مغهوم خشکسالی

خشکسالی پدیده ای است که به صورت طبیعی در هنگامی که میزان بارندگی سالانه یک منطقه به مراتب کمتر از میانگین های ثبت شده اتفاق افتاده و باعث عدم تعادل شدید در منابع آبی شده و سامانه های تولید زیست شناختی را مختل کند. خشکسالی می تواند به صورت کاهش بارندگی (طبیعی یا اقلیمـی)، تغییر مسیر و یا جلوگیری از ورود آب یک رودخانه از محلی به محلـی دیگـر (هیـدرولوژیکی) صـورت پذیرد.

روشهای مطالعه خشکسالی

با توجه به زمینه فعالیت های محققان رشته های مختلف، تعاریف ویژه ای از خشکسالی ارائه شده که در نهایت موجب طبقه بندی و تفکیک این پدیده شده است. این امر سبب گردیده است که روش های مطالعاتی خاصی بر اساس شاخص های مورد توجه مثل بارندگی، رطوبت خاک، جریانهای سطحی، مخازن زیرزمینی، خسارت های اقتصادی و غیره ابداع و ارائه گردد. در اینجا به طور اجمالی روش های مطالعاتی خشکسالی مورد بررسی قرار می گیرد و به بیان کمی این پدیده پرداخته می شود تا امکان ارزیابی آن در مقیاس های مختلف زمانی و مکانی میسر شده و نیز بتوان درباره شدت وقوع آن اظهار نظر نمود. کلیه نمایه هایی که در تحلیل و پایش خشکسالی اعم از هواشناسی، هیدرولوژیکی و کشاورزی به کار می روند، معمولا بر مبنای یکی از روشهای زیر می باشند (فرچ زاده ، 1374) :

- تحلیل جریانهای هیدرولوژیکی

- تحلیل دادههای بارندگی

- تحلیلهای سینوپتیکی

- استفاده از اطلاعات ژئومورفولوژیکی و تاریخی

- روش مبتنی بر دادههای دورسنجی

تحلیل جریانهای هیدرولوژیکی

این گونه تحلیل ها که به طور کلی بر روی جریان های سطحی، مخازن آب، دریاچه ها و سفره های آب زیرزمینی صورت میگیرد، تحت عنوان خشکسالی هیدرولوژیک قلمداد شده و مورد مطالعه قرار میگیرد. به  همین جهت داده های مربوط به کمیت جریان رودخانه ها در این مطالعات از اهمیت اساسی برخوردار است. داده های مورد نیاز، سطح و جریان رودخانه و تداوم دوره های بدون جریان را شامل میشود(علیزاده، 1385) .

تحلیل دادههای بارندگی

این روش جزء عمومی ترین روشهای تحلیل خشکسالی بشمار میرود. علت این امر، دسترسی راحت تر و آسانتر به انواع داده های بارندگی در بخش های مختلف کره خاکی است. از طرفی مقادیر بارندگی جزء بی ثبات ترین متغیرهای آب و هوایی مخصوصا در مناطق خشک محسوب میشود و از این جهت می تواند شاخص خوبی برای مطالعه خشکسالی باشد. از طرف دیگر بارش های جوی در واقع مهمترین متغیری است که تغییرات آن به طور مستقیم در رطوبت خاک و جریان های سطحی، مخازن زیرزمینی و غیره منعکس شده و بنابراین اولین  عاملی است که می تواند در مطالعه هر حالتی از خشکسالی مورد توجه قرار گیرد.

 این روش به دلایل زیر رایج ترین روش تحلیل خشکسالی به حساب می آید (عرب و همکاران، 1388).

- دسترسی آسان به انواع داده های بارندگی در نقاط مختلف نسبت به سایر داده ها

- پایدار بودن مقادیر بارندگی نسبت به سایر پارامترهای آب و هوایی مخصوصا در مناطق خشک

- تأثیرپذیری مستقیم رطوبت خاک، جریانهای سطحی، سفرههای آب زیرزمینی و ... از بارندگی

بنابراین عامل بارندگی اولین و مؤثرترین فاکتوری است که میتواند در مطالعه ی هر حالتی از خشکسالی مورد توجه قرار گیرد.

تحلیل های سینوپتیکی

مطالعه در مورد آب و هواشناسی دینامیکی رخداد خشکسالی توجه زیادی را به خود جلب نکرده است که به دلیل پیچیدگی این موضوع میباشد. مطالعاتی نظیر بررسی توزیع بارندگی به وسیله مرجع قرار دادن سیستم های پرفشار اقیانوسی، بررسی شرایط سینوپتیکی و فیزیکی خشکسالی و تحلیل های خشکسالی با مرجع قرار دادن ویژگی های گردش عمومی ناحیه ای، در این زمینه می باشد (شفیع زاده، 1389) .

استفاده از اطلاعات ژئومورفولوژیکی و تاریخی

اطلاعات تاریخی که از خاطرات، رسوم خانوادگی ساکنین و از نشانه های ژئومورفولوژیک از قبیل واروهای گلی (مربوط به سیستم فرسایش یخچالی) و سایر پدیده های ژئومورفولوژیک محیط های قدیمی به دست می آید، رخدادهای پدیده های طبیعی گذشته از جمله خشکسالی را بیان می نماید. معمولا خاطراتی همچون کاهش شدید میزان محصولات یا میزان بارندگی در سال های گذشته به دلیل اثری که در جوامع می گذارد، در ذهن ها باقی می ماند. ولی متاسفانه این گونه اطلاعات بیشتر ایام حالت مکتوب به خود نمی گیرد (اسدی زارچ، 1388) .

