دانلود مقاله بررسی روند تغییرات حداکثر بارش در ایران

بررسی روند تغییرات حداکثر بارش در ایران
هدف از انجام این پژوهش، بررسی روند تغییرات بارش سالانه 37 ایستگاه منتخب در کل ایران با استفاده از روش ناپارامتری می‌باشد. دو آزمون من کندال و تخمین گر سن که جزء متداول‌ترین روش‌های ناپارامتری به شمار می‌روند، جهت تحلیل رونده داده‌های بارندگی و دما در مقیاس‌های سالانه به کار گرفته شدند. 37 ایستگاه سینوپتیکی واقع در حوزه ایران که در بازه زمانی 1965 تا 2008 دارای آمار بودند انتخاب، و دو آزمون فوق بر روی داده‌های آنها اعمال گردید، و نتایج حاصل از این دو روش با هم مورد مقایسه قرار گرفتند.

نتایج نشان داد که کارایی دو روش فوق در تحلیل روند بارندگی‌ها ودما در بیشتر مواردشبیه هم است. و نشان دهنده وجود روند کاهشی معنی‌دار برای مجموع بارش سالیانه و روند مثبت معنی‌دار برای دمای متوسط سالیانه می‌باشد.
کلید واژه ها: تحلیل روند، بارش، روش ناپارامتری، من کندال، تخمین گرسن

مقدمه
یکی از روشهای متداول جهت تحلیل سری‌های زمانی هیدرومتئورولوژیکی، بررسی وجود یا عدم وجود روند در آنها با استفاده از آزمونهای آماری می‌باشد. اصولاً وجود روند در سری‌های زمانی هیدرومتئورولوژیکی ممکن است ناشی از تغییرات تدریجی طبیعی و تغییر اقلیم یا اثر فعالیتهای انسانی باشد(بروک و کارتز 1953،414). اثبات وجود روند معنی‌دار در یک سری زمانی بارندگی به تنهایی نمی‌تواند دلیل قاطع بر وقوع تغییر اقلیم در یک منطقه باشد، بلکه فرض رخداد آن را تقویت می‌نماید(سیرانو و همکاران 1999، 86).

همانند بسیاری از پدیدههای طبیعت، آب و هوا نیز متغیر است. اقلیم تأثیر مستقیم در شدت و توزیع بارش‌ها دارد، که این به نوبه خود اثر زیادی برروی فرسایس خاک، نوسانهای سطح سفره‌های آب زیرزمینی و وقوع سیل بجا می‌گذارد، انجام پژوهش‌های مرتبط باتغییر اقلیم برای آمادگی هرچه بیشتر جهت مقابله با هزینه‌های خسارت بار ناشی از این تغییر بسیار ضروری می‌باشد.
ایران با مساحتی در حدود 1648000 کیلومتر مربع در جنوب غرب آسیا قرار گرفته و تقریبا از 25 تا 40 درجه شمالی و 24 تا 64 درجه شرقی گسترش دارد.

رشته کوههای اصلی ایران، البرز و زاگرس می‌باشند که به ترتیب از غرب به شرق و از شمال به جنوب شرق امتداد دارند. این رشته کوهها نقش بسیار مهمی در توزیع ناهمگون زمانی و مکانی بارندگی در کل کشور ایفا می‌کند.

آگاهی ازروند تغییرات بارش یک مکان می‌تواند بسیاری از مدیران و دست‌اندرکاران مرتبط با آب را نسبت به تصمیم‌گیری‌های آینده خود در ارتباط با اجرای مقاله‌های عمرانی یاری دهد. اقلیم ایران به استثنای سواحل شمالی و منطقه کوهستانی غرب کشور، خشک و نیمه خشک است.

قرارگیری بخش‌های زیادی از ایران در کمربند خشک و نیمه‌خشک جهان ازیک سو و داشتن نقش تعیین کننده‌ای که نزولات جوی در تأمین آب کشور برعهده درند از سوی دیگر، باعث شده که آگاهی بیشتر نسبت به روند تغییرات بارش ایران از اهمیت چشم‌گیری برخوردار باشد.

