشان   می دهد که طی 14 سال بارش کمتر از نرمال در این شهر روی داده است در صورت پذیرش تعریف خشکسالی با مقادیر کمتر از میانگین عملا 14 سال با خشکسالی مواجه بوده است. تحلیل منحنی های ترسیم شده میانگین روان(متحرک) 3 و 5 ساله (شکل شماره 1) در این شهر نشان داده شده که تکرار خشکسالیها در منحنی های هموار شده در دوره 5 ساله قرار دارند.

شکل شماره (1) تغییرات مجموع بارندگی سالانه ایستگاه سینوپتیک اردبیل و مقایسه با دوره آماری 30 ساله

توزیع بارندگی در اردبیل به گونه ایی است که 37% بارندگی سالانه در فصل بهار ، 8% در فصل تابستان ، در فصل پائیز 30%  و در فصل زمستان 25%  می باشد. شکل شماره( 2 )  پراکندگی آن را نشان می دهد.

شکل شماره (2 ): توزیع فصلی بارندگی ایستگاه سینوپتیک اردبیل (1384-1355)

به منظور تجزیه و تحلیل فصلی بارش ماهانه مجموع میانگین دراز مدت هر ماه به تفکیک در جدول     شماره های 4و5 آورده شده است .

بیشترین بارش دریافتی مربوط به  اردیبهشت ماه  با مقدار 2/51 میلیمتر  و کمترین آن مرداد ماه با 6/5 میلیمتر بارش می باشد. ضریب تغییرات ماهانه دوره های گرم به مراتب از سایر ماهها بیشتر می باشد، که بیانگر اتفاقی و نا منظم بودن بارش دوره گرم در طول سال است.

جدول شماره (4) میانگین ماهانه بارش ایستگاه اردبیل (1384-1355)

جدول شماره( 5) ضریب تغییرات بارش ماهانه ایستگاه اردبیل (1384-1355)

روند بارش :

برای ارزیابی و شناخت تغییرات بارش ایستگاه اردبیل بررسی روند بارش طبق روش کمترین توانهای دوم(کمترین مربعات) در دستور کار قرار گرفت و هدف شناخت وجود یا عدم وجود تغییرات بارش در ناحیه مورد مطالعه است. هر سری زمانی دارای چهار مولفه است که اولین تغییرات نوسانی یا همان روند عمودی عددی است. در روش کمترین مربعات ، متوسط بارش سالانه برای تغییر روند بارش محاسبه قرار گرفته و سپس از معادله y=a+bx   ،مقادیر x و y برآورد  شده اند . معادله خط روند بارش ایستگاه اردبیل به شرح زیر می باشد.

شکل شماره (3) نشان دهنده پراکنش سری زمانی بارش و بهترین خط متناسب با                                    نقاط پراکنش( خط روند)می باشد.

با تجزیه و تحلیل معادله خطی  می توان دریافت که میانگین دراز مدت ایستگاه اردبیل در طول دوره آماری 3/345 میلیمتر و مقدار تغییرات آن 6/2- بر آورد شده است که روند آن تا حدودی ناچیز می باشد.

شکل شماره (3) روند بارش ایستگاه سینوپتیک اردبیل

شاخصهای تعیین خشکسالی :

یکی از بهترین کاربردهای شاخص خشکسالی ، تهیه گزارش شدت و وسعت خشکسالی می باشد. شاخص خشکسالی وسیله ای است که با خلاصه نمودن اطلاعات خشکسالی بصورت دوره ای ، اطلاعات شرایط رطوبتی در منطقه را نشان می دهد. به عنوان مثال، دو استفاده ابتدائی در رابطه با شاخص خشکسالی کشاورزی وجود دارد که اولی اغلب در مقایسه یک ناحیه با نواحی اطراف خسارات خشکسالی را بررسی می کند و دومی وسعت و شدت خشکسالی را در روی یک منطقه به صورت دوره ای ارزیابی می کند . همچنین مدت خشکسالی یا به عبارتی زمان آغاز آن تا پایان خشکسالی که به عنوان دوره تداوم خشکسالی خوانده می شود یکی از ویژگیهای اصلی خشکسالی محسوب می شود. مقیاس زمانی دوره تداوم خشکسالی می تواند از روز و ماه تا سال تفاوت کند. هر اندازه دوره تداوم خشکسالی طولانی تر شود،میزان ذخایر آب منطقه تحت خطر جدی قرار گرفته ، به همین جهت می تواند شدت خشکسالی رخ داده را افزایش دهد. در تحقیق حاضر به منظور تعیین خشکسالی اردبیل دو شاخص توزیع استاندارد و درصد بارش از میانگین رادر قسمت های دیگر مورد تحلیل قرار می دهیم .جدول شماره 6 نقسیم بندی شاخص های منتخب خشکسالی را نشان می دهد.

