پیش‌بینی احتمال وقوع خشکسالی‌ با استفاده از زنجیره مارکوف (مطالعه موردی: روستاهای استان سیستان و بلوچستان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، ایران

2 ستادیار گروه علوم و مهندسی آب، مجتمع آموزش عالی میناب، دانشگاه هرمزگان

چکیده
در پی تشدید شدت و طول دوره خشکسالی در ایران و بروز مشکلات حاد کم­آبی، مدیریت ریسک خشکسالی مخصوصأ در مناطق روستایی نمود دوچندانی یافته است. روش­های متنوعی از جمله زنجیره مارکوف جهت پیش­بینی احتمال خشکسالی مورد استفاده قرار می­گیرد. در این تحقیق به بررسی وضعیت خشکسالی­های مناطق روستایی استان سیستان و بلوچستان با توجه به داده­های بارش ماهانه در سطح شش ایستگاه ایرانشهر، چابهار، خاش، زابل، زاهدان و سراوان و با استفاده از روش شاخص بارش استاندارد شده (SPI) در مقیاس های زمانی ۳، ۶، ۹، ۱۲، 24 و 48 ماهه پرداخته شد. نتایج نشان داد مناطق روستایی شهرستان­های زاهدان، چابهار، زابل، سراوان و خاش در بازه بلندمدت به­ترتیب در 49/11، 14/35، 13/35، 62/11 و13/35 درصد از اوقات، گرفتار وضعیت خشک بوده و در2/77، 46/59، 17/62، 68/75 و46/59 درصد اوقات وضعیت نرمال و به­ترتیب در 49/11، 40/5، 70/2، 70/2 و 41/5 درصد اوقات، شرایط­ مرطوب برقرار بود. نتایج همچنین نشان می­دهد که به طور میانگین، احتمال تعادل دوره­های خشک، مرطوب و نرمال در ایستگاه­های استان به­ترتیب 29، 5 و 66 درصد است، به­ عبارتی در بیشتر مواقع، منطقه از نظر اقلیمی در شرایط نرمال قرار دارد، در حالی که احتمال وقوع شرایط خشک تقریباً شش برابر شرایط مرطوب است. شدیدترین خشکسالی استان سیستان و بلوچستان در سال 1387 با مقدار شاخص SPI برابر با ۸/۲ - و شدیدترین ترسالی استان مربوط به سال 1374 با مقدار SPI برابر با ۰۸/۲ + اتفاق افتاده است. نتایج کلی نشان داد که تغییرات شاخص SPI دچار تداوم روند منفی بوده و ایجاد سامانه جامع مدیریت ریسک امری ضروری می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Predicting the probability of droughts using SPI drought index based on Markov chain model (Case study: Villages of Sistan and Baluchistan province)

نویسندگان English

hadi Siasar 1
Amir Salari 2
1 Assistant Professor, Department of Agriculture, Payame Noor University, Iran (PNU).
2 Assistant Professor, Department of Sciences and Water engineering, Minab Higher Education Center, University of Hormozgan
چکیده English

Following the intensification and duration of the drought period in Iran and the occurrence of acute water shortage problems, drought risk management especially in rural areas has doubled. A variety of methods, including the Markov chain, are used to predict the likelihood of drought. In this study, the drought situation of rural areas were studied in Sistan and Baluchestan province according to the monthly rainfall data of six stations of Iranshahr, Chabahar, Khash, Zabol, Zahedan and Saravan stations using the standardized precipitation index method (SPI) in time scales of 3, 6, 9, 12, 24 and 48 months. The results showed that the cities of Zahedan, Chabahar, Zabol, Saravan, and Khash in the long term in 11.49, 35.14, 35.13, 11.62 and 35.13% of the times were in a dry situation, respectively. Zahedan, Chabahar, Zabol, Saravan, and Khash stations in 77.2 59.46, 62.17, 75.68 and 59.46% of the times were in normal condition and in 11.49, 5.40, 2.70, 2.70 and 5.41% of the times were in wet conditions, respectively. The results also showed that on average, the probability of equilibrium of dry, wet and normal periods in the stations of the province is 29, 5 and 66%, respectively. In other words, the region is in normal climatic conditions, while the probability of occurrence of dry conditions is almost six times that of wet conditions. The most severe drought in Sistan and Baluchestan province in 2008 with an SPI coefficient of -2.8 and the most severe drought in the province in 1995 with an SPI coefficient of +0.08 occurred. The general results showed that the changes in the SPI index have a negative trend and the creation of a comprehensive risk management system is essential.

