تحلیل روند تغییرات بارندگی و خشکسالی با استفاده از آزمون‌های من-کندال و سن در استان تهران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه یزد

2 دانشجوی دکترای علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه کاشان

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه یزد

چکیده

بررسی روند عوامل اقلیمی بویژه بارش در سری‌های زمانی مختلف می‌تواند نشان‌دهنده سیر وضعیت اقلیمی هر منطقه باشد از طرفی دیگر چنانچه مقایسه نتایج روند با نتایج یکی از شاخص‌های خشکسالی همراه باشد بهتر می‌توان شرایط اقلیمی را تحلیل نمود. در این تحقیق به منظور مطالعه روند بارش در استان تهران، بارش چهار ایستگاه سینوپتیک شاخص (آبعلی، دوشان تپه، کرج و مهرآباد)، طی سال‌های 2007-1985 مورد بررسی قرار گرفت و مقادیر آزمون‌های ناپارامتری من-کندال و ‌سن در سری‌های زمانی ماهانه، فصلی و سالانه در این دوره آماری محاسبه و نتایج آن مقایسه شد. هم چنین برای تحلیل ترسیمی روند از مقادیر آماره‌ کندال نیز استفاده شد. برای تحلیل بهتر نتایج و تعیین روند خشکسالی در منطقه مورد مطالعه، شاخص استاندارد بارش در سری زمانی سالانه محاسبه گردید. نتایج مقادیر روند با استفاده از دو آزمون من-کندال و ‌سن نشان داد که روند خاصی در سری زمانی فصلی مشاهده نمی شود، اما در سری سالانه با استفاده از آزمون سن در ایستگاه‌های آبعلی و کرج در سطح اعتماد 99 درصد روند صعودی وجود دارد. دلیل آن را می‌توان به ارتفاع بالاتر این دو ایستگاه از سطح دریا نسبت به ایستگاه های دیگر و دقت بیشتر آزمون سن در تعیین روند سری های زمانی بر اساس داده‌های غیرصفر نسبت داد. روند بارش در داده‌های ماهانه با استفاده از آزمون من-کندال در اکثر ایستگاه‌ها صعودی بدست آمد. تحلیل نمودار‌ها نیز نشان‌دهنده روند افزایشی بارش ماهانه در منطقه است. مقایسه روند بارش و روند خشکسالی در مقیاس سالانه نشان داد که آزمون ‌سن نسبت به آزمون من-کندال میزان روند را در منطقه مورد بررسی بهتر نمایش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of the precipitation and drought trend variations using Mann-Kendall and Sen Tests in Tehran Province

نویسندگان [English]

  • hosein maleki 1
  • mehdi solaimame 2
  • aazam jaedaei 3
  • somayeh shater 3
چکیده [English]

Trend analysis of climatic factors, especially precipitation time series can show the climatic situation of a region. Simultaneous comparison of the results of trend and drought indices in a region tends to better regional climatic analysis. To study the precipitation trend in Tehran Province, the historical data (1985-2007) of four main synoptic stations namely, Abali, Dushantpeh, Karaj and Mehrabad were provided in this study. The results of non-parametric Mann-Kendall and Sen Statistics were calculated and compared in monthly, seasonal and annual time scale series in this period. Also, a graphical analysis of the trend was carried out using Kendall statistics. The standardized precipitation index (SPI) in annual time series was used for regional drought analysis. The results of Mann-Kendall and Sen Trend tests showed that there is no particular trend in seasonal time series, but using of the Sen Test was revealed the trend in the annual series data of the Abali and Karaj stations at 99% confidence level. Abali and Karaj stations are located at very high level above sea. This attribute and much precise of Sen Test based on the non-zero data may be the reasons for the trend appearance in these stations.  Monthly precipitation analysis obtained by the Kendall test was increasingly trend in the most stations. The graphical analysis was also represented the increasingly monthly precipitation trend in the region. The comparison of the precipitation and drought processes showed for annual scale time series the Sen Test reveals the trend value better than the trend in the Kendall test.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sen Test
  • mann-kendall test
  • Drought
  • Tehran Province

 

1-    ثنائی نژاد، سیدحسین و انصاری، حسین و داوری، کامران و مرید، سعید (1382). پایش و ارزیابی شدت دوره­های خشک مشهد در مقیاس­های زمانی متفاوت، با استفاده از شاخص استاندارد شده بارش.  مجله علوم خاک و آب، جلد 17، شماره 2.

2-     حجام، سهراب.، خوشخو، یونس. و شمس­الدین­وندی، رضا (1387). تحلیل روند تغیرات بارندگی­های فصلی وسالانه چند ایستگاه منتخب در حوزه مرکزی ایران با استفاده از روش­های ناپارامتری. پژوهش­های جغرافیایی، جلد 40، شماره 64، صفحات 168-157.

3-     خلیلی، علی. و بذرافشان، جواد (1383) تحلیل روند تغییرات بارندگی­های سالانه، فصلی و ماهانه 5 ایستگاه قدیمی ایران در یکصدوشانزده سال گذشته. مجله بیابان، جلد نهم، شماره 1، ص 33-25.

4-     خشنودی، احمد (1378). بررسی تغییرات اقلیمی در جنوب ایران. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت معلم تهران.

5-     رستمیان، حمید (1377). بررسی تغییرات اقلیمی سواحل جنوبی دریای خزر. پایان­نامه کارشناسی ارشد.

6-     رضیئی، طیب، دانش کارآراسته، پیمان و ثقفیان، بهرام (1386). بررسی الگوی زمانی و مکانی خشکسالی­های هواشناسی در استان سیستان و بلوچستان. مجله علمی کشاورزی، جلد 30، شماره 1.