آب و هوای ایران با تابستان‌های گرم و خشک و زمستان های سرد به ویژه در قسمتهای داخلی کشور، بی‌نهایت قاره‌ای است. دامنه تغییرات دمای هوا در ایران در حدود 22 تا 26 درجه سانتی‌گراد است. دوره بارندگی در بخش‌های عمده ایران از آبان تا اردیبهشت به طول می‌انجامد و در پی آن دوره خشک و گرم فرا می‌رسدکه از اردیبهشت تا آخر مهرماه ادامه دارد.

میانگین بارندگی در ایران در حدود 240 میلی‌متر است که بیشترین میزان آن در دشتهای حاشیه دریای‌خزر و دامنه‌های البرز و زاگرس به ترتیب با 1800 و 480 میلی‌متر روی می‌دهد. با وارد شدن به دشتهای داخلی شرق و مرکز ایران مقدار بارندگی با پیروی از توپوگرافی محل به کمتر از 100 میلی‌متر کاهش می‌یابد.

از نظر سینوپتیکی اب و هوای بیشتر بخش‌های ایران به ویژه در دوره گرم سال، تحت تأثیر سامانه پرفشار جنب حاره قرار دارد. این پدیده باعث به وجود آمدن تابستانهای بسیار گرم و خشک در این مناطق می‌شود.

قسمت عمده بارندگی در گستره ایران به وسیله سامانه‌های مدیترانه‌ای تولید می‌شوند که از غرب به شرق در بستر بادهای غربی به ایران وارد می‌شوند. تغییرات سامانه‌های سینوپتیکی و تغییرات سال به سال در تعداد سامانه‌های که به ایران وارد می‌شوند، عامل اصلی ضریب تغییرات بزرگی سالانه در کشور به شمار می‌رود.

سامانه‌های جبهه مدیترانه‌ای که در ارتباط با جریانهای هوای غربی وارد کشور می‌شوند، بخش اصلی بارندگی‌های کل کشور را در آخر پاییز و فصل زمستان تأمین می‌کنند. علاوه بر سامانه‌های جبهه‌ای مدیترانه‌ای، سامانه‌های باران‌آور سودانی نیز که از جنوب‌غرب وارد ایران می‌شوند، سهم عمده‌ای از بارندگی‌های غرب و جنوب‌غرب ایران را تشکیل می‌دهند.

در منطقه کوهستانی شمال‌غرب کشور رگبارهای تندری و همرفتی از فرآیندهای اصلی جوی هستند که موجب بروز بارندگی در فصل بهار و ابتدای تابستان می‌شوند. این سامانه‌های باران‌آور تنها در بخش‌های غربی کشور فعال هستند و زمانی که به مرکز و شرق کشور می‌رسند، رطوبت کافی برای تولید ابر و بارش ندارند، از این رو منطقه مرکزی و شرقی کشور مستعدترین منطقه برای بروز خشکسالی است.

زیرا تغییرپذیری درون سالی و بین سالی بارندگی در این منطقه بسیار زیاد است و مقدار بارندگی سالانه و ماهانه از ضریب تغییرات بزرگی برخورداراست. این منطقه که بیش از نیمی از کشور را در بر می گیرد، به وسیله کوههای البرز و زاگرس احاطه شده است.

کوههای زاگرس همانند یک دیوار، رطوبت سامانه‌های باران‌آور را می‌گیرد؛ در نتیجه هوایی که به این منطقه می‌رسد، پتانسیل لازم را برای ایجاد بارندگی ندارد. این پدیده موجب بی‌نظمی بسیار زیادی، در بارندگی این منطقه می‌شود. نبود بارندگی از اردیبهشت تا مهر ماه به همراه دمای زیاد موجب تبخیر و تعرق شدید و در نتیجه کمبود شدید آب می‌شود.

