پیش‌بینی استوکستیکی احتمالات وقوع خشکسالی (مطالعه موردی: شمال‌ غرب ایران)

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه

2 دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

چکیده

توابع توزیع عمومی (Generalized distribution functions) برای پیش­بینی احتمالاتی خصوصیات مختلف خشکسالی در شمال غرب ایران با استفاده از روش شبیه­سازی مونت­کارلو، تئوری ران و شاخص بارش استاندارد (SPI) توسعه داده شده­اند. چنین هدفی صرفاً بر اساس داده­های تاریخی یا ثبت شده بارندگی کاملاً غیر ممکن به نظر می­رسد، چرا که داده­های تاریخی، بدون در نظر گرفتن طول دوره آماری آن­ها، تنها یک سری یا نمونه­ای از هزاران سری ممکن جامعه آماری داده­ها محسوب می­شوند. بنابر این، یک روش استوکستیکی به طور وسیع برای تولید 1000 سری زمانی بارندگی در دوازده ایستگاه سینوپتیک در شمال غرب ایران استفاده شده است. داده­های مصنوعی تولید شده، به عنوان پایه­ای برای پایش خشکسالی جهت مشخص کردن مجموعه­ای از ویژگی­های خشکسالی ممکن از قبیل مدت، شدت، بزرگی و فواصل بین دو خشکسالی متوالی، به کار گرفته شده و توزیع احتمالی ویژگی­های مختلف خشکسالی بر اساس شاخص SPI و ماتریس احتمال انتقال رخداد­های خشکسالی توسعه یافته است. نتایج نشان داد که انتظار خشکسالی­هایی با تداوم پنج سال یا بیشتر در منطقه مطالعاتی تقریباً نزدیک به صفر بوده است. همچنین بررسی همگرایی خشکی سالیانه با ماه­های مختلف سال نشان داد که ماه­های پر باران سال نقش اصلی در تعیین موقعیت خشکی سال ایفا نموده و بقیه ماه­های سال که به عنوان ماه­های کم­باران مطرح هستند، تقریباً نقش بسیار ناچیزی دارند. همچنین نتایج مطالعه مؤید محدودیت اساسی داده­های تاریخی در مطالعات پایش خشکسالی و ضرورت به کارگیری روش مونت­کارلو برای استنتاج­های دقیق و واقعی از پدیده خشکسالی هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Stochastic Forecasting of Drought Probabilities (Case Study on Northwest of Iran)

نویسندگان [English]

  • Majid Montaseri 1
  • Babak Amirataee 2
1 Department of Water Engineering, University of Urmia, Urmia
2 Department of Water Engineering, University of Urmia

