پایش و پیش‌‏بینی وضعیت خشکسالی با استفاده از شاخص بارندگی استاندارد (SPI) و شبکۀ عصبی پرسپترون چندلایه (مطالعۀ موردی: استان‏ های تهران و البرز)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه انرژی‏های نو و محیط زیست، دانشکدۀ علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

2 دانشجوی کارشناسی ‏ارشد رشتۀ مهندسی طبیعت، دانشکدۀ علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

چکیده

خشکسالی یکی از پدیده‏های تکرار‏شونده در تمامی نقاط با اقلیم‏های پر‏بارش و کم‏بارش است و  بلایی طبیعی به‌شمار می‌رود. ایران نیز از جمله کشورهایی است که با این پدیده در نقاط مختلف به‌خصوص حوضۀ رود‏خانه‏ها درگیر است. استان‏ تهران به‌دلیل اهمیت آن از نظر سیاسی و اجتماعی با رشد روز‏‏افزون جمعیت مواجه است که این امر به کاهش منابع آبی این استان دامن می‏زند. در این پژوهش به استان البرز که در گذشته یکی از شهر‏های استان تهران محسوب می‏شد، ‌توجه شد. خسارات واردشده از خشکسالی به این منطقه از نوع اقتصادی‌ـ اجتماعی است. در این پژوهش پایش و پیش‏بینی وضعیت خشکسالی، با استفاده از اطلاعات بارش 38 ایستگاه باران‏سنجی در محدودۀ دو استان تهران و البرز، به‌وسیلۀ شاخص بارندگی استاندارد (SPI) در بازۀ زمانی 31 ساله ‌بین سال‏های آبی 1362‌ـ 1363 تا 1392‌ـ 1393 در میانگین‏های زمانی 3، 6، 9، 12 و 24 ماهه انجام گرفت. نتایج بررسی شاخص SPI12 نشان داد حدود نیمی از ایستگاه در کل دورۀ مطالعاتی وضعیت نرمال داشته‏اند و حدود یک‏سوم ایستگاه‏ها در این مدت وضعیت خشکسالی را پشت ‏سر گذاشته‏اند. با توجه به مقادیر عددی شاخص SPI دو بازۀ زمانی 1375‌ـ 1376 و 1377‌ـ 1378 به‏عنوان سال‏هایی که یک دورۀ کامل خشکسالی را تجربه کرده‏اند، انتخاب شدند. دوره‏های خشکسالی شدید و خیلی شدید، شدید‏ترین مقدار خشکسالی (کمترین مقدار SPI) برای تعدادی از ایستگاه‏ها در دوره‏های 3، 6، 9، 12 و 24 ماهه محاسبه شد. همچنین پیش‏بینی با روش شبکۀ عصبی پروسپترون چند‌لایه انجام شد به‌طوری‌که حاصل به مقادیر مشاهداتی بسیار نزدیک بود.
 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1-     حجازی‏زاده، زهرا؛ جوی‏زاده، سعید؛ ‌مقدمه‏ای بر خشکسالی و شاخص‏های آن‌، 1389، انتشارات سمت، 358 ص.
2-     حسینی موغاری، سید محمد؛ 1392، توسعۀ سامانۀ پایش و پیش‏بینی خشکسالی (مطالعۀ موردی: حوضۀ گرگان‏رود)، پایان‏نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، 144 ص.
3-     سامانۀ خشکسالی هواشناسی ایران، آخرین دسترسی : 25/02/1394
4-     کارآموز، محمد؛ و عراقی‏نژاد، شهاب؛ هیدرولوژی پیشرفته. 1390، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 460 صفحه.
5-     مجلۀ اینترنتی خلیج‌فارس، آخرین دسترسی: 22/02/1395
http://parssea.org/?p=2643
6-      مرید، سعید؛ پایمزد، شهلا. «مقایسۀ روش‏های هیدرولوژیکی و هواشناسی جهت پایش روزانۀ خشکسالی در تهران». علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، سال یازدهم، ش 42، زمستان 1386، از ص 325 تا 333.
7-      Araghinejad, S. 2014. Data-driven Modeling: Using MATLAB in Water Resources and Environmental Engineering. Springer.Mishra A. K., Desa, V. R. and Singh, V. P. 2007. Drought Forecasting Using a Hybrid Stochastic and Neural Network Model. Journal of Hydrologic Engineering, 12(6):626–638.
8-      Chu P.S., Nash A.J., and Porter F.Y. 1993. Diagnostic studies of two contrasting rainfall episodes in Hawaii: Dry 1981 and wet 1982. Journal of climate, 6(7):1457-1462.
9-      Karamouz, M., and Araghinejad S. 2009. Advanced Hydrology. Amirkabir University Press. Tehran.
10-  McKee T.B., Doesken N.J., and Kleist J. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. In Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology, 17(22):179-183.
11-  McKee T.B., Doesken N.J., and Kleist J. 1995. Drought monitoring with multiple time scales, Ninth Conference on Applied Climatology, American Meteorological Society, Boston, Massachusetts, 233-236.
12-  Morid S., Smakhtin V., and Bagherzadeh K. 2007. Drought forecasting using artificial neural networks and time series of drought indices. International Journal of Climatology, 27(15):2103-2111.
13-  Mishra A. K., Desa, V. R. and Singh, V. P. 2007. Drought Forecasting Using a Hybrid Stochastic and Neural Network Model. Journal of Hydrologic Engineering, 12(6):626–638.
14-  Palmer W.C. 1965. Meteorological drought. Washington, DC, USA: US Department of Commerce, Weather Bureau, 58 p.
15-  Vafakhah M., and Bashari M. 2011. Probability study of hydrological drought and wet period’s occurrence using markov Chain in Kashafrood Watershed. Watershed Management Research (Pajouhesh&Sazandegi), 25(1):1-9. (In Persian with English abstract)
16-  WilhiteD.A.,andPulwartyR.S. 2005. Drought and water crises: lessons learned and the road ahead. Drought and water crises, 431 p.
17-  Wilhite D.A., Hayes M.J., Knutson C., and Smith K.H. 2000. Planning for Drought: Moving from Crisis to Risk Management. Journal of the American Water Resources Association, 36(4):697-710.
 
دوره 2، شماره 4
دی 1394
صفحه 417-428
  • تاریخ دریافت: 22 آذر 1394
  • تاریخ بازنگری: 29 خرداد 1395
  • تاریخ پذیرش: 19 اسفند 1394
  • تاریخ اولین انتشار: 19 اسفند 1394
  • تاریخ انتشار: 01 دی 1394