اصلاح شاخص خشکسالی کشاورزی رطوبت خاک استاندارد شده بر اساس توزیع‌های احتمالاتی به‌منظور استفاده در اقلیم‌های مختلف ایران

Abstract

سابقه و هدف: بر اساس نوع خشکسالی شامل هواشناسی، کشاورزی و هیدرولوژیکی، خشکسالی می‌تواند با کمبود در یکی از متغیرهای بارش، رطوبت خاک و رواناب نسبت به میانگین بلندمدت آغاز شود. خشکسالی کشاورزی بیانگر کاهش رطوبت خاک و دارای اثرات مهمی از جمله کاهش عملکرد محصولات کشاورزی است. یکی از پرکاربردترین روش‌های پایش خشکسالی استفاده از شاخص‌های استاندارد شده می‌باشد. هدف از پژوهش حاضر اصلاح شاخص خشکسالی کشاورزی رطوبت خاک استاندارد شده (SSI) با انتخاب توزیع مناسب برازش‌یافته بر متغیر رطوبت خاک در اقلیم‌های مختلف ایران می‌باشد. مواد و روش‌ها: بدین منظور از داده‌های اندازه‌گیری شده روزانه در 40 ایستگاه سینوپتیک و داده‌های رطوبت خاک ماهانه در دو لایه اول (0-7 سانتی‌متر) و دوم (7-28 سانتی‌متر) از پایگاه ERA5 طی سال‌های 2020-1979 استفاده شده است. پس از جمع‌آوری داده‌های مورد نیاز تحقیق، دقت داده‌های پایگاه ERA5 در مقایسه با مقادیر اندازه‌گیری شده سه متغیر بارش، دمای میانگین و تبخیر و تعرق پتانسیل با استفاده از معیارهای ضریب تبیین (R2)، میانگین خطای اریبی (MBE) و شاخص پراکندگی (SI) مقایسه شد. توزیع‌های برتر برازش یافته روی متغیرهای رطوبت خاک لایه اول و دوم از بین 49 توزیع مختلف در نرم‌افزار EasyFit 5.5 با انجام آزمون کلموگروف- اسمیرنوف در سطح معنی‌داری یک و پنج درصد مشخص شدند. در ادامه برای 40 ایستگاه مورد مطالعه، 12 شاخص SSI در مقیاس‌های زمانی 1، 3 و 6 ماهه محاسبه شده است. در نهایت مشخصات خشکسالی شامل تعداد رخدادها، فراوانی، مدت و شدت خشکسالی برای تمامی شاخص‌ها محاسبه و در اقلیم‌های مختلف با یکدیگر مقایسه شدند.یافته‌ها: بر اساس معیار شاخص پراکندگی بیشترین دقت داده‌های ERA5 به ترتیب مربوط به متغیرهای دما، تبخیر و تعرق پتانسیل و بارش است. نتایج برازش توزیع‌ها نشان‌دهنده‌ی برازش معنی‌دار توزیع گاما به عنوان توزیع برتر به ترتیب تنها در 11 و 5 درصد سری‌های زمانی رطوبت خاک لایه اول و دوم در ایستگاه‌های مختلف است. سه توزیع برتر برازش یافته روی رطوبت خاک لایه اول توزیع‌های لوگ‌نرمال، بتا و لجستیک و برای رطوبت خاک لایه دوم به ترتیب توزیع‌های لجستیک، بتا و نرمال می‌باشند. حداقل فراوانی خشکسالی در ایستگاه‌های آباده، انار، میناب و کرمان و به ترتیب برابر 7، 3، 4 و 2 درصد و حداکثر فراوانی در ایستگاه‌های ایرانشهر، بم، زابل و ایرانشهر و به ترتیب برابر 4/18، 8/17، 0/21 و 4/25 درصد است. کمترین و بیشترین مدت خشکسالی کشاورزی به ترتیب در ایستگاه‌های سنندج و انار به ترتیب برابر با 18 و 64 ماه رخ داده است. شدت خشکسالی‌ها از شاخص بر مبنای توزیع گاما به شاخص بر مبنای توزیع برتر در رطوبت لایه اول خاک از 53/1 به 44/1 (خشکسالی شدید به خشکسالی متوسط) و در رطوبت لایه دوم خاک از 91/1 به 65/1 کاهش می‌یابد.نتیجه‌گیری: حساسیت مشخصات خشکسالی کشاورزی بر مبنای نوع توزیع استفاده شده در محاسبه شاخص، در اقلیم‌های خشک‌تر و در رطوبت خاک لایه دوم تغییرات بیشتری را نشان می‌دهد. به طوری‌که در برخی موارد با توجه به نوع توزیع استفاده شده در محاسبه شاخص طبقه خشکسالی تغییر می‌یابد. به طور کلی نتایج تحقیق حاضر بیانگر ضرورت بررسی و انتخاب توزیع برتر به جای توزیع گاما در محاسبه شاخص خشکسالی استاندارد شده کشاورزی می‌باشد.

Keywords

• اقلیم‌های ایران
• پایگاه داده era5
• خشکسالی کشاورزی
• رطوبت خاک
• مشخصات خشکسالی