نوع مقاله : پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار اقلیم‌شناسی دانشگاه لرستان، لرستان، ایران
2 استادیار اقلیم‌شناسی دانشگاه خوارزمی تهران، ایران.
3 دانشجوی دکتری اقلیم‌شناسی دانشگاه خوارزمی تهران، تهران، ایران
4 دانشجوی دکتری اقلیم‌شناسی دانشگاه لرستان، لرستان، ایران
چکیده
این پژوهش با هدف بررسی تأثیر الگوی جوی - اقیانوسی انسو، به عنوان یک عامل تأثیرگذار در شرایط هیدرولوژیکی کـشکان‌رود به انجام رسـیده است. در این راستا ابـتدا دادههای مربوط بـه الگوی نوسان جـنوبی از سایت دانشگاه East Angelia بـرای دورهی آماری 1984 تا 2010 و دادههای مربوط به دبی سالانهی کشکانرود نیز از منابع زیربـط گردآوری شـد. سپس با اسـتفاده از تـحلیل همبستگی پیرسون در سـطح حداقل معنیداری 99/0درصد (p_value=0.01) ارتباط دادههای مذکور، به صورت ماهانه و سالانه تحلیل گردید. همچنین برای ارزیابی اثر فازهای سرد و گرم این الگوی کلان مقیاس جوی، دادههای دبی سالانه بر اساس فازهای مذکور ماهانه تفکیک شده و با اجرای آزمون t_studen دو طرفهی مستقل، معنیدار بودن تفاوت دادههای دبی سالانه در فازهای گرم و سرد انسو، بررسی شد. در نهایت با استفاده از تحلیل نقشههای سینوپتیک، علت و رابطهی جوّی بین داه‌ها، مورد واکاوی قرار گرفت. نتایج گویای همبستگی قوی و معنیدار دبی کشکان رود در طی سه ماه اکتبر، نوامبر و دسامبر با شاخص انسو میباشد. همچنین نتایج حاصل از تحلیل نقشههای سینوپتیک نشاندهندهی افزایش حدود 26 درصد بارشهای پاییزهی حوضهی کشکانرود در سالهای با حاکمیت فاز گرم انسو (ال نینو)، نسبت به بلندمدت است. ولی در طی فاز سرد (لانینا)، بارشهای پاییزه در منطقهی مورد مطالعه حدود 5/10 درصد کمتر از حالت نرمال بوده است. اجرای آزمون t مستقل دوطرفه بر روی دبی سالانه نشان داد که طی سالهای همراه با فاز گرم انسو، متوسط دبی سالانهی کشکانرود 35 درصد بالاتر از سالهایی است که فاز سرد انسو یعنی لانینا حاکم بوده است.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
The Effect of ENSO Large Scale Atmospheric- oceanic Pattern on Kashkan River Discharge
نویسندگان [English]
- Behroz Nasiri 1
- Mohammd Hosain Naserzadeh 2
- Meysam Toulabi Nejad 3
- Zahra Zaree Chaghabalaki 4
چکیده [English]
Behroz Nasiri[1]
Mohammad Hosaien Naserzadeh[2]
Meysam Toulabi Nejad[3]*
Zahra Zareei Chaghabalaki[4]
Abstract
The current study investigates the effect of ENSO atmospheric-oceanic pattern as an effective factor in hydrological conditions of Kashkan River. To do so, the related data of Southern Oscillation patterns using East Angelina university website was gathered, and the statistics period of 1984-2010 was considered. The related data of Kashkan’s annual discharge was also collected using related references. Pearson coefficient analysis was used in order to analyze the monthly and annually data, with at least (p_value=0.01) 0.99% significant level. For assessing the effect of cold and warm phases of this macro-scale weather pattern, discharge’s annual data based on the mentioned monthly phases was considered and Independent two-tail t-test was run. Applying this test, the meaningfulness of differences among discharge’s annual data in cold and warm phases was investigated. Finally, the cause and atmospheric relationship between data was analyzed using Synoptic map analysis. The results show that Kashkan River’s discharge has a meaningful significant coefficient with ENSO index in October, November and December. Also the result of synoptic map analysis shows that in years with warm phase of ENSO (El-nino), autumn raining around Kashkan River increased about 26 percent over the long term. But in the cold phase autumn raining in that area had been about 10.5 percent less than the normal amount. Running the Independent two tail t-test on the annual discharge shows that in the years with warm phase of ENSO, the average amount of Kashkan River’s annual discharge has been 35 percent more than the years with cold phase of ENSO.
[1]- Assistant Professor in Climatology, the University of Lorestan
[2]- Assistant Professor in Climatology, the University of Lorestan..