نوسانات بارندگی عموماً بیشترین تأثیر را بر اقتصاد کشورهای غنی و فقیر داشته و خواهد داشت. اهمیت و دامنه این تغییرات به حدی است که می‌تواند موجبات بحران‌های سیاسی اجتماعی را فراهم نموده و حتی سقوط یا دوام دولت ها را موجب می‌گردد.

بیشتر انرژی مصرفی بشر سوخت‌های فسیلی از جمله روغن، بنزین و موارد مشابه می‌باشد. مصرف این سوخت‌ها سبب می‌شود غلظت گاز دی‌اکسیدکربن که از گازهای گلخانه‌ای اصلی محسوب می‌شود در اتمسفر افزایش یابد. این گازها اتمسفر و فضای اطراف زمین را به صورت یک محفظه درآورده به طوری که طول موجهای بلند منعکس شده از زمین نمی‌توانند از آن خارج شوند و این عمر باعث گرم شدن لایه سطحی زمین و لایه‌های زیرین اتمسفر و در نهایت گرم شدن زمین و اتمسفر می‌شود.

تغییر در زمان و مقدار بارش موثر، به نحوی که در زمستان بارش بیشتر و در تابستان بارش کمتر می‌شود، تغییر مقدار بیشینه ،کمینه و میانگین بارش، تغییر در بیشینه و کمینه درجه حرارت، به طوری که تابستان‌ها گرمترو زمستان‌ها سردتر می‌شوند، که این مسئله موجب می‌شود اقلیم منطقه تحت تأثیر این پدیده، به سمت اقلیم خشک حرکت کند. تغییر در زمان ذوب برف، تغییر طول دوره رشد و زمان برداشت گیاهان، افزایش ارتفاع از سطح آب دریاها و اقیانوس‌ها، نازک شدن و کاهش مساحت یخ ها در قطب شمال، تغییر در میزان و کیفیت منابع آبی را می‌توان به عنوان اثرات مهم این پدیده ذکر نمود.

از طرفی افزایش گازهای گلخانه‌ای در هر منطقه اثر یکسانی ندارد و در برخی نواحی سبب افزایش و در بعضی نواحی موجب کاهش بارش می‌شود. تغییر الگوی دمایی و نوسان‌های محسوس در میزان بارندگی که از علائم قابل توجه پدیده تغییر اقلیم می‌باشد، اثرات نامطلوبی همچون کاهش منابع آب، افزایش سطح دریا، تخریب جنگل‌ها، تناوب و تشدید خشکسالی و تهدید سلامت انسان‌ها را به دنبال خواهد داشت و این امر به صورت غیر مستقیم منجر به آسیب‌های اقتصادی به کشورها در اثر مقابله با این اثرات خواهد گردید.

دو نوع اسیب‌پذیری به خاطر افزایش بارش مورد توجه می‌باشد:1-تغییراتی در نرخ بارش میانگین در مناطقی که کشاورزی دیم دارند. 2-تغییراتی در فراوانی وقایع غیرمترقبه بارش در مناطقی که مساعد سیل و طوفان می‌باشند. در مورداول افزایش بارش در مناطق وابسته به بارش می تواند سودآور داشته باشد.

درحالی که کاهش بارش می تواند تأثیر منفی داشته باشد در مناطق خشک و نیمه خشک که فراهم نمودن آب شرب مشکل اساسی می‌باشد، تغییر اقلیم باعث مشکلات جدی در زمینه تأمین آب شرب در این مناطق خواهد شد. همچنین افزایش سیل و طوفان در مناطقی که مستعد این پدیده‌ها می‌باشد، باعث افزایش آلام مردم می‌گردد. اجرای طرح‌های کنترل سیلاب در این مناطق آسیب‌پذیری جامعه را کاهش می‌دهند. از آنجایی که این گونه طرح ها مستلزم صرف بودجه هنگفتی است، اطلاع در زمینه تغییر اقلیم در آینده در مناطق مورد نظر ضروری می‌باشد. غیر محتمل است که تمامی تغییرات هیدرولوژیکی ناشی از تغییر اقلیم سودمند باشد. برای مناطق مختلف تأثیر تغییر اقلیم و میزان خسارت و سودمندی آن متفاوت می‌باشد.

