تحلیل تطبیقی رفتار شاخص‌های خشکسالی هواشناسی SPI و SPEI در ایستگاه‌های منتخب استان گلستان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

عموماً شاخص‌های پایش خشکسالی مبتنی بر متغیر بارش است و در نظر نگرفتن تأثیر سایر متغیرها- نظیر دما- خطاهایی سامان‌مند به همراه دارد. بر این اساس، در کنار نمایه‌های متداولی نظیر SPI، روش‌های ترکیبی از جمله نمایه استاندارد شده بارش- تبخیرتعرق (SPEI) ارائه شده است. هدف از مطالعه حاضر، مقایسه تطبیقی دو نمایه SPEI و  SPIجهت پایش خشکسالی در استان گلستان می‌باشد. مقایسات بر اساس میزان همبستگی و همچنین فراوانی طبقات خشکسالی در پنجره‌های زمانی 12 ماهه و در فصول مختلف تحلیل شدند. نتایج نشان داد که هر چه اقلیم منطقه مرطوب‌تر باشد، به دلیل کاهش نقش تبخیرتعرق، همبستگی بین دو نمایه بیشتر می‌باشد. در خشکسالی‌هایی با پنجره زمانی کوچک‌تر نیز قوت این همبستگی‌، بیشتر است. همچنین، شاخص SPEI نسبت به SPI قادر است تعداد وقایع ترسالی و خشکسالی بیشتری را نشان ‌دهد. همبستگی معنی‌داری بین دو شاخص با استفاده از آزمون پارامتری پیرسون در سطح اطمینان 95 درصد در ایستگاه رامیان در سری زمانی 3 و 6 ماهه مشاهده شد. تحلیل فراوانی طبقات خشکسالی در مقیاس فصلی هر دو شاخص بیشترین تغییرات را فصل تابستان نشان داد. بیشترین تعداد وقایع خشکسالی شدید و خیلی شدید توسط هر دو شاخص در ایستگاه غفارحاجی و در فصل تابستان مشاهده شد. همچنین، مقایسه نمودارهای سری‌های زمانی شاخص‌های خشکسالی SPI و SPEI نشان داد که شاخص SPEI دوره طولانی‌تری از خشکسالی و ترسالی و شاخص SPI وقایع حدی بزرگ‌تری را نسبت به SPEI نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparative analyses of SPI and SPEI meteorological drought indices (Case study: Golestan province)

نویسندگان [English]

  • L. Rezaei Ghaleh 1
  • Kh. Ghorbani 2
1 M. Sc. Graduate, Water Resource Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Golestan, Iran
2 Associate Professor of Water Engineering Department, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Golestan, Iran
چکیده [English]

Precipitation-based drought indices including the SPI generally neglect the effect of other variables such as temperature and evapotranspiration on drought intensity. However, some studies have confirmed the systematic errors involved. Therefore, alternate indices like Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) have been proposed. The current comparative study was aimed to evaluate the SPI and SPEI indices’ skill for drought monitoring in different climatic regions of Golestan province. The results were analyzed in different seasons based on the correlation between SPI and SPEI indices classes in a 12-month window. The results showed that in more humid regions, the correlation between the two indices is higher. Similarly, in smaller time scales, the correlation was higher. The SPEI detects greater number of wet and dry spells comparing to SPI. Significant correlation between the two indices was observed at Ramyan station using Pearson's parametric test at 95% confidence level for 3 and 6 months time series. Seasonal frequency analysis of drought classes showed that both indices have more inter-classes variations in summer. Maximum number of severe and extreme drought events was observed at Ghaffar Haji station during summer using both indices. Also the comparison of SPI and SPEI time series showed that SPEI index detects longer wet and dry periods, but SPI index revealed bigger extreme values.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought
  • Pearson’s parametric test
  • Golestan province
  • time series
  • Iran

Abramowits, M., Stegun, I. A. 1965. Handbook of Mathematical Functions. Dover Publication, New York.

Ahmad, M., Sinclair, C. Werritty, A. 1988. Log-logistic flood frequency analysis. Journal of Hydrology, 98(3-4): 205-224.