جدول شماره 6 : تقسیم بندی شاخص های منتخب خشکسالی

شاخص توزیع استاندارد :

اولین شاخص که بمنظور تجزیه و تحلیل بارش ایستگاه اردبیل بکار گرفته شده توزیع استاندارد است که بدین منظور ، نمرات zscore بارش سالانه ایستگاه تعیین گردید . بر حسب این شاخص بالاترین خشکسالیهای ایستگاه اردبیل در سالهای 1364 با بارش 5/177 میلیمتر و نمره استاندارد 59/1- و 1365 با بارش 213 میلیمتر و نمره استارندارد 15/1- و 1363 با بارش 2/213 و نمره استاندارد 14/1- بوده است . ازنکات قابل توجه ، وقوع خشکسالیهای ممتد درطی سالهای 1367-1362 با درجه های متفاوت می باشد و بالاترین آنها نیز درطبقه متوسط واقع شده است. (شکل شماره 4)

شکل شماره 4: نمرات شاخص توزیع استاندارد ایستگاه سینوپتیک اردبیل 1384-1355

شاخص درصد از بارش نرمال :

دومین شاخص به منظور تعیین خشکسالی ، درصد از بارش میانگین می باشد . محاسبه مقادیر بارشها نسبت به میانگین دراز مدت منطقه که به عنوان درصد بیان می شود به علت سادگی ، جامعیت و قابلیت انعطاف پذیری زیاد به عنوان شاخص مهم مورد توجه محققان است که از رابطه زیر محاسبه می شود.

         = شاخص درصد از میانگین   

در این رابطه Pi  مقدار بارندگی در سال مفروض و  میانگین بارش بلند می باشد . بر اساس شاخص مذکور سال 1364 با 58% و سال 1365-1363 و با 70%  با لاترین  خشکسالی را دارا می باشند        (شکل شماره 5)

شکل شماره (5) شاخص درصدی از بارش میانگین ایستگاه سینوپتیک اردبیل 1355-1384

با مشاهده جدول شماره 7 و با نظر به شاخص توزیع استاندارد می توان دریافت که بیشترین فراروانی در بین انواع خشکسالیها متعلق به خشکسالی ضعیف است که 77% خشکسالیهای اردبیل را شامل می شودو خشکسالی متوسط با فراوانی 23% اتفاق افتاده است.در حالی که خشکسالی شدید و بسیار شدید در منطقه روی نداده است.

همچنین با توجه به شاخص درصد بارش از میانگین می توان گفت بیشترین خشکسالیها مربوط به خشکسالی ضعیف با فراوانی 7 مورد و 70 % بوده است و پس از آن خشکسالی متوسط با 3 مورد و 30 % می باشد .

جدول شماره 7 – فراوانی و درصد دوره های خشک ایستگاه اردبیل (1384-1355)

تداوم خشکسالی :

طبق جداول شماره 8 و9 بیشترین خشکسالیهای اردبیل در دهه 70-60و1370تا نیمه دوم 1384 به وقوع پیوسته و سالهای 62-63-1364 خشک ترین سالها بشمار میروند.

به منظور تعیین دوره های خشک ایستگاه مورد مطالعه ، بهتر است معیاری برای تعیین فصل خشک ارائه شود ، بدین منظور سالهایی که نمره Zscore آنها کمتر از صفر باشد ، به عنوان خشک در نظر گرفته     می شود ، بر اساس نمرات Z ایستگاه اردبیل در طی دوره آماری ، ابتدا تک تک سالهایی که نمره استاندارد آنها کمتر از صفر است شمارش گردید که بالغ بر 13 مورد می باشد. سپس سالهایی که بطور زوج و متوالی خشک بود، شمارش و تعداد آنها 9 مورد تعیین شد و به همین ترتیب دوره هایی که 3 تا 6 سال خشک متوالی را دارند محاسبه گردیدند. به منظور تحلیل دوره های خشک شاخص درصد از بارش نرمال نیز سالهایی که بارش آنها کمتر از 80% باشد به عنوان سال خشک در نظر گرفته می شوند . شیوه تعیین     دوره های خشک همانند شاخص توزیع استاندارد است.