مطالعات انجام شده در سال‌های اخیر، که در فصل سوم شرح داده می‌شود، نشان دادند که پدیده النینیو نوسانات جنوبی ( ENSO)به عنوان یک عامل مهم جهت توجیه واریانس بارندگی در مناطق مختلف جهان و از جمله ایران به کار رفته است.

شاخص بارش نوسانات جنوبی ESPI که به عنوان معیاری برای وقوع النینیوولانینا می‌باشد، با در نظر گرفتن دوره 1990-1961 میلادی(مطابق با طولانی ترین دوره بارش) به صورت ماهانه مورد استفاه قرار می‌گیرد. تغییرات در نوسانات اطلس شمالی ( NAO) برای شرح افزایش و کاهش بارش در سال‌های تغییر در ایستگاههای مورد مطالعه به کارگرفته می‌شود.

این تحقیق تغییرات بارش سالانه در تمام ایستگاههای کشور را از سال 1965 تا 2008 را مورد بررسی قرار می‌دهد. هدف از این مطالعه، به طور کلی بررسی روند تغییر خصوصیات بارش در کل کشور به لحاظ تغییرات زمانی و مکانی آن، وارتباط ان با دمای منطقه و شناسایی آستانه‌های تغییر اقلیم و ارتباط این تغییرات با ناهنجارهای جهانی به همراه تعیین مناطقی که این تغییرات حداکثر بوده، به منظور مدیریت منابع آب بلند مدت منطقه است.

روش آماری مورد استفاده شامل روش ناپارامتری من – کندال وتخمین گر سن می‌باشد.

فهرست مطالب
فصل اول: کلیات
مقدمه 2
ساختار کلی تحقیق 5
1-1 بیان مسأله 6
1-2 اهمیت وضرورت تحقیق 7
1-3 اهداف تحقیق 8
1-4 پرسش اصلی تحقیق 8
1-5 فرضیه‌های تحقیق 8
1-6 تعاریف عملیاتی تحقیق 8
1-6-1 بارش 8
1-6-1-1 عوامل وقوع بارش 9
1-6-1-1-1 عامل صعود 9
1-6-1-1-2 منابع رطوبتی 11
1-6-1-2 عوامل مؤثر بر آب و هوای ایران با تآکید بر عنصر بارش 12
1-6-1-2-1 عوامل محلی 12
1-6-1-2-1-1 موقعیت جغرافیایی 12
1-6-1-2-1-2 ناهمواریها 12
1-6-1-2-2 عوامل بیرونی 14
1-6-1-2-2-1 اثر همسایگان 14
1-6-1-2-2-2 اثر سرزمین‌های دور 18
1-6-2 اقلیم 20
1-6-2-1 گازهای گلخانه‌ای 20
1-6-2-2 الگوهای ارتباط از دور 21
1-6-3 پارامترهای متأثر از تغییرات اقلیمی 22
1-6-3-1 بارندگی و بخار آب 22
1-6-3-2 درجه حرارت 23
1-6-3-3 تغییر در میزان یخ و برف 24
1-6-3-4 سطح آب دریاها 24
1-6-3-5 الگوهای پیوند از دور 25
1-6-3-5-1 چرخه اتمسفری 25
1-6-3-5-2 النینو نوسانات جنوبی ENSOو نوسانات اطلس شمالی NAO 26
1-6-4 تغییر در اکوسیستم 27
1-6-5 سوانح طبیعی متأثر از تغییرات آب و هوایی 27
1-6-6 بررسی میزان همبستگی سری زمانی بارش طولانی مدت با ناهنجاری‌های بارش جهانی به عنوان شاخصی برای بررسی تغییر اقلیم 28

