تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تعیین روند زمانی و مکانی و نقطه تغییر دما و بارش در حوضه کشف‌رود

نویسندگان
آمنه خسروی 1
محمود آذری 2
1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
2 استادیار گروه مرتع و آبخیزداری دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
10.52547/jgs.22.66.289
چکیده
بررسی ویژگی‌های آب و هوایی و نوسانات آن در ارزیابی تاثیر تغییر اقلیم و مدیریت و بهره برداری از منابع آب اهمیت دارد. تحلیل روند سری‌های زمانی متغیرهای هیدرولوژی و هواشناسی یکی از روش­های تعیین تغییر در مولفه‌های اقلیمی است که با روش‌های مختلف پارامتری و ناپارامتری انجام می‌شود. در این پژوهش روند بارش و دما در سه مقیاس زمانی سالانه، فصلی و ماهانه در ایستگاه­های حوضه کشف‌رود برای دوره آماری 1364 تا 1395 مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور آمار بارش و دمای ماهانه اخذ گردید و روند سری‌های زمانی سالانه، فصلی و ماهانه با استفاده از آزمون ناپارامتری من کندال و آزمون پتیت در سطح اطمینان 95% مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که روند دمای بیشینه در فصول بهار و زمستان و همچنین در مقیاس سالانه برای کلیه ایستگاه­های حوضه افزایشی است. اما در فصل تابستان و پاییز الگوی یکسانی وجود ندارد. روند دمای کمینه ایستگاه‌های حوضه در تمامی فصول از الگوی واحدی برخوردار نیست. نتایج تحلیل روند بارش نشان می‌دهد که بارش سالانه حوضه تغییر نکرده و روند آن در سطح 5 درصد معنی‌دار نیست در حالی که در فصل زمستان مقدار بارش حوضه روند کاهشی داشته است و در پاییز نیز در نیمه جنوبی روند افزایشی است. کاهش شدید بارش در زمستان و ماه­های دی و بهمن و افزایش آن در آبان می­تواند مدیریت منابع آب حوضه را در فصل خشک با چالش جدی مواجه کند.

کلیدواژه‌ها
نوسانات اقلیمی
آزمون من کندال
سری زمانی
آزمون پتیت
دشت مشهد

عنوان مقاله English

Spatio-temporal trend and change detection of temperature and precipitation of Kashafroud basin

نویسندگان English

Amenh Khosravi 1
Mahmood Azari 2
1 M.A. Student, Ferdowsi University of Mashhad
2 Assistant Professor, Department of Range and Watershed Management, College of Natural Resources and Environment, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده English

The study of meteorological characteristics and its variability is important in assessing the climate change impacts for water resources management. Trend analysis of hydrological and meteorological time series is a method for determining the change in climate variables that is performed with different parametric and non-parametric methods. In this research, the annual, seasonal and monthly trends were analyzed regarding rainfall and temperature time series for 1986-2017 in 28 stations of Kashafroud basin in the Northeast of Iran. For this purpose, the annual, seasonal and monthly trends were evaluated using non-parametric Mann Kendall and Pettitt test at 95% level significance. The results showed the trend for the monthly maximum temperature in spring and winter and also the annual trend for all stations was increasing, whereas the summer and autumn pattern differed. The trend of minimum temperature in all seasons and stations do not have a uniform pattern. The results of precipitation trend indicated that the annual precipitation of the basin had not changed and did not have a significant trend in 5% level of significance. Precipitation of the basin in the winter decreased. There was an increasing trend in the Southern half of the basin in autumn. The noticeable decrease of precipitation in winter season especially during January and February with an increase in November can be a serious challenge for water resource management of basin during the dry season.