[3]- Ph.D Student in Urban Climatology , University of Kharazmi (Corresponding author),
Email:meysam.toulabi@gmail.com .
[4]- Ph.D Student in Climatology ,the University of Loresta.
کلیدواژه‌ها [English]
- Southern Oscillation Index
- Discharge
- El Nino
- La Nina
- Kashkan River
مقدمه
تغییرات فصلی اقلیم کرهی زمین تحت تأثیر تغییرات الگوهـای بزرگ مقیاس گردش جوی- اقیانوسی هستند. پدیدهی انسو یکی از مهمترین عوامل تغییردهندهی اقلیم در مقیاس جهانی است که با به وجود آوردن پدیدههای النینو و لانینا تغییراتـی را در اقلـیم مخـصوصاً توزیـع زمانی مکانی بارش به وجود میآورد (قویدل رحیمی، 1383: 71). پدیدهی انسو[1] مهمترین بر همکنش پیچیدهی اقیانوس و جو است و از ترکیب دو واژه ال نینو (ELnino) و نوسان جنوبی (Southern Oscillation) گرفته شده که ال نینو مؤلفه اقیانوسی و نوسان جنوبی مؤلفهی اتمسفری این پدیده است و سبب تغییرات اقلیمی جهانی در مقیاس بین سالانه[2] میشود (بیرتزاوغلو و همکاران[3]، 2011: 338). این پدیده با گرم و سرد شدن دمای سطح آب (النینو) و تغییرات فشار سطح دریا (نوسان جنوبی) در امتداد شرقی و غربی اقیانوس آرام استوایی (که کانون اصلی پدیده انسو است) در ارتباط است و کم و بیش بر آب و هوای جهان تأثیر می‌گذارد (ساریکواتس[4]، 1999: 120). فاز گرم انسو را النینو و فاز سرد آن را لانینا گویند. انسو این توانایی را دارد که تغییرات دمایی و بارشی قابل ملاحظه‌ای را در نواحی بسیار دورتر از کانون فعالیت خود، بر آب و هوای منطقه تحمیل نماید. تغییرات آب و هوایی ناشی از انسو بعد از تغییرات اقلیمی فصلی (جابجایی فصول اقلیمی هر منطقه) مهمترین تغییرات آب و هوایی درون سالی در هر منطقه به حساب می‌آیند (بروما[5]، 1997: 210).
پدیدهی انسو به عنوان یکی از سازوکارهای اصلی تغییرات درون سالی آب و هوای مناطق مختلف زمین، با ایجاد ناهنجارهای آب و هوایی به طور قابل توجهی در مناطق مختلف تأثیرگذار است (ناظمالسادات، 1387: 265). لذا محققان متعددی کوشیده‌اند تا با تبیین ارتباط بین دبی سالانه در مقیاس‌های زمانی مختلف و پدیدهی جوی- اقیانوسی انسو، بتوانند سیستمی پیش هشدار مبتنی بر این سیگنال اقلیمی برای دبیهای حداقلی ارائه بدهند تا بر اساس آن دوره‌های زمانی با میزان حداقل قابل پیشبینی و برنامه‌ریزی باشد. از این مطالعات میتوان به تحقیق هایدای و همکاران (2000) دربارهی نفوذ شاخص نوسان اطلس شمالی در دو رودخانهی دجله و فرات اشاره کرد. نتایج مطالعهی آنها نشان داد که به طور کلی شرایط بارش و دمای زمستانه در ترکیه (دسامبر تا مارس) تحت تأثیر تغییرات درون سالی آب و هوایی بر روی رودخانهی دجله و فرات به عنوان یک منبع تأمینکنندهی آب در مناطق ترکیه، سوریه و عراق است و این تغییرات با شاخص NAO و اقیانوس اطلس در ارتباط است؛ همانطور که بررسی‌های انجام شده بر روی سریهای زمانی بارش و دمای ترکـیه ارتباط روند کاهشی در طول دههی 1980 با فاز مثبت شـاخص NAO در آن زمان را تأیید میکند. کارآموز و زهرایی (2004)، با استفاده از سیگنالهای بزرگ مقیاس اقلیمی و بیلان برفی، جریانهای فصلی مربوط به رودخانهی سالت[6] مربوط به ایالت آریزونا را پیشبینی کردند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که ارتباط تنگاتنگی بین سیگنالهـای بـزرگ مقیـاس اقلیمی و سطح پوشش برف و جریان رودخانه در این حوضه وجود دارد. توین و همکاران[7] (2005)، در تحقیقی با عنوان اثر ال نینو - نوسان جنوبی در تعادل آب و جریان در حوضهی رودخانهی می سی سی پی، نتیجه گرفتند که در هنگام رخداد پدیدهی انسو