Modeling and Monitoring the Drought Phenomenon in Northwest of Iran

جغرافیا و مخاطرات محیطی

Article 9, Volume 8, Issue 3 - Serial Number 31, December 2018, Pages 143-165   

Document Type: Research Article

DOI: 10.22067/geo.v0i0.79901

Authors

Vahid Safarian Zengir¹; Behroz Sobhani^{* 2}; Majid Rezaei Banafsheh³

¹University of Mohaghegh Ardabili

², University of Mohaghegh Ardabili

³University of Tabriz

Abstract

Introduction

Drought is one of the natural hazards which can cause an irreparable damage in various sectors of agriculture, economics, and so on. In recent years, different regions of the world have experienced more severe drought (Mirzai et al., 2015). Also, drought is one of the most important natural disasters affecting agriculture and water resources which is abundant especially in arid and semi-arid regions (Shamsenya et al., 2008). Drought changes are well-suited for optimal management of water resources utilization (Alizadeh, 2017). Drought is also referred to as a climate phenomenon with a lack of humidity and rainfall relative to normal conditions. This phenomenon strongly affects all aspects of human activity (Zeinali & Safarian Zangir, 2017). Regarding the studies done inside and outside of the country, this study attempted to model and monitor the drought phenomenon in northwest of Iran using a new index.

Materials and Methods

In this study, drought modeling in northwest of Iran was carried out using climatic data of rainfall, temperature, sunshine, relative humidity, and wind speed monthly (6 and 12 months scale) for the period of 32 years (1987-2018) in five provinces of Ardebil, East Azarbaijan, West Azarbaijan, Zanjan, and Kordestan in 21 stations using a new index modeling called TIBI architecture, fuzzyized from four indicators (SET, SPI, SEB, MCZI) Valid in World Meteorological Organization. The position of the studied areas are shown in Fig. 1 and the coordinates of the stations are presented in Table (1).

Results and Discussion

Monitoring of drought fluctuations based on four integrated indicators in T.I.B.I
In order to investigate the effect of drought fluctuations in drought conditions of stations, it is possible to find changes in the parameters (SET, SPI, SEB, & MCZI) within the TIBI index. Considering the large number of stations studied, for the sake of better understanding, only the drought series chart of Tabriz station was presented on two 6-and 12-month scale. (In the above-mentioned Station diagram, the Flash line Red shows a 6-month-old drought margin with a value of 0.44 and more, and a 12-month scale with a value of 0.98 and more). The analysis of these forms shows that at the 6 and 12-month scale of Tabriz station, the amount of evapotranspiration was similar to drought conditions, which decreased from March 1993 to July 1998, while after this month an increase was observed. The impact of rainfall on a 6-month scale is weaker than the 12-month scale. From April 1996 to December 2004, it has grown steadily, and then followed the same pattern. The indicators (SET, SPI, SEB, & MCZI) affect the TIBI index and show some trends indicating that the new TIBI fuzzy index is well reflected in the four indicators. Its drought classes scale was presented in Table 5. The T.I.B.I index on a 12-month scale shows a sharper shape compared to a six-month scale.

Conclusion

In recent years, drought is one of the most important damaging issues in different sectors such as agriculture, economics, etc. In different parts of Iran including Northwest of Iran, Researchers have done a lot of research on drought monitoring. They presented different models but did not adequately cover the subject. The purpose of this study was to model and investigate drought in northwest of Iran during the 6 and 12-month scale. At stations, the intensity of the 12-month scale and the frequency of droughts are more than 6 months. Drought persistence is more than 12 months old. Drought had a lower continuity in the short-run time scale and was influenced by the temperature parameter. The severity of drought in the long periods of time was less responsive to rainfall variations. The trend of drought in the northwest of Iran increased and the temperature trend was mildly increasing. The most frequent occurrence of drought occurred at the 6th and 12th month scale in Orumiyeh station, while the lowest in both the 6 and 12-month scale in Sanandaj station. The percentage of drought frequency in Jolfa, Maku, and Uromieh stations was 12 months higher than the 6-month scale.

Keywords

Fuzzy logic; drought monitoring; 6 and 12-month scale; T.I.B.I; North West

References

اختیاری‌خواجه، شیوا؛ دین‌پژوه، یعقوب؛ 1397. کاربرد شاخص خشکسالی مؤثر (EDI) برای بررسی دوره‌های خشکی (ایستگاه‌های تبریز، بندر انزلی و زاهدان). علوم و مهندسی آبیاری. شماره 1. 145-133.