کلیدواژه‌ها English

Standardized precipitation index
normal conditions
dry conditions
Sistan and Baluchestan
ابراهیمیان، ر.، آل­شیخ، ع. ا. و مسعودیان، ­ا. (۱۳۹۶). شبیه­سازی و پیش­بینی خشکسالی با استفاده از روش CA Markov در دشت نجف­آباد، مجله اکوهیدرولوژی، ۴(۳)، ۶۵۳- ۶۶۲.
رضیئی، ط.، دانش­کار­آراسته، پ.، اختری، ر. و ثقفیان، ب. (1386). بررسی خشکسالی­های هواشناسی (اقلیمی) در استان سیستان و بلوچستان با استفاده از نمایه SPI و زنجیره مارکوف، تحقیقات منابع آب ایران، ۳(۱)، 25-35.
زارعی، ع. ر.، مقیمی، م. م. و بهرامی، م. (۱۳۹۶). پایش و پیش‌بینی خشکسالی ماهانه با استفاده از شاخص استاندارد بارش و زنجیره مارکوف (مطالعه موردی: جنوب شرق ایران). مجله جغرافیا و پایداری محیط، ۷(۲)، ۳۹- ۵۱.
جعفری­بهی، خ. (1378). تحلیل آماری دوره­های تر و خشک بارندگی در چند نمونه اقلیمی ایران با استفاده از زنجیره مارکوف. پایان­نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تهران.
علیزاده، ا.، انصاری، ح.، ارشادی، س. و آشگرطوسی، ش. (1387). پایش و پیش­بینی خشکسالی در استان سیستان و بلوچستان، مجله جغرافیا و توسعه­ی ناحیه­ای، ۱۱(۷)، ۱- ۱۷.
فرج­زاده، م. (1384). خشکسالی از مفهوم تا راهکار. انتشارات سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح، چاپ اول، 16-17.
ماه­آورپور، ز. (۱۳۹۳). احتمال وقوع بارش­های روزانه ایران و پییش­بینی آن با مدل زنجیره مارکوف، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، ۲۹(۴)، ۲۲۹- ۲۴۰.
میرعباسی­نجف­آبادی، ر.، احمدی، ف.، عاشوری، م. و ناظری­تهرودی، م. (۱۳۹۶). تحلیل خشکسالی­های شمال­شرقی ایران با استفاده از شاخص کمبود توأم، مجله اکوهیدرولوژی، ۴(۲)، ۵۷۳- ۵۸۵.
Alley, W.M. (1984). The palmer drought severity index : limitations  and assumptions. Journal of  Climate and Applied Meteorology, 23(7), 1100-1109. DOI: 10.1175/1520-0450.
Azzam, S. A., Azzam, A. M., Nielsen, M. K and Kinder, J. E. (1990). Markov Chain as shortcut method to estimate age distributions in herds of beff cattle. Journal of Animal science, 68(1), 5- 14. DOI: 10.2527/1990.6815.
Bahrami, M., Zarei, A. R. and Chakav, S. (2017). Analysis of drought transitions using log-linear models in Iran. International Journal of Water, 11(3), 266- 278. DOI: 10.1504/IJW.2017.085887.
Bahrami, M., Bazrkar, S. and Zarei, A. R. (2021). Spatiotemporal investigation of drought pattern in Iran via statistical analysis and GIS technique. Theoretical and Applied Climatology, 143(3), 1113– 1128. DOI: 10.1007/s00704-020-03480-1.
Banik, P., Mandal, A., and Rahman, M. S. (2000). Markov Chain analysis of weekly rainfall data in determining drought proneness. Discrete Dynamics in Nature and Society, 7, 231- 239. DOI: 10.1155/S1026022602000262
Byun, H.R., and Wilhite, D.A. (1999). Daily quantification of drought  severity and duration. Journal of Climate, 12(9), 2747- 2756. DOI: 10.1175/1520-0442(1999)012<2747:OQODSA>2.0.CO;2.
Clarke, R., and Karas,  M. (1989). Analytical relationship between rainfall and  runoff. Third  IHAS  Assembly, Baltimore, 181, 187- 193.
Dalezios, N. R., Papazafiriou, Z.G., Papamichail, D. M., and Karakostas, T. S. (1991).  Drought assessment for the potential of precipitation enhancement in northern Greece. Theoretical and Applied Climatology, 44(2), 75– 88. DOI: 10.1007/BF00867995.