ناهنجاریهای قابل توجهی در داخل حوضهی می سی سی پی رخ داده است؛ اما این الگوهای هیدرولوژیکی با فصل، محل و فاز ENSO متفاوت میباشند. آبتیو و همکاران[8] (2009)، ارتباط ال نینو- نوسانات جنوبی با هیدرولوژی حوضهی رودخانهی نیل آبی را بررسی و به این نتیجه رسیدند که بارش و جریان بالا در لانینا و سالهای خشک در ال نینو رخ میدهد. قحطی بزرگ اتیوپی 1888-1892 مربوط به یکی از قویترین سالهای ال نینو بوده است. ماسی و همکاران[9] (2011)، نشان دادند که جریان رودخانهی سن[10] طی دوره 1950 تا 2008 از روند افزایشی معنیداری برخوردار بوده است. با مقایسه میان تغییرات شاخص نوسان اطلس شمالی (NAO) و ناهنجاریهای جریان سالانهی سن[11] و تشخیص روند بسیار مشابه NAO و جریان سالانه نتیجه گرفتند که میان NAO و فرآیند آب‌شناختى این منطقه رابطهی احتمالی وجود دارد و تأثیر علایم NAO بر دبی رودخانهی سن قوی است. اوکونکو[12] و همکاران (2014)، با بررسی تغییرات سطح اساس دریاچهی چاد به این نتیجه رسیدند که تنها 31 درصد از تغییرات سطح اساس مربوط به پدیدهی انسو است. وارد[13] و همکاران (2014) با بررسی حساسیتپذیری سیلهای سالانه در مقیاس جهانی دریافتند، در مناطقی که هر ساله درگیر سیلاند، این سیلها با لانینا تشدید و در مواقع ال نینو کاهش پیدا میکنند؛ یعنی در مواقع شاخص مثبت ENSO سیل در این مناطق 3 برابر بیشتر از حالت عادی اتفاق میافتد.
در ایران نیز تحقیقاتی در این زمینه به صورت موردی صورت پذیرفته که چند نمونه از آنها در ادامه ذکر شده است:
قربانیزاده خرازی و همکاران (1385)، ارتباط بین پدیدهی انسو، بارش، سطح برف و دما با دبی متوسط رودخانهی کارون در ایستگاه هیدرومتری پل شالو در حوضهی کارون را بررسی نموده و دریافتند ارتباط بین شاخص انسو و دما با دبی متوسط رودخانه معنیدار نیست؛ اما ارتباط بین سطح پوشیده از برف و بارش با دبی متوسط رودخانه معنیدار و منطقی است. حق نگهدار و همکاران (1386)، نیز در تحقیقی دیگر با بررسی تأثیر پدیدهی ENSO بر احتمال، بزرگی و شدت وقوع AMF (احتمال × بزرگی) در دورهی اسفند - فروردین، به عنوان مهمترین دورهی وقوع AMF به این نتیجه رسیدند که با وقوع پدیدهی ال نینو در حوضههای دز و کارون برای ماههای اسفند و فروردین، احتمال وقوع مقادیر AMF بیشتر از متوسط حالت خنثی وجود دارد. این امر در مورد پدیدهی لانینا برعکس است. همچنین، شدت تغییرات AMF در حالت ال نینو بیش از لانینا است. حیدری و همکاران (1388)، تأثیر انسو بر میزان آبدهی چهار رودخانهی استان آذربایجان غربی شامل نازلوچای، سیمینهرود، مهابادچای و زاب کوچک طی دورهی آماری 1950 تا 2000 را مطالعه نمودند. نتایج نشان داد وقوع پدیدهی النینو و لانینا در 70 درصد موارد به ترتیب باعث افزایش و کاهش میانهی دبی رودخانهها میشود. همچنین احتمال وقوع خشکسالی هیدرولوژیکی در دوران النینو کمتر و در دوران لانینا بیشتر از دوران پایه است. انصاری (1390)، با بررسی اثر نوسانات اقلیمی بر تغییرات دبی رودخانهی کاجو و اثرات آن بر کشاورزی منطقه باهوکلات در استان سیستان و بلوچستان به این نتیجه رسید که رابطهی معناداری بین نوسانات عناصر اقلیمی و دبی رودخانه وجود داشته است. رابطهی بین دبی و کشاورزی (سطح زیر کشت و تولید سالانه) نیز رابطهی معناداری است. بین نوسانات عناصر اقلیمی و کشاورزی (سطح زیر کشت و تولید سالانه) هیچگونه رابطه‌ای وجود ندارد. فتاحی و همکاران (1391)، جریان رودخانههای کارون شمالی را با استفاده از شبکهی عصبی مصنوعی پیشبینی کردند. نتایج تحقیق نشان داد که سیگنالهای ENSO در ناحیه NINO2 و NINO3 به عنوان موثرترین