جدول شماره 8- فراوانی خشکسالیهای ایستگاه اردبیل (1355-1384)

جدول شماره 9- دوره های خشک ایستگاه اردبیل (1355-1384)

تیجه گیری :

با توجه به اینکه خشکسالی پدیده ای می باشد که اثرات خود را در درازمدت نشان می دهد و خسارات فراوانی را نیز بجا می گذارد و همانند سیل، زلزله و توفان های شدید که به یک باره اتفاق می افتند و ما را غافل گیر می کنند نیست . پس با مطالعه و برنامه ریزی های دقیق می توان احتمال رخداد خشکسالی را برای سالهای آینده پیش بینی کرد، تا بتوان تا حدودی اثرات آن را کاهش داد یا خود را برای مقابله با آن آماده کرد.

برای تحلیل و بر آورد خشکسالی منطقه اردبیل از پارامتر بارش ، شاخصهای توزیع استاندارد، و درصد از بارش میانگین مورد استفاده قرار دادیم . با تحلیل منحنی های میانگین متحرک ( 3- 5 ) ساله در این ایستگاه تکرار خشکسالیها در منحنی های هموار شده در دوره 5 ساله قرار دارند . بر اساس شاخص توزیع استاندارد بیشترین درصد خشکسالی مربوط به خشکسالی ضعیف با 77% و خشکسالی متوسط با 23% بوده است. و بر اساس شاخص درصد از بارش نرمال بالاترین خشکسالی اردبیل را باز خشکسالی ضعیف با 70% به خود اختصاص داده است. اختلاف میان شاخصهای منتخب در تحلیل خشکسالی ضعیف به مرز بین شاخصها بر می گردد، بطوری که حد بالای شاخص توزیع استاندارد ، نمره صفرz معادل 100% از بارش نرمال می باشد در حالی که حد بالای درصد از بارش نرمال 80 % بوده است . از این رو کاهش خشکسالی ضعیف بر اساس شاخص درصد از بارش نرمال به این نکته باز می گردد.

بر اساس بررسی های بعمل آمده دهه 70-1360 خشکترین دهه در دوره آماری مورد مطالعه بوده و در میان سالها نیز سال 1364 بالاترین درصد از لحاظ توزیع استاندارد و درصد میانگین را به خود اختصاص داده است. و بر اساس بر آورد معادله خطی ارائه شده انتظار می رود منطقه طی سالهای 85و86  از لحاظ بارش نسب به میانگین درازمدت بارش کمتری داشته باشد و از لحاظ پارامتر بارندگی هشداری برای بروز خشکسالی در سالهای آتی می تواند باشد.

منابع و ماخذ :

1- علیزاده، امین،(1379). اصول هیدرولوژی کاربردی.آستان قدس . چاپ دوازدهم

2- کاویانی ، محمد رضاو علیجانی ، بهلول،(1378) .مبانی آب و هواشناسی کاربردی . چاپ ششم .انتشارات سمت.

3- جامعی ، جاوید ،(1381). تحلیل خصوصیات آب و هوایی ایستگاههای سنندج و میاندو آب و برآورد خشکسالی به روش ساریما . پایان نامه کارشناسی ارشد . دانشکده علوم انسانی و اجتماعی دانشگاه تبریز.

4- غیور ، حسنعلی ، (1376) . گستره و فراوانی خشکسالیها در ایران ، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی ،شماره 45.

5- کمالی ، غلامعلی، (1367). بررسی عوامل مختلف آب و هوایی در رابطه با خشکسالی بهار 1367در خراسان ، مجله نیوار ، شماره نهم

6- آقائی هشجین ، هوشنگ ،(1383) بررسی تغییرات مکانی و زمانی الگوهای بارش در استان اردبیل ،پایان نامه کارشناسی ارشد .

7- مقدسی ، فخری ،(1375) بررسی روند خشکسالی از دیدگاه کشاورزی ، مجله نیوار ، شماره 29

8-  مجموعه مقالات سومین کنفرانس منطقه ای و اولین کنفرانس ملی تغییر اقلیم (1382) ، دانشگاه اصفهان،29 مهر تا اول آبان ماه.

9-  قاسمی ، محسن ،( 1384)تحلیل و بر آورد خشکسالی در ایستگاه سینوپتیک کرمانشاه . مجله خشکی و خشکسالی . شماره 17.

10- آمار بارندگی اداره کل هواشناسی استان اردبیل