کلیدواژه‌ها English

Climate variability
Mann Kendall test
Time Series
Pettitt test
Mashhad
Asfaw, A., Simane, B., Hassen, A., Bantider, A. (2017), Variability and time series trend analysis of rainfall and temperature in northcentral Ethiopia: A case study in Woleka sub-basin. Weather and Climate Extremes, 19: 1–13.
Bari, S. H., Rahman, M. T. U., Hoque, M. A., & Hussain, M. M. (2016). Analysis of seasonal and annual rainfall trends in the northern region of Bangladesh. Atmospheric Research, 176: 148-158.
Belihu, M., Abate, B., Tekleab, S., Bewket, W. (2018). Hydro-meteorological trends in the Gidabo catchment of the Rift Valley Lakes Basin of Ethiopia. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 84-101.
Belihu, M., Abate, B., Tekleab, S., & Bewket, W. (2018). Hydro-meteorological trends in the Gidabo catchment of the Rift Valley Lakes Basin of Ethiopia. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 104, 84-101..
Gao, P., Mu, X. M., Wang, F., & Li, R. (2011). Changes in streamflow and sediment discharge and the response to human activities in the middle reaches of the Yellow River. Hydrology and Earth System Sciences, 15(1), 1-10.
Hamed, K. H., & Rao, A. R. (1998). A modified Mann-Kendall trend test for autocorrelated data. Journal of hydrology, 204(1-4), 182-196..
Hamed, K. H. (2008). Trend detection in hydrologic data: the Mann–Kendall trend test under the scaling hypothesis. Journal of hydrology, 349(3-4), 350-363.
Jain, S. K., Kumar, V., & Saharia, M. (2013). Analysis of rainfall and temperature trends in northeast India. International Journal of Climatology, 33(4), 968-978.
Kendall, M.G., 1975. Rank Correlation Methods. Charles Griffin, London. Khaliq, M.N., Ouarda, T.B.M.J., Gachon, P., Sushama, L., 2008. Temporal evolution of low-flow regimes in Canadian rivers. Water Resour. Res. 44 (8).
Li, S., Xiong, L., Li, H. Y., Leung, L. R., & Demissie, Y. (2016). Attributing runoff changes to climate variability and human activities: uncertainty analysis using four monthly water balance models. Stochastic environmental research and risk assessment, 30(1), 251-269.
Javari, M. (2017). Spatial variability of rainfall trends in Iran. Arabian Journal of Geosciences, 10(4), 78.
Mann, H. B. (1945). Nonparametric tests against trend. Econometrica: Journal of the Econometric Society, 245-259.
Mechal, A., Wagner, T., & Birk, S. (2015). Recharge variability and sensitivity to climate: the example of Gidabo River Basin, Main Ethiopian Rift. Journal of Hydrology: Regional Studies, 4, 644-660.
Mu, X., Zhang, L., McVicar, T. R., Chille, B., & Gau, P. (2007). Analysis of the impact of conservation measures on stream flow regime in catchments of the Loess Plateau, China. Hydrological Processes: An International Journal, 21(16), 2124-2134.
Pettitt, A. N. (1979). A non‐parametric approach to the change‐point problem. Journal of the Royal Statistical Society: Series C (Applied Statistics), 28(2), 126-135.
Sang, Y. F., Wang, Z., & Liu, C. (2014). Comparison of the MK test and EMD method for trend identification in hydrological time series. Journal of Hydrology, 510: 293-298.
Serrano, A., Mateos, V. L., & Garcia, J. A. (1999). Trend analysis of monthly precipitation over the Iberian Peninsula for the period 1921–1995. Physics and Chemistry of the Earth, Part B: Hydrology, Oceans and Atmosphere, 24(1-2), 85-90.
Yue, S., Pilon, P., Phinney, B., & Cavadias, G. (2002). The influence of autocorrelation on the ability to detect trend in hydrological series. Hydrological processes, 16(9), 1807-1829.
Yue, S., & Wang, C. Y. (2002). Applicability of prewhitening to eliminate the influence of serial correlation on the Mann‐Kendall test. Water resources research, 38(6), 4-1.
Yue, S., Pilon, P., & Phinney, B. O. B. (2003). Canadian streamflow trend detection: impacts of serial and cross-correlation. Hydrological Sciences Journal, 48(1), 51-63.
Verstraeten, G., Poesen, J., Demarée, G., & Salles, C. (2006). Long‐term (105 years) variability in rain erosivity as derived from 10‐min rainfall depth data for Ukkel (Brussels, Belgium): Implications for assessing soil erosion rates. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 111(D22).
Xie, H., Li, D., & Xiong, L. (2014). Exploring the ability of the Pettitt method for detecting change point by Monte Carlo simulation. Stochastic environmental research and risk assessment, 28(7), 1643-1655.
Xu, Z. X., Takeuchi, K., & Ishidaira, H. (2003). Monotonic trend and step changes in Japanese precipitation. Journal of hydrology, 279(1-4), 144-150.
Zhang, S., & Lu, X. X. (2009). Hydrological responses to precipitation variation and diverse human activities in a mountainous tributary of the lower Xijiang, China. Catena, 77(2), 130-142.