ادیب، آرش؛ گرجی‌زاده، علی؛ 1395. بررسی و پایش خشکسالی با استفاده از شاخص‌های خشکسالی. مهندسی آبیاری و آب ایران. شماره 6. 185-173.

انصاری، حسین؛ داوری، کامران؛ ثنائی‌نژاد، سیدحسین؛ 1389. پایش خشکسالی با استفاده از شاخص بارندگی وتبخیر و تعرق استاندارد شده SEPI، توسعه یافته بر اساس منطق فازی. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). شماره 1. 52-38.

بایزیدی، مطلب؛ 1397. ارزیابی خشکسالی ایستگاه‌های سینوپتیک غرب کشور با استفاده از روش هربست و مدل عصبی-فازی تطبیقی. تحقیقات منابع آب ایران. شماره 1. 284-278.

پارسا‌مهر، امیرحسین؛ خسروانی، زهرا؛ 1396. بررسی تعیین خشکسالی با استفاده از تصمیم‌گیری چند معیاره بر مبنای TOPSIS. تحقیقات مرتع و بیابان ایران. شماره 24. 29-16.

پیروی، رؤیا؛ علیدادی، حسین؛ جاوید، الله‌بخش؛ نجف‌پور، علی‌اصغر؛ 1394. مدل‌سازی اثر خشکسالی بر سختی کل و جامدات محلول آب زیر زمینی دشت مشهد. فصل‌نامه پژوهش در بهداشت محیط. شماره 2. 94-85.

ترابی‌پوده، حسن؛ شاهی‌نژاد، بابک؛ دهقانی، رضا؛ 1397. تخمین خشکسالی با استفاده از شبکه‌های هوشمند. هیدروژئومورفولوژی. شماره 14. 197-179.

جان‌درمیان، یونس؛ شکیبا، علیرضا؛ ناصری، حمیدرضا؛ 2015. بررسی وضعیت خشکسالی و ارتباط آن با تغییرات کمی و کیفی آب زیرزمینی در دشت سراب. کنفرانس بین‌المللی توسعه با محوریت کشاورزی. محیط زیست و گردشگری. ایران. تبریز. صص 17-16.

جعفرنژاد، علی؛ کیا، سیدمصطفی؛ 1389. منطق فازی در MATLAB. انتشارات کیان رایانه سبز. 180-157.

جعفری، غلامحسین؛ بختیاری، فاطمه؛ دوستکامیان، مهدی؛ 1396. بررسی و تحلیل ارتباط فضایی خشکسالی‌ها با دبی حوضه آبی قزل اوزن. جغرافیا و توسعه. شماره 15. 94-79.

حدادی، حسین؛ حیدری، حسن؛ 1394. آشکارسازی اثر نوسانات بارش بر روان آب سطحی حوضه آبریز دریاچه ارومیه. مجله علمی پژوهشی جغرافیا وبرنامه‌ریزی محیطی. شماره 58. 262-247.

دماوندی، علی‌اکبر؛ رحیمی، محمد؛ یزدانی، محمدرضا؛ نوروزی، علی‌اکبر؛ 1395. پایش مکانی خشکسالی کشاورزی از طریق سری‌های زمانی شاخص‌های NDVI و LST داده‌های MODIS (مطالعه‌ موردی: استان کرمان مرکزی). مجله‌ تحلیل فضایی مخاطرات محیطی. شماره 3. 126-115.

ذوالفقاری، حسن؛ نوری‌سامله، زهرا؛ 1395. کاربرد شاخص خشکسالی (CPEL) در تعیین متغیرهای مناسب برای تحلیل خشکسالی‌های ایران. مجله تحلیل فضایی مخاطرات محیطی. شماره 3. 114-99.

زینالی، بتول؛ اصغری، صیاد؛ صفریان‌زنگیر، وحید؛ 1396. پایش خشکسالی و ارزیابی امکان پیش بینی آن در حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از شاخص SEPT و مدل ANFIS. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی. شماره 1. 96-73.

زینالی، بتول؛ صفریان‌زنگیر، وحید؛ 1396. پایش خشکسالی در حوضه دریاچه ارومیه با استفاده از شاخص فازی. مجله مخاطرات محیط طبیعی. شماره 12. 62-37.

سبحانی، بهروز؛ غفاری‌گیلانده، عطا؛ گلدوست، اکبر؛ 1394. پایش خشکسالی در استان اردبیل با استفاده از شاخص SEPI توسعه یافته براساس منطق فازی. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیای. شماره‌ 36. 72-51.