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought probability
  • monte carlo simulation
  • SPI index
  • Transition probability matrix
[1]        Rossi, G., "Drought Mitigation Measures: a Comprehensive Framework in: Drought and Drought Mitigation in Europe", Kluwer Academic Publihers, Dordrecht, 2000.
[2]        Wilhite, D. A., "Drought: a Global Assessment", Rutledge Press, London and New York, Volume I, 2000.
[3]        Mishra, A. K., Singh, V. P., "Drought Modeling-a Review", Journal of Hydrology, 2011, 403 (1-2), 157-175.
[4]        Tsakiris, G., Pangalou, D., Vangelis, H., "Regional Drought Assessment Based on the Reconnaissance Drought Index (RDI)", Water Resources Management, 2007, 21 (5), 821-833.
[5]        Vangelis, H., Spiliotis, M., Tsakiris, G., "Drought Severity Assessment Based on Bivariate Probability Analysis", Water Resources Management, 2011, 25, 357-371.
[6]     امیرعطایی، ب.، منتصری، م.، یاسی، م.، "مقایسه عملکرد ذاتی هفت شاخص خشکسالی رایج در پایش خشکسالی با استفاده از روش شبیه­سازی مونت­کارلو"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تبریز، 1392، 43 (1)، 25-39.
[7]        Mckee, T. B., Doesken, N. Y., Kleist, Y., "The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales", 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim, 17-22 January, 1993, pp 179-184.
[8]        Hayes, M. J., Svoboda, M. D., Wilhite, D. A., Vanyarkho, O. V., "Monitoring the 1996 Drought using the Standardized Precipitation Index", Bulletin of the American Meteorological Society, 1999, 80 (3), 429-438.
[9]        Guttman, N. B., "Accepting the Standardized Precipitation Index: a Calculation Algorithm", Journal of the American Water Resources Association, 1999, 35, 311-322.
[10]     Heim, J. R., "A Review of Twentieth-Century Drought Indices used in the United States", Bulletin of the American Meteorological Society, 2002, 83 (8), 1149-1166.
[11]     Zhang, Q., Li, J., Singh, V. P., Bay, Y., "SPI-Based Evaluation of Drought Event in Xinjiang, China", Natural Hazards, 2012, 64 (1), 481-492.
[12]     Du, J., Fang, J., Xu, W., Shi, P., "Analysis of Dry/wet Conditions using the Standardized Precipitation Index and its Potential Usefulness for Drought/Flood Monitoring in Hunan Province, China", Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 2012, 27 (2), 377-387.
[13]     Fernandez, B., Salas, J. D., "Return Period and Risk of Hydrologic Events. I: Mathematical Formulation", Journal of Hydrologic Engineering, 1999, 4 (4), 297-307.
[14]     Fernandez, B., Salas, J. D., "Return Period and Risk of Hydrologic Events. II: Applications”, Journal of Hydrologic Engineering, 1999, 4 (4), 308-316.
[15]     Chung, C. H., Salas, J. D., "Drought Occurrence Probabilities and Risks of Dependent Hydrologic Processes", Journal of Hydrologic Engineering, 2000, 5 (3), 259-268.
[16] Kim, T., Vald´es, J. B., Yoo, C.,
          "Nonparametric Approach for Estimating
            Return Periods of Droughts in Arid Regions",
            Journal of Hydrologic Engineering, 2003, 8,
            237-246.
[17]     Mishra, A. K., Singh, V. P., Desai, V. R., "Drought Characterization: a Probabilistic Approach", Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 2009, 23 (1), 41-55.
[18]     Stedinger, J. R., Taylor, M. R., "Synthetic Stream flow Generation, Part 1, Model Verification and Validation”. Water Resources Research, 1982, 31 (3), 645-654.
[19]     McMahon, T. A., Peel, M. C., Vogel, R. M., Pegram, G. G. S., "Global Streamflows - Part 3: Country and Climate Zone Characteristics", Journal of Hydrology, 2007, 347, 272 - 291.
[20]     Adeloye, A. J., Montaseri, M., "Preliminary Streamflow Data Analyses Prior to Water Resources Planning Study", Hydrological Sciences Journal, 2002, 47 (5), 679-692.
[21]     Bars, R. L., "Hydrology: an Introduction to Hydrologic Science", Addison-Wesley Publishing Co., New York, USA, 1990.
[22]     Kendall, M. G., Stuart, A., "The Advanced Theory of Statistics", Charles Griffin & Company, London, 1976.
[23]     McGhee, J. W., "Introductory Statistics", West Publishing Co., New York, USA, 1985.
[24]     Vogel, R. M., Kroll, C. N., "Low flow Frequency Analysis using Probability Plot Correlation Coefficients", Journal of Water Resources Planning and Management, 1989, 115 (3), 338-357.
[25]     McKee, T. B., Doesken, N. J., Kleist, J., "Drought Monitoring with Multiple Time Scales", The 9th Conference on Applied Climatology, American Meteorological Society, Boston, 1995, pp 233-236.
[26]     Edwards, D. C., Mckee, T. B., "Characteristics of 20th Century Drought in the United State at Multiple Time Scales". Journal of the Atmospheric Sciences, 1997, 634, 1-30.
[27]     Yevjevich, V., "An Objective Approach to Definitions and Investigation of Continental Hydrological Droughts", Hydrology Paper 23, Colorado State University, Fort Collins, CO, P. 18, 1967.
[28]     Dracup, J. A., Lee, K. S., Paulson, E. G., "On the Statistical Characteristics of Drought Events", Water Resources Research, 1980, 16 (2), 289-296.
[29]     Thompson, S. A., "A Markov and Runs Analysis of Drought in the Central United States", Physical Geography, 1990, 11 (3), 191-205.
[30]     Wilks, D. S., "Statistical Methods in the Atmospheric Sciences", Academic Press, San Diego, California, USA, 1995.
[31]     Chow, V. T., Maidment, D. R., Mays, L. W., "Applied Hydrology", McGraw-Hill Book Co. New York, 1988.
[32]     Salas, J. D., "Analysis and Modeling of Hydrologic Time Series", in hand book of hydrology, Edited by Maidment, McGraw-Hill Book Co., New York, 1993.
[33]     Montaseri, M., Adeloye, A. J., "Effects of Integrated Planning on Capacity-Yield-Performance functions", Journal of Water Resources Planning and Management, 2002, 128 (6), 456-461.
[34]     McMahon, T. A., Mein, R. G., "River and Reservoir Yield", Water Resources Publications, Littleton, Colorado, 1986.
[35]     McMahon, T. A., Adeloye A. J, "Water Resources Yield", Water Resources Publications, LLC, Colorado, 2005.
[36]     Santos, E. G., Salas, J. D., "Stepwise Disaggregation Scheme for Synthetic Hydrology", Journal of Hydraulic Engineering, 1992, 118 (5), 765-784.
[37]     Maidment, M., "Handbook of Hydrology" McGraw-Hill, Inc., New York, 1993.
[38]         Valencia, D., Schaake, J. C., "Disaggregation Processes in Stochastic Hydrology", Water Resources Research, 1973, 9 (3), 580-585.