روش مبتنی بر داده های دورسنجی

یکی از مفاهیمی که بخصوص در تشخیص خشکسالی در سنجش از دور می تواند مفید باشد مقادیر بازتاب نسبی پدیده ها و عوارض سطح زمین است. زیرا از آنجائی که سطح زمین به شرط برخورداری از رطوبت بیشتر و پوشش گیاهی متراکم تر آلبیدو پایین تری دارد، بنابراین در شرایط وقوع خشکسالی، کاهش رطوبت خاک و پوشش گیاهی موجب افزایش آلبیدو سطحی زمین شده و این شرایط جدید به خوبی توسط ماهواره ها قابل تشخیص است (الکساندر، 1993). داده های دورسنجی خصوصا داده های حرارتی که حاصل انتشار امواج الکترومغناطیس با طول موج بلند (مادون قرمز حرارتی) از پدیده های سطحی می باشند برای ارزیابی بیابان ها و محاسبه برخی نمایه های خشکسالی مفید میباشند (متین فر و شمسی پور، 1388).

شاخص های گیاهی قابل استخراج از تصاویر ماهوارهای همچون NDVI ، VCI و TCI از چند دهه قبل برای ارزیابی وضعیت خشکسالی با استفاده از داده های سنجش از دور توسعه پیدا کردهاند. اساس اغلب این شاخص ها اندازه گیری بازتابندگی طیفی در باندهای مختلف بوده و امکان محاسبه در هر پیکسل را دارا هستند(ینژین، 2007) .  از بین شاخص های گیاهی، شاخص NDVI بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است (کاهل، 1986) (ولی، 2004) .

نمایه ها  و شاخص های خشکسالی

در دهه های گذشته معمولا تحلیل خشکسالی به صورت توصیفی انجام می گرفت و کمتر به تحلیل کمی پرداخته میشد (کارل و ربسیم ، 1984) . اصولا برای تحلیل کمی خشکسالی، وجود یک نمایه مشخص جهت تعیین دقیق دوره های مرطوب و خشک بسیار ضروری است (سیلوا، 2003). نمایه های خشکسالی متغیرها و

پارامترهایی هستند که جهت توصیف خشکسالی به کار می روند. مانند بارش، دما، جریان رواناب، سطح ایستابی سفره ها و مخازن زیرزمینی، رطوبت خاک و توده برفی (WMO و 2016GWP  )

شاخص های خشکسالی معمولا نمایشی عددی از شدت خشکسالی اند که با استفاده از داده های ورودی اقلیمی و هیدرومتئورولوژیکی (نمایه های مورد اشاره در بالا) و به منظور سنجش و ارزیابی کمی شرایط

خشکسالی، در مکانی مشخص و برای یک بازه و گام های زمانی معین محاسبه میشوند. پایش شرایط اقلیمی در مقیاس های زمانی گوناگون، تعریف و تعیین دوره های کوتاه مدت مرطوب در زمان های طولانی مدت خشکسالی، و یا بالعکس را میسر ساخته و روابط پیچیده را ساده و ابزار ارتباطی مفیدی را برای مخاطبان و کابران گوناگون فراهم می آورند. این شاخص ها ارزیابی، تخمین و برآورد شدت، گستره مکانی، زمان بندی ، و تداوم رخدادهای خشکسالی را ممکن می سازند ( WMO و GWP 2016 ). از مهمترین معیارهای پایش و برآورد خشکسالی است. این شاخص ها فهم ارتباط اطلاعات را دربارهی بی نظمی های اقلیمی برای کاربران گوناگون آسان تر می کند و به دانشمندان اجازه می دهد تا کمیت بینظمی های اقلیمی را در روابط شدت، مدت، فراوانی و گسترش مکانی برآورد و مطالع کنند (تساکرس و همکاران  2007 ). شاخص ها اطلاعات مهم و مفیدی را برای برنامه ریزی، طراحی و مدیریت استفاده از منابع آب در اختیار کاربران قرار میدهد. نمایه های خشکسالی مقادیر متنابهی از اطلاعات اقلیمی و هیدرولوژیکی مانند درجه حرارت، بارندگی، برف، جریان رودخانه ها و سایر منابع آبی را به کار می گیرند تا تصویر جامعی از وضعیت خشکسالی بصورت منطقه ای و در غالب محدودهای از اعداد بیان نمایند

شاخص های هواشناسی 

مبنای محاسبات این گروه از شاخصها بر اساس روش تحلیل داده های بارندگی بوده و از مهمترین آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

شاخص شدت خشکسالی پالمر )  PDSI )

 شاخص درصدی از نرمال ( PN )

شاخص دهک ها

شاخص نابهنجاری یا بی نظمی بارش ) RAI ) 

 شاخص سطح خشکسالی ( DAI )

شاخص معیار بارندگی سالانه ( SIAP )

شاخص Z چینی

شاخص بارش استاندارد ( SPI)