فصل دوم: پیشینه ی تحقیق
2-1 پیشینه ی تحقیق در ایران 30
2-2 پیشینه ی تحقیق در جهان 38

فصل سوم: مواد و روش ها
3-1 منطقه مورد مطالعه 50
3-2 ایستگاههای مورد مطالعه 50
3-3 اقلیم وهواشناسی منطقه 54
3-4 تجزیه وتحلیل داده‌ها 57
3-5 روش تحقیق 58
3-6 آزمون‌های آماری جهت بررسی روند 58
3-6-1 آزمون من کندال روش اول 60
3-6-2 آزمون آماری من –کندال روش دوم 64
3-6-3 تخمین گر سِن 67

فصل چهارم: نتایج وبحث
4-1 مشخصات کلی بارش منطقه 70
4-2- بررسی روند بارش منطقه در دوره 44 ساله (2008-1965 ) 71
4-2-1 بررسی آماری تغییرات زمانی 71
4-2-2 بررسی نتایج آزمون ترسیمی من کندال روش اول 76
4-2-3- پهنه‌بندی نتایج آزمون من-کندال دوره 44 ساله 90
4-2-4- بررسی آماری تغییرات مکانی 92
4-3 ارتباط بین دما با بارش 95

فصل پنجم: نتیجه گیری
5-1 نتیجه‌گیری 96
5-2 پیشنهادات 97
منابع و مآخذ 99
الف) منابع فارسی 99
ب) منابع لاتین 102
ضمائم 111

فهرست جداول
جدول 3-1 مشخصات جغرافیایی ایستگاههای مورد مطالعه‌ها دوره مشترک آماری 44 ساله 51
جدول 3ـ2 54
جدول3ـ3-مشخات اقلیمی ایستگاههای کشور بااقلیم‌بندی یونسکو 55
جدول 4-1 نتایج آزمون من – کندال دو روش و تخمین گر سن مجموع بارش و حداکثر بارش و میانگین دمای سالیانه طی دوره 44 ساله (2008-1965) 72
جدول 4-2- درصد ایستگاه‌های دارای روند معنی‌دار به تفکیک نوع آزمون طی دوره 44 ساله 75
جدول 4ـ3 : مقایسه نتایج تشخیص روند حداکثر بارش سالیانه سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 78
جدول 4ـ3: مقایسه نتایج تشخیص روند حداکثر بارش سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 79
جدول 4ـ3 : مقایسه نتایج تشخیص روند حداکثر بارش سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 80
جدول 4ـ3: مقایسه نتایج تشخیص روند حداکثر بارش سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 81
جدول4ـ4 : مقایسه نتایج تشخیص روند میانگین دمایی سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 82
جدول 4ـ4 : مقایسه نتایج تشخیص روند میانگین دمای سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 83
جدول 4ـ4 : مقایسه نتایج تشخیص روند میانگین دمایی سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 84
جدول 4ـ4 : مقایسه نتایج تشخیص روندمیانگین دمای سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 85
جدول 4ـ5 : مقایسه نتایج تشخیص روندمجموعه بارش سالیانه با استفاده از روشهایMK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 86
جدول4ـ5 : مقایسه نتایج تشخیص روند مجموع بارش سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 87
جدول 4ـ5: مقایسه نتایج تشخیص روندمجموع بارش سالیانه با استفاده از روشهای MK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 88
جدول4ـ 5: مقایسه نتایج تشخیص روند مجموعه بارش سالیانه با استفاده از روشهایMK ، PW-MK ، MK-VCA و MK-TFPW 89
جدول4-6 مقادیر بارش متوسط (میلیمتر) وضریب تغییرات به ترتیب نزولی عرضهای جغرافیایی مجموع بارش 93
جدول 4-7 مقادیر بارش متوسط (میلی متر) وضریب تغییرات به ترتیب صعودی طول جغرافیایی 94