عنوان پایان‌نامه
پایش یکپارچه خشکسالی های هوا- ابشناسی با استفاده از تکنیک های آمار چند متغیره (مطالعه موردی: حوزه آبریز کسیلیان)
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-هواشناسی کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7393;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81101;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7393;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81101
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- مجید چراغعلی زاده
- استاد راهنما
- جواد بذرافشان, آرزو نازی قمشلو
- چکیده
- در این مطالعه، خشکسالی هواشناسی (کمبود بارندگی نسبت به نرمال) و آبشناسی (کمبود جریان رودخانه نسبت به آستانه معین) در حوزه آبریز کسیلیان مورد توجه قرار گرفت. برای پایش خشکسالی هواشناسی از شاخص‌های مبتنی بر بارش (مانند شاخص بارش استاندارد (SPI)، شاخص درصد نرمال، معیار Z و بارش و دما (مانند شاخص بارش-تبخیر و تعرق پتانسیل استاندارد (SPEI)) و برای پایش خشکسالی آبشناسی از شاخص خشکسالی جریان رودخانه (SDI) استفاده شد. هدف اصلی این تحقیق ترکیب رفتار خشکسالیهای هواشناسی و آبشناسی و ارائه یک شاخص خشکسالی توام بنام شاخص خشکسالی هوا-آبشناسی با استفاده از تکنیک‌های چندمتغیره (تابع همبند و تحلیل مولفه اصلی) در حوزه آبریز مورد بررسی است. برای این منظور داده های ایستگاه های هواشناسی و آبشناسی 43 سال آبی (50-1349 تا 92-1391) مستقر در حوزه آبریز کسیلیان گردآوری شد. بعد از کنترل کیفی داده ها شاخص های هواشناسی و آبشناسی برای 12 پنجره زمانی تجمعی (زمان ابتدای بازه ثابت) از اول هر سال آبی محاسبه گردید. شاخص خشکسالی هوا-آبشناسی از ترکیب هر یک از شاخص‌های خشکسالی هواشناسی SPI و SPEI با شاخص جریان رودخانه برای بالادست حوزه آبریز (ولک بن)،SDIv ، و پایین دست حوزه آبریز (شیرگاه)، SDIs، محاسبه گردید. شاخص های هوا-آبشناسی به دو طریق در پایین دست و بالادست حوزه آبریز محاسبه شدند: الف) حالت A: فضای دو بعدی در هر یک از پنجره زمانی اصلی سه (پاییز)، شش (پاییز-زمستان)، نه (پاییز-زمستان-بهار) و 12 ماه (همه فصلها) و ب) حالت B: فضای چندبعدی که علاوه بر پنجره اصلی همه زیر-پنجره های زمانی آن را شامل می‌شود. ترکیب شاخص‌ها با روش‌های تابع همبند تجربی (EJDI) و نظری (TJDI) و همچنین، تحلیل مولفه اصلی (MHDI) انجام پذیرفت. تابع همبند نظری مناسب از بین توابع همبند ارشمیدسی (کلایتون، فرانک، گمبل و جو) و بیضوی (نرمال و تی استیودنت) به کمک معیار AIC و BIC تعیین گردید. نتایج نشان داد که در حالت A، سه شاخص ترکیبی مذکور رفتار مشابه ای دارند ولی EJDIتوانایی تشخیص خشکسالیهای شدید را ندارد. در حالت B، شاخص MHDI شروع خشکسالی را زودتر و پایان آن را دیرتر از دیگر شاخص ها نشان می دهد و شاخص EJDI توانایی تشخیص خشکسالی ها را ندارد. به علاوه مشخص شد که در صورت استفاده از SPEI و SDI در ترکیب شاخص‌های توام هوا-آبشناسی نتایج بهتری نسبت به ترکیبهای SPI و SDI به ویژه در پایین دست حوزه آبریز بدست می‌آید. از نتایج دیگر این مطالعه این بود که بین شاخص‌های توام محاسبه شده در پنجره زمانی معین با پنجره زمانی قبل همبستگی بالایی وجود دارد. مناسب‌ترین تابع همبند نظری برای ایستگاه بالادست حوزه آبریز (ولکبن)، تابع نرمال و برای پایین دست تابع گمبل بوده است. با توجه به اینکه روند افزایشی معنی دار دما در منطقه مورد مطالعه بر تبخیر و تعرق تاثیرگذار است، شاخص هوا-آبشناسی به خوبی نشان داد که ترکیبات تشکیل شده از شاخص های دو متغیره بهتر از تک متغیره بوده است.
- Abstract
- In this study, meteorological drought (precipitation deficit with respect to normal) and hydrological drought (streamflow deficit with respect to a given threshold) in Kasilian's Watershed (KW) were considered. Meteorological droughts were monitored using the indices on the basis of precipitation (i.e. SPI, percent of normal, Z-score) and both precipitation and temperature (SPEI) and hydrological droughts were quantified based on Streamflow Drought Index (SDI). The aim of this study is to combine the behavior of meteorological and hydrological droughts for developing a joint drought index namely hydro-meteorological drought index (HDI) using two multivariate techniques (copula functions and principal components analysis) in KW. To this end, 43 water years' hydro-meteorological data (cover the water years 1349-50 to 1391-92) from the stations in KW were gathered. After data quality controls, meteorological and hydrological drought indices were calculated for 12 aggregate time scales (first month of all scales was October). Then, HDIs were calculated from combination of each of meteorological drought indices SPI and SPEI with SDI for upstream (SDIv) and downstream (SDIs). HDIs were designated based on two statuses in upper- and downstream: i) A: a two-dimensional space based on each of main time scales 3 (fall), 6 (fall-winter), 9 (fall-winter-spring), and 12 months (all seasons), ii) a multi-dimensional space which take into account for sub time scales in addition to main one. The individual indices were combined using Empirical/Theoretical Joint Deficit Index (EJDI/TJDI) which are on the basis of empirical/theoretical copulas, as well as Multivariate Hydro-meteorological Index (MHDI) which is based on Principal Component Analysis. Suitable theoretical copula was chose from Archimedean (Clayton, Frank, Gambel, Joe) and Elliptical (Normal, Student's t) using AIC and BIC measures. The results showed that in status A, the three mentioned indices have similar behavior but EJDI unable to identify the severe droughts. In status B, MHDI notifies the start/end of droughts sooner/later than other indices. Besides, the combination SPEI-SDI results in the better performance in comparison to SPI-SDI, especially in downstream. Furthermore, there were strong correlations between TJDI of a given timescale with TJDI of before time scale. The most suitable copula for upstream was Normal and for downstream was Gumbel. According to the increasing trend of temperature in the study area and its effect on increase of evapotranspiration, MHDI showed that using bivariate indices have priority on univariate ones. Keywords: Hydro-meteorological Drought, Copula, Principal Component, Kasilian's Watershed.