Gibbs, W. J., and Maher. J. V. (1967). Rainfall  Deciles  as drought  Indicators. Bureau of Meteorology bulletin  No. 48. Common wealth of Australia: Melbourn, 29.
Hayes, M. J., Svoboda,  M. D., wilhite, D. A., and Vabyarkho, O. V. (1999). Monitoring the 1996  drought  using  the  standardized  precipitation index.  Bulletin of  the  American  Meteorological Society, 80(3), 429- 438.
Maidment, D. R. (1993). Handbook  of  Hydrology. Chapter 19 in: Analysis and Modeling of  Hydrologic Time Series.salas  J. D.  Engineering  Research Center Colorado  state  University, Fort  Collins, Colorado, 19, 1- 19.
Mckee, T. B.,  Doesken,  N. J., and Kleist,  I. (1993). the  Relationship of  drought  frequency and duration to time scales. 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim, 17-22 January, 179-184.
Morid, S., Smakhtin, V., and Moghaddasi, M. (2006). Comparison of seven meterological  indices  for drought monitoring  in Iran. International journal of climatology, 26(7), 971- 985. DOI: 10.1590/0102-7786324009.
Palmer, W.C. (1965). Meterorological drought. Research paper No. 45. U.S. Department  of  commerce weather Bureau, Washington, DC.
Potop, V., Mozny, M., and Soukup, J. (2012). Drought evolution at  various time scales in the  lowland regions and their impact on vegetable crops in the Czech Republic. Agricultural  and  Forest Meteorology, 156(2), 121- 133. DOI: 10.1016/j.agrformet.2012.01.002.
Smakhtin, V. U, and Hughes, D. A. (2004). Review, automated  estimation  and  analyses  of  drought indices in south Asia. IWMI working  paper  N 83-drought series paper N 1. IWMI: Colombo, 24. DOI: 10.3910/2009.255.
Smakhtin, V. U., and Hughes, D. A. (2007). Automated estimation and analyses of  Meterorological  Drought  characteristics  from  montly  rainfall  data. Enviromental modeling  and  software, 22(6), 880- 890. DOI: 10.1016/j.envsoft.2006.05.013
Subrahamanyam, V. P. (1967). Incidence and spread of cotinental drought, W. M.O/IHD. Project, report. 2: 1- 51.
Tate, E. L., Meigh, J. R., Prudhomme, C., and McCartney, P.M. (2000). Drought assessment in Southern Africa using river flow data, DFID report 00/4. London, UK.
Thompson, S. A. (1999). Hydrology for water management, Balkema, Rotterdam  Netherlands, 362 Pp. DOI: 10.1201/9780203751435.
Tsakiris, G, and Vangelis, H. (2005). Establishing a drought index incorporating evapotranspiration. Europen water. 9/10: 3- 11.
Wu, H., Hayes,  M. J., Welss, A., and Hu, Q. (2001). An evalution the standardized precipitation index, the China-z index and the statistical z-score. International journal of Climatology. 21: 745-758. DOI: 10.1002/joc.658.
Zarei, A. R., Moghimi, M. M. and Bahrami, M. (2019). Comparison of reconnaissance drought index (RDI) and effective reconnaissance drought index (eRDI) to evaluate drought severity. Sustainable Water Resources Management. 5: 1345– 1356. DOI: 10.1007/s40899-019-00310-9.