سیگنال بر تغییرات جریان رودخانههای ارمند و بازفت هستند و برای پیش آگاهی از وضعیت دبی رودخانههای کارون شمالی میتوان از سیگنالهای فوق استفاده کرد. یزدانی و همکاران (1392)، با بررسی تأثیر پدیدهی انسو بر آبدهی رودخانههای شهرستان ساوه نتیجه گرفتند که وقوع پدیدهی النینو و لانینا در ۷۰ درصد موارد به ترتیب باعث افزایش و کاهش میانه دبی رودخانهها میشود. همچنین احتمال وقوع خشکسالی هـیدرولوژیکی در دوران ال نینو کمتر و در دوران لانینا بیشتر از دوران پایه مـیباشد. خداقلی و همکاران (1392)، با بررسی ارتباط شاخصهای پیوند از دور SOI و NAO با خشکسالی حوضهی آبـخیز زایندهرود نتیجه گرفـتند که بارندگی ایستگاههای میمه، فریدن، فریدونشهر، داران، چادگان و کوهرنگ همبستگی منفی معنیداری با علایم SOI دارد، در حالی که ایستگاههای شهرضا و فریدونشهر همبستگی منفی معنیداری با علایم NAO دارند.
با توجه به مطالب ذکر شده، یکی از سؤالهایی که عموماً توسط دستاندرکاران مسائل آب و هواشناسی مطرح میشود این است که آیا این پدیده در کشور ما و در مقیاس کوچکتر در سطح یک حوضهی آبخیز اثراتی دارد یا نه؟ آیا میتوان ارتباطی بین پدیدهی انسو و تغییرات معنیدار جریانات سطحی رودخانهها پیدا کرد؟ با هدف رسیدن به پاسخ چنین پرسشهایی مطالعهی حاضر انجام گرفت تا در حد امکانات و اطلاعات آماری موجود به بررسی اثر انسو و ارتباط آن با آبدهی رودخانهی کشکان پرداخته شود.
مواد و روشها
موقعیت جغرافیایی منطقهی مورد مطالعه
منطقهی مورد مطالعهی ما حوضهی آبخیز کشکان از زیرحوضههای آبریز کرخه است که از طول جغرافیایی ¢10 °47 تا 49 درجهی شرقی و از عرض جغرافیایی ¢2 °33 تا ¢3 °34 درجهی شمالی گسترده شده است. این حوضه بیش از یک سوم خاک استان لرستان یعنی حدود 9560 کیلومتر مربع را در بر می‌گیرد که شهرستان‌های خرم‌آباد، کوهدشت، الشتر و پلدختر داخل آن قرار دارند (سازمان آب منطقهای استان لرستان، 1390). با توجه به اینکه حوضهی مورد مطالعه در منطقهی زاگرس واقع شده است، توپوگرافیِ کوهستانی و پرشیب دارد. بنابراین با وجود ارتفاعات، بارندگیها به سرعت به جریانات سطحی تبدیل شده و بر حجم روانابها افزوده شده و در پی آن سیلابهای خطرناکی در این حوضه به راه میافتد (کرمی و همکاران، 1389: 101). این رودخانه در 25 کیلومتری جنوب شهر پلدختر در محل پل گاومیشان با رودخانهی سیمره تلاقی پیدا کرده و رودخانهی کرخه را تشکیل میدهند. سرشاخه‌های آن در تأمین آب کشاورزی شهرستان‌های الشتر، خرم‌آباد و پلدختر نقش بسیار مهمی دارد؛ به طوری که حدود 82 درصد از اراضی کشاورزی شهرستان پلدختر، توسط رودخانهی کشکان تأمین میشود (ناصرزاده و طولابینژاد، 1394: 121).
جدول (1) مشخصات ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر
|
ایستگاه |
رود |
طولجغرافیایی |
عرضجغرافیایی |
ارتفاعایستگاه |
مساحتحوضه (Km2) |
|
کشکان پلدختر |
کشکان |
43/47 |
9/33 |
650 |
9560 |
شکل (1) موقعیت جغرافیایی حوضهی کشکانرود
در این تحقیق از دو دسته داده شامل دادههای مربوط به دبی سالانهی کشکانرود و دادههای مربوط به الگوی پیوند از دور نوسان جنوبی استفاده شده است. دادههای دبی کشکانرود در بازهی زمانی 27 ساله از سال 1984 تا 2010 در ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر از سازمان آب منطقهای استان لرستان اخذ گردید. همچنین دادههای مربوط به شاخص نوسان جنوبی شامل فشار سطح دریا (SLP)[14] در دو ایستگاه تاهیتی و داروین از تارنمای دانشگاه East Angelia اخذ گردید[15]. در این مرکز از روش روپسکی و جونز[16] برای محاسبهی شاخص SOI استفاده شده است.