سلاجه، علی، فتح‌آبادی، ابوالحسن؛ 1388. بررسی امکان برآورد بار معلق رودخانه کرج با بهره‌گیری از منطق فازی و شبکه عصبی. نشریه مرتع و آبخیزداری. مجله منابع طبیعی ایران. شماره2. 282-271.

شکری‌کوچک، سعید؛ بهنیا، عبدالکریم؛ 1392. پایش و بیش‌بینی خشکسالی استان خوزستان با استفاده از شاخص SPI زنجیره مارکوف. فصل‌نامه علوم و محیط‌زیست. شماره 13. 52-41.

شمس‌نیا، امیر؛ پیرمرادیان، نادر؛ امیری، ناصر؛ 1387. مدل‌سازی خشکسالی در استان فارس با استفاده از تحلیل سری‌های زمانی. نشریه جغرافیا و برنامه‌ریزی. شماره 28. 189- 165.

صلاحی، برومند؛ مجتبی‌پور، فریده؛ 1395. تحلیل فضایی خشکسالی اقلیمی شمال غرب ایران با استفاده از آمارۀ خود همبستگی فضایی. مجله‌ تحلیل فضایی مخاطرات محیطی. شماره 3. 20-1.

صمدیان‌فرد، سعید؛ اسدی، اسماعیل؛ 1396. پیش بینی نمایه خشکسالی SPI به روش‌های رگرسیون بردار پشتیبان و خطی چندگانه. حفاظت منابع آب و خاک. شماره 6. 16-1.

ظهیری، عبدالرضا؛ شریفان، حسین؛ ابارشی، فرزانه؛ رحیمیان، محمد؛ 1393. ارزیابی پدیده‌های ترسالی و خشکسالی در استان خراسان‌با استفاده از نمایه‌های (PNPI,SPI,NITZCHE). نشریه آبیاری و زهکشی ایران. شماره 8. 865-845.

علیزاده، شهمراد؛ حسین، محمدی؛ پرویز، کردوانی؛ 1396. مدل‌سازی پراکندگی خشکسالی‌های ناشی از تغییر اقلیم در ایران با به کارگیری سیستم دینامیک. آمایش سرزمین. شماره 1. 188- 169.

فتحی‌زاده، حسن؛ غلامی‌نیا، اعظم؛ مبین، محمدحسین؛ سودایی‌زاده، حمید؛ 1396. بررسی روابط بین خشکسالی هواشناسی و متغیرهای خورشیدی در برخی از ایستگاه‌های همدیدی ایران. مخاطرات محیط طبیعی. شماره 6. 87-63.

فنی، زهره؛ خلیل‌الهی، حسین‌علی؛ سجادی، ژیلا؛ فال‌سلیمان، محمود؛ 1395. تحلیل دلایل و پیامدهای خشکسالی در استان خراسان جنوبی و شهر بیرجند. فصل‌نامه‌ برنامه‌ریزی و آمایش فضا. شماره 20. 200-175.

کماسی، مهدی؛ ملک‌محمودی، مهدی؛ منتصری، حسین؛ 1396. پیش‌بینی خشکسالی با نمایه‌های SPI و EDI به روش مدل‌سازی ANFIS در استان کهگیلویه و بویراحمد. نشریه هواشناسی کشاورزی. شماره 1. 47-36.

مالچفسکی، یانک؛ 2006. سامانه اطلاعات جغرافیایی و تحلیل تصمیم چند معیاری. ترجمه اکبر پرهیزگار. عطا غفاری گیلانده. تهران. انتشارات سمت.

مرادی، حمیدرضا؛ طائی، مجید؛ قاسمیان، داود؛ چزگی، جواد؛ بهاری، رضا؛ 1387. شبیه‌سازی و تحلیل ارتباط خشکسالی‌های آبشناختی و اقلیمی با استفاده با استفاده از مدل‌های احتمالاتی جلگه بابل. انجمن آبخیزداری ایران. شماره 5. 74-71.

مکوندی، رقیه؛ مقصودلو‌کمالی، بیژن؛ محمدفام، ایرج؛ 1391. بهره‌مندی از مدل تصمیم‌گیری چندمعیاره TOPSIS در ارزیابی پیامدهای محیط زیستی پالایشگاه‌های نفت(مطالعه موردی: پالایشگاه نفت فوق سنگین خوزستان). پژوهش‌های محیط زیست. شماره 5. 86-77.

منتصری، مجید؛ امیرعطایی، بابک؛ 1394. پیش‌بینی استوکستیکی احتمالات وقوع خشکسالی (مطالعه موردی: شمال غرب کشور). نشریه مهندس عمران و محیط زیست. شماره 45. 26-12.