Ahmadi, M., Nosrati, K., Selki, H. 2013. Drought and its relationship with soil moisture (case study: Isfahan Kabotar Abad). Geography, 11(38): 77–91. (In Farsi)

Banimahd, S. A., khalili, D. 2012. Comparative analysis of SPI and SPEI meteorological drought indices using parametric and non-parametric correlation tests in selected sites of iran. First National Conference on Sustainable Development Strategies, Natural Disasters Institute Education institute of Mehr Arvand Ministry of the Interior. (In Farsi)

Byun, H. R., Wilhite, D. A. 1999. Daily quantification of drought severity and duration. Journal of Climate, 5: 1181-1201.

Edwards, D. C., McKee, T. B. 1997. Characteristics of 20th century drought in the United States at multiple time scales. Climatology report., No. 97-2.

Hargreaves, G. H., Samani, Z. A. 1985. Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Engineering in Agriculture, 1(2): 96-99.

Hasanalizadeh, N., Mosaedi, A., Zahiri, A., Babanezhad, M. 2014. Determine of Homogeneous Regions Distribution of Annual Rainfall in Golestan Province Using Clustering and L-moments. Journal of Water and Soil, 28(5): 1061-1071. (In Farsi)

Livia, L., Lukas, S., Gunther, H. 2014, The comparison of the SPI and the SPEI using COSMO model data in two selected Slovakian river basins, EGU General Assembly, Vienna, Austria.

McKee, T. B. N., Doesken, J., Kleist, J. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. The 8th Conference on Applied Climatology. Anaheim, CA, American. Meteorological Society: 179-184.

McKee, T. B., Doesken, N. J., Kleist, J. 1995. Drought monitoring with Multiple Time scales. In Proceeding of the Ninth Conference on Applied Climatology, Dallas, TX, American Meteorological Society, 233-236.

Morid, S., Smakhtin, V., Moghaddasi, M. 2006. Comparison of seven meteorological indices for drought monitoring in Iran. International Journal of Climatology, 26(7): 971-985.

Mostafazadeh, R., zabihi, M., 2016. Comparison of SPI and SPEI indices to meteorological drought assessment using R programming (Case study: Kurdistan Province). Journal of the Earth and Space Physics, 42(3): 633-643. (In Farsi)

Nosrati, K. 2014. Comparison of seven meteorological indices for drought monitoring in Iran. Journal of Environmental Sciences, 12(4):63-74. (In Farsi)

Potop, V., Možný, M. 2011. The application a new drought index–Standardized precipitation evapotranspiration index in the Czech Republic. Mikroklima a mezoklima krajinných structur a antropogenních prostředí 2.

Tsakiris, G., Pangalou, D., Vangelis, H. 2007. Regional drought assessment based on the Reconnaissance Drought Index (RDI). Water Resources Management, 21(5): 821-833.

Vicente-Serrano, S. M., Beguería, S., López-Moreno, J. I. 2010. A multiscalar drought index sensitive to global warming: the standardized precipitation evapotranspiration   index.   Journal    of Climatology, 23(7): 1696-1718.

Yu, M., Li, Q., Hayes, M., Svoboda, M., Heim Jr, R. 2014. Are droughts becoming more frequent or severe in China based on the standardized precipitation evapotranspiration index: 1951-2010. International Journal of Climatology, 34(3): 545-558.

Zarehabyaneh, H., Ghobaei Soogh, M., Mosaedi, A. 2015. Drought Monitoring Based on Standardized Precipitation Evaoptranspiration Index (SPEI) Under the Effect of Climate Change. Journal of water and soil (Agricultural sciences and technology), 29(2): 374-392. (In Farsi)

Zehtabian, G., Karimi, K., Mirdashtvan, M., Khosravi, H. 2013. ComparabilityAnalyses of the SPI and RDI Meteorological Drought Indices in South Khorasan Province in Iran. Internatinal Journal of Advanced Biological and Biomedical Research, 1(9): 981-992.