7-     روشنی، محمود (1382). بررسی تغییرات اقلیمی سواحل جنوبی دریای خزر. پایان­نامه کارشناسی ارشد جغرافیا، دانشگاه تهران.

8-     صادقی حسینی، سیدعلیرضا. و راحلی­سلیمی، جواد (1381). تأثیر توسعه شهرنشینی بر روی فرایند بارش در تهران. طرح پژوهشی مؤسسه ژئو فیزیک دانشگاه تهران.

9-     علیزاده، امین (1385). اصول هیدرولوژی کاربردی. انتشارات دانشگاه امام رضا(ع)، چاپ بیستم، ویرایش هشتم، 807 ص.

10- فاتحی­مرج، احمد، برهانی­داریان، علیرضا و مهدیان، محمدحسین (1385). پیش­بینی بارش فصلی با استفاده از پیوند دور، مطالعه موردی حوضه آبخیز دریاچه ارومیه. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، سال دهم، شماره سوم(الف).

11- کاویانی، محمدرضا و عساکره، حسین (1382). بررسی آماری روند بلند مدت بارش سالانه اصفهان. سومین کنفرانس منطقه ای تغییر اقلیم. اصفهان.

12- کتیرایی بروجردی، پیام، حجام، سهراب و ایران نژاد، پریسا (1384). بررسی روند تغییرات بارندگی در ایران طی دوره 1960 الی 2001. رساله دکتری هواشناسی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات.

13- لشنی­زند، مهران (1383). بررسی شدت و فراوانی خشکسالی­های اقلیمی در شش حوضه واقع در غرب و شمال غرب کشور. مجله پژوهشی دانشگاه اصفهان(علوم انسانی)، جلد 16، شماره 1.

14-  مرادی، حمیدرضا، رجبی، منصور و فرج­زاده، منوچهر (1386). تحلیل روند و خصوصیات مکانی شدت خشکسالی­های استان فارس. فصلنامه علمی پژوهشی تحقیقات مرتع و بیابان ایران، جلد 14، شماره 1، ص 97 تا 109. 1386.

15-  مسعودیان، سیدابوالفضل و منتظری، مجید (1385). تحلیل روند خشکسالی اقلیمی حوضه­های آبی ایران در نیم سده گذشته. معاونت پژوهش و مطالعات پایه شرکت سهامی مدیریت منابع آب، معاونت پژوهشی دانشگاه اصفهان.

16- مقدم، حسین، بداق جمالی، جواد، جوانمرد، سهیلا و مهدویان، عبدالرضا (1380). پایش خشکسالی بر اساس نمایه SPI دهک­ها و نرمال در استان سیستان و بلوچستان. مجموعه مقالات اولین کنفرانس بررسی راهکارهای مقابله با بحران آب زابل، جلد سوم، ص 80-69.   

17- Bihrat, O. & Mehmetcik, B (2003). The Power of Statistical Tests for Trend Detection, Turkish J. Eng. Env. Sci, 27: 247-251.

18- Guttmn, B, N (1999). Comparing the Drought Index and the Standardized Precipitation Index. J Of American Water Resources Association: 34(1): 113-121.

19-Kampata, J.M., Parida, B.P. & Moalafhi, D.B (2008). "Trend analysis of rainfall in the headstreams of the Zambezi River Basin in Zambia". Physics and Chemistry of the Earth, Vol. 33: PP. 621–625.

20- Krishnakumar. K.N., Prasada Rao. G.S.L.H.V. & Gopakumar. C.S (2009). Rainfall trends in twentieth century over Kerala, India. Atmospheric Environment. 43: 1940–1944.

21- Lettenmaier, D. P., Wood, E. F. & Wallis J. R (1994). Hydro-climatological Trends in the Continental United States, 1948–88. J. Climate, 7: 586–607.

22- Mckee, T.B., Doesken, N. J. & Kleist, J (1995). Drought monitoring with multiple time scales. Ninth Conference on Applied Climatology, American Meteorological Society, Jan 15-20, 1995, Dallas TX, pp. 233-236.

23- Salmi, T., Määttä, A., Anttila, P. & Ruoho, T, Amnell, T (2002). Detecting trends of annual values of atmospheric pollutants by the Mann-Kendall test and Sen’s slope estimates –the Excel template application MAKESENS. Publications on Air Quality No. 31: Report code FMI-AQ-31.

24- Sen, P.K (1968). Estimates of the Regression Coefficient Based on Kendall's tau. Journal of the American Statistical Association. Vol 63:1379-1389.

25- Serrano, A., Mateos, V.L & Garcia, J.A (1999). Trend Analysis of Monthly Precipitation over the Iberian Peninsula for the Period 1921-1995. Physics Chem. Earth (B), VOL.24, NO. 1-2: 85-90.

26- Sneyers, R (1990). On the statistical analysis of series of observation. World Meteorological Organization (WMO). Technical Note. No. 143: Geneva: 192 pp.

27- Takeuchi, K. & H. Ishidaira (2003). Monitoring Trend Step Changes Japanese in Precipitation. Journal of hydrology. 279: 144-150.     

28- Thiel, H (1950). A Rank-invariant Method of Linear and Polynomial Regression Analysis, Part 3. Proceedings of Koninalijke Nederlandse Academic van Weinenschatpen A. 53:1397-1412.

29- Turgay, P. & Ercan K (2005). Trend Analysis in Turkish Precipitation data. Hydrological processes published online in Wiley Interscience (www.Interscience.wiley.com).