منتصری، مجید؛ نورجو، امیر؛ بهمنش، جواد؛ اکبری، مهدی؛ 1397. بررسی ترسالی و خشکسالی هواشناسی در حوضه‌های جنوبی دریاچه ارومیه. اکوهیدرولوژی. شماره 1. 202-189.

میرزایی، فاطمه؛ عراقی‌نژاد، شهاب؛ بزرگ‌حداد، امید؛ 1394. توسعه مدل یکپارچه منابع آب WEAP برای مدل‌سازی شرایط خشکسالی. نشریه مهندسی و مدیریت آبخیز. شماره 1. 97-85.

نظم‌فر، حسین؛ علی‌بخشی، آمنه؛ 1393. سنجش نابرابری فضایی در برخورداری از شاخص‌های آموزشی با استفاده از روش تاپسیس(مطالعه موردی: استان خورستان). دو فصل‌نامه مطالعات برنامه‌ریزی آموزشی. شماره 6. 134-115.

یاراحمدی، داریوش؛ 1393. تحلیل هیدروکلیماتولوژیکی نوسان‌های سطح آب دریاچه ارومیه. مجله‌ پژوهشی جغرافیای طبیعی. شماره 46، 92-77.

Gholamali, M., Younes, K., Esmaeil, H., Fatemeh, T., 2011. Assessment of Geostatistical Methods for Spatial Analysis of SPI and EDI Drought Indices. World Applied Sciences Journal, 15: 474-482.

Hao, Z., Hao, F., Singh, V., Xia, Y., Xinyishen. O., 2016. A theoretical drought classification method for the multivariate drought index based on distribution properties of standardized drought indices. Advances in water resources, 14: 240-247.

Huanga, S., Huanga, Q., Changa, J., Zhua, Y., Lengb, G., 2016. Drought structure based on a nonparametric multivariate standardized drought index across the Yellow River basin China. Journal of Hydrology, 530: 127-136.

Jinum, M.K., Jeonbin. K., 2017. Evaluatin historical drought charactristics simulated in Cordexast Asia against observations. International journal of climatology, 25: 32-43.

Kisi, A., Rita, P., Judit. B., 2017. Multi- model analysis of regional dry and wet condition for the Carpatian Region. International journal of climatology, 17: 4543-4560.

Liu, M., Xianli, X., sun, Y., lexander, A., kelin. W., 2017. Decreasing spatial variability of drought in south west china during 1959-2013. International journal of climatology, 21: 4610-4619.

Modaresirad, A., Ghahramani, B., Khalili, D., Ghahramani, Z., Ahmadiardakani. S., 2017. Integrated meteorological and hydrological drought model: A management tool for proactive water resources planning of semi-arid regions. Advances in water resources, 54: 336-353.

Quesada, B., Giuliano, M., Asarre, D., Rangecoft, S., Vanloon. A., 2018. Hydrological change: Toward a consistent approach to assess changes on both floods and droughts. Advances in water resources, 5: 31-35.

Safarianzengir, V., Sobhani, B., Asghari, S., 2019. Modeling and Monitoring of Drought for forecasting it, to Reduce Natural hazards Atmosphere in western and north western part of Iran, Iran. Air Qual Atmos Health (2019) doi:10.1007/s11869-019-00776-8.

Sobhani, B., Safarianzengir, V., 2019. Modeling, monitoring and forecasting of drought in south and southwestern Iran, Iran. Modeling Earth Systems and Environment 5: https:// doi.org/ 10.1007/ s40808-019-00655-2.

Sobhani, B., Safarianzengir, V., Kianian, M.K., 2019a. Drought monitoring in the Lake Urmia basin in Iran. Arabian Journal of Geosciences 12:448. https://doi.org/10.1007/s12517-019-4571-1.

Sobhani, B., Safarianzengir, V., Kianian, M.K., 2019b. Modeling, Monitoring and Prediction of Drought in Iran. Iranian (Iranica) Journal of Energy and Environment 10: 216 - 224. doi: 10.5829/ijee.2019.10.03.09.

Spinoni, j., Naumann, G., vogt, j., Barbosa. P., 2015. The biggest drought events in Europe from 1950-2012. Journal of hydrology: Regional, 3: 509-524.

Touma, D., Ashfaq, M., Nayak, M., Kao, S.C., Diffenbaugh, N., 2015. A multi-model and multi-index evaluation of drought characteristics in the 21st century. Journal of Hydrology, 526: 196-207.

Zeleke, T., Giorgi, T., Diro, F., Zaitchik, B., 2017. Trend and periodicity of drought over Ethiopia. International journal of climatology, 65: 4733-4748.