پایش خشکسالی با استفاده از شاخص بارندگی و تبخیر و تعرق استاندارد

انصاری, حسین; داوری, کامران; ثنایی نژاد, سید حسین

doi:10.22067/jsw.v0i0.2916

پایش خشکسالی با استفاده از شاخص بارندگی و تبخیر و تعرق استاندارد

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

10.22067/jsw.v0i0.2916

چکیده

چکیده
خشکسالی به عنوان یک پدیده طبیعی خزنده است که با کمبود رطوبت نسبت به شرایط نرمال به کندی آغاز و به آرامی گسترش می‌یابد. این پدیده به شدت بر همه جوانب فعالیت‌های بشری تأثیر ‌گذاشته، در حالی که نه تعریف جامع و کاملی برای آن ارائه شده است، و نه شاخص مناسب و عمومی برای پایش آن مورد استفاده قرار گرفته است. لذا برای تدوین مدل مناسبی جهت ارزیابی و تحلیل خشکسالی از مدل فازی استفاده شد. بررسی کاربرد منطق فازی در پایش خشکسالی ایستگاه همدیدی مشهد نشان داد که استفاده از این منطق امکان پایش دقیق‌تر و مناسب‌تر خشکسالی را بدست می‌دهد. برای پایش خشکسالی با ترکیب دو تابع عضویت فازی مربوط به شاخص بارندگی استاندارد شده (SPI) و یک شاخص فرضی تبخیر و تعرق استاندارد شده (SEI)، شاخص جدیدی با نام شاخص تبخیر و تعرق و بارندگی استاندارد شده (SEPI) ارائه شده است. در مدل فازی انتخابی نهائی نیز 81 قانون استفاده شد که در هر مرحله اجرا حداقل 2 و حداکثر 4 قانون فعال می‌شود. نتایج حاصل از مدل نشان داد که شاخص SEPI، کلیه مزایای شاخص SPI از جمله امکان محاسبه در مقیاس‌های زمانی متفاوت را دارد. به علاوه تأثیر پارامتر درجه‌حرارت بر وقوع خشکسالی‌ها نیز در آن لحاظ شده است. بررسی نتایج حاصل از پایش خشکسالی با شاخص‌های SEPI با SPI، همبستگی بیش از 90 درصد را بین مقادیر این دو شاخص برای کلیه مقیاس‌های زمانی نشان داد. پایش خشکسالی ایستگاه همدیدی مشهد با شاخص SEPI نشان می‌دهد که در مقیاس‌های زمانی 1 تا 3 ماهه، فراوانی وقوع خشکسالی‌‌ زیاد و تداوم این پدیده کوتاه است، اما با افزایش مقیاس زمانی از فراوانی وقوع خشکسالی کاسته شده ولی تداوم خشکسالی‌ها افزایش یافته است. نتایج پایش با شاخص SEPI همچنین نشان می‌دهد که وقوع خشکسالی‌های با تداوم و شدت بالا در کلیه مقیاس‌های زمانی در سال‌های 2000 و 2001 میلادی اتفاق افتاده، البته طولانی‌ترین خشکسالی با بیش از 3 سال تداوم در کلیه مقیاس‌های زمانی نیز در بازه سال‌های 1995 تا 1998 رخ داده است.

واژه‌های کلیدی: منطق فازی،‌ شاخص خشکسالی، شاخص بارندگی استاندارد شده، شاخص بارندگی و تبخیر و تعرق استاندارد شده

عنوان مقاله [English]

Drought Monitoring with New Precipitation and Evapotranspiration Index Based on Fuzzy Logic

نویسندگان [English]

H. Ansari
K. Davary
S.H. Sanaei-Nejad

Ferdowsi University of Mashhad

چکیده [English]

Abstract
Drought is a natural creeping event that starts due to lower moisture compared to normal condition. This phenomenon impacts all aspects of human activities. However there is neither any detailed definition nor a general and proper index for drought monitoring. In this study, fuzzy logic has been applied to deal with inherent uncertainties of the real world data. We presented a fuzzy model to evaluate and analysis the drought. Using the Fuzzy logic for drought monitoring of Mashhad synoptic station showed its higher capability and efficiency compared to Boolean logic. We combined two membership functions related to SPI (Standardized precipitation index) and SEI (a presumable standardized index for evapotranspiration), to provide a new index (SEPI: Standardized Evapotrans-Precipitation Index). The results showed that fuzzy model which employed 81 rules with minimum of 2 and maximum of 4 rules is the most accurate approach. The new index (SEPI) not only covers all advantages of SPI, but also can be calculated using different time scales of available data. Moreover, it considers temperature effects on drought occurrence and severity too. Monitored drought using SPI and SEPI indices demonstrated high correlation (more than 90%) between these two indices across all time scales. Drought monitored by SEPI for Mashhad synoptic station, at 1 to 3 monthly scales showed high drought frequency but low duration. Increasing time scales resulted in low frequency but higher duration. Employing SEPI also showed that high intensity and frequency of drought occurred in years 2000 and 2001 across all time scales. The longest drought duration, by 3 years across all time scales, occurred between 1995 to 1998.

Keywords: Fuzzy logic, Drought index, Standardized Precipitation index (SPI), Standardized Evapotransprecipitation Index (SEPI).