کاربرد توابع مفصل درتحلیل خشکسالی های شمال غرب ایران

خشکسالی بعنوان یک وضعیت کمبود آب طولانی مدت، موضوعی چالش برانگیز در مدیریت منابع آب می باشد. این پدیده یکی از بلایای طبیعی پر هزینه و کمتر شناخته شده می باشد. پایش و پیش بینی خشکسالی ها، بویژه تعیین دقیق زمان شروع و تداوم آن، اهمیت ویژه ای در مدیریت منابع آبی و برنامه ریزی جهت کاهش اثرات مخرب خشکسالی دارد. علیرغم نیاز زیاد، توسعه یک الگوریتم برای مشخص کردن و پیش بینی خشکسالی ها از طریق تحلیل های فیزیکی یا آماری بسادگی دست یافتنی نیست. از موانع اصلی، یکی پیچیدگی علل واقعی خشکسالی هاست که توصیف دقیق آنها را مشکل می کند و دیگری عدم وجود یک تعریف علمی دقیق و جامع برای خشکسالی ها است. در این مطالعه خشکسالی های منطقه شمالغرب ایران با استفاده از شاخص بارش استاندارد شده اصلاح شده و شاخص کمبود توأم (jdi) ارزیابی شد. داده های بارش ماهانه 55 ایستگاه بارانسنجی با پراکنش یکنواخت در شمالغرب ایران، در دوره آماری 2011-1970 ، برای محاسبه شاخص های خشکسالی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از شاخص spi اصلاح شده تا حدود زیادی معایب spi متداول را برطرف می کند و تغییرات فصلی بارش را در محاسبه شاخص spi لحاظ می نماید. با این حال شاخص spi اصلاح شده نیز، همانند شاخص spi متداول، به مقیاس زمانی حساسیت نشان می دهد و این موضوع باعث سردرگمی محققان در ارزیابی خشکسالی ها می شود. برای حل این مشکل از شاخص کمبود توأم استفاده شد. شاخص کمبود توأم از ایجاد توزیع توأم شاخص های spi اصلاح شده با مقیاس های زمانی 1 تا 12 ماهه با استفاده از توابع مفصل بدست می آید. نتایج این مطالعه نشان داد که شاخص jdi علاوه بر توصیف علمی وضعیت کلی خشکسالی، قابلیت مشخص کردن دقیق ظهور (آغاز) خشکسالی ها و نیز خشکسالی های طولانی مدت را دارد. همچنین این شاخص ارزیابی وضعیت خشکسالی را بصورت ماه به ماه میسر می سازد، بطوریکه مقدار بارش مورد نیاز برای رسیدن به شرایط نرمال در ماه های بعد، بهمراه احتمال تجاوز این مقدار بارش را مشخص می کند. در این مطالعه، یک روش جدید برای پیش بینی شرایط رطوبتی در ماه های آینده (1 و 3 ماه آینده در این مطالعه امتحان شد) بر اساس سطح آستانه احتمالی بهینه توسعه داده شد. نتایج تحلیل خطا نشان داد که روش پیشنهادی توانست شرایط رطوبتی 1 و 3 ماه آینده را با دقت بالایی پیش بینی کند. بویژه، شاخص موفقیت بحرانی (csi) برای پیش بینی شرایط رطوبتی در 1 و 3 ماه آینده به ترتیب 609/0 و 635/0 بدست آمد. این مقادیر نشاندهنده عملکرد خوب روش پیشنهادی و همچنین بهبود دقت پیش بینی برای دوره های پیش بینی طولانی تر (3 ماهه) می باشد. همچنین نقشه توزیع مکانی توافق خوبی بین شرایط تر/خشک پیش بینی شده و jdi محاسبه شده با داده های مشاهداتی نشان داد. بعلاوه، مشخصه های خشکسالی شامل مدت و شدت خشکسالی بر اساس شاخص jdi تعریف شدند. این مشخصه های بشدت همبسته هستند، بنابراین، تحلیل تک متغیره همبستگی معنی دار بین این متغیرها را نمی تواند توصیف نماید. تحلیل چندمتغیره توصیف کامل تری از خشکسالی ارائه می نماید. در این مطالعه، هفت خانواده از مفصل های دو بعدی به منظور ایجاد توزیع توأم مدت و شدت خشکسالی مورد آزمون قرار گرفت. مناسبترین تابع مفصل بر اساس تحلیل خطا و ضریب وابستگی دمی برای هر ایستگاه انتخاب شد. نتایج نشان داد که مفصل گالامبوس مناسبترین مفصل در 50 ایستگاه از کل 55 ایستگاه مورد مطالعه بود. سپس، بر اساس توابع توزیع توأم مبتنی بر مفصل بدست آمده، برخی از خصوصیات احتمالاتی خشکسالی از قبیل احتمالات توأم، دوره های بازگشت دومتغیره، احتمالات شرطی و دوره های بازگشت شرطی محاسبه شد. همچنین تعریف دوره بازگشت کندال مورد بررسی قرار گرفت و با تعریف استاندارد دوره بازگشت توأم مقایسه شد. نتایج نشان داد که در یک سطح احتمال بحرانی معین، ، مقدار دوره بازگشت کندال خیلی بیشتر از دوره بازگشت استاندارد بود و این تفاوت با افزایش مقدار ، افزایش می یافت. خصوصیات احتمالاتی بررسی شده در این رساله، اطلاعات با ارزشی در اختیار برنامه ریزان و سیاستگذاران منابع آبی، به منظور اتخاذ تصمیمات مقتضی برای مقابله با پیامدهای خشکسالی، قرار می دهد.