شاخص نوسان جنوبی عبارت است از اختلاف فشار سطح دریا بین دو ایستگاه تاهیتی واقع در شرق اقیانوس آرام جنوبی و جزایر داروین در شمال استرالیا واقع در غرب اقیانوس آرام که از رابطهی زیر به دست می‌آید:
رابطهی (1)
شاخص نوسان جنوبی SOI ، که شاخص نوسان جنوبی و ST و SD به ترتیب عبارتند از: فشار استانـدارد شده سطح دریا در موقـعیت ایستگاههای تاهیتی و داروین که به صورت زیر محاسبه میشوند:
رابطهی (2)
رابطهی (3)
در روابط فوق SDT و SDD به ترتیب عبارتند از انحراف معیار فشار سطح دریا برای دو ایستگاه تاهیتی و داوروین[17]:
|
رابطهی (4) |
||
|
رابطهی (5) |
||
در این روابط N عبارت است از تعداد ماههای دوره آماری و در نهایت MSD در رابطهی (1) نیز عبارت است از انحراف معیار ماهانهی دریا بین دو ایستگاه تاهیتی و داروین در بلندمدت.
|
رابطهی (6) |
در صورتی که مقدار عددی شاخص SOI مثبت باشد، یعنی میزان فشار تاهیتی بالاتر از فشار داروین باشد، فاز سرد یا لانینا حاکم بوده و در صورتی که میزان فشار سطح دریا در موقعیت داروین بالاتر باشد، مقدار عددی شاخص SOI منفی شده و فاز گرم یا النینو حاکم است (علیجانی،141:1391).
برای تحلیل ارتباط بین شاخص نوسان جنوبی به عنوان مهمترین عوامل تغییرات آب و هوایی درون سالی (بعد از تغییرات آب‌وهوایی ناشی از جابجایی فصول سال) از تحلیل همبستگی پیرسون در سطح حداقل معنیداری، 99/0 (P_value = 0.01) استفاده گردید. در ادامه برای تبیین تفاوت معنیداری بین میزان دبی کشکانرود و سالهای با حاکمیت فاز گرم (النینو) و فاز سرد (لانینا)، ابتدا ماههای دارای همبستگی معنیدار با میزان دبی تفکیک و سپس از آزمون t-student مستقل دوطرفه[18] استفاده شد. همچنین برای مقایسه‌پذیر شدن دادههای دبی و شاخص انسو از آمارهی Z استاندارد استفاده گردید. در نهایت، جهت اثبات ارتباط موجود بین دادهها، نقشههای آنومالی ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 (برحسب متر)، بارش ماهانه (برحسب سانتیمتر در ماه) و دمای سطح دریا (برحسب درجهی سانتیگراد)، طی دو فاز مذکور ترسیم شده و بر روی آنها تحلیل انجام گرفت.
بحث و نتایج
در شکل (1) مجموع دبی سالانهی کشکانرود، طی دورهی آماری 1984 تا 2010 ارائه شده است. همانطور که مشاهده می‌گردد، بالاترین مقدار دبی مربوط به سال 1992 است. میزان دبی ثبت شده در این سال به 94 متر مکعب در ثانیه رسیده است؛ در حالی که در سال 1999 کمترین میزان دبی سالانهی ثبت شده برابر 5/20 متر مکعب در ثانیه بوده است.
شکل (2) میزان دبی سالانهی کشکان رود بر حسب متر مکعب در ثانیه
جهت تحلیل ارتباط شاخص نوسان جنوبی با دبی کشکانرود، ابتدا با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون، ارتباط دبی کشکان در ایستگاه هیدرومتری پلدختر در بازهی زمانی سالانه و ماهانه مورد واکاوی قرار گرفت (جدول 2). همانطور که مشاهده می‌گردد، میزان همبستگی دبی سالانه با تمامی ماههای سال منفی است. یعنی سالهایی که میزان دبی در آنها بالاتر بوده، در واقع سالهایی بوده‌اند که در آنها فاز گرم (النینو) حاکم بوده است؛ در حالی که در سالهای دارای مقادیر مثبت و بالای شاخص نوسان جنوبی (سالهای همراه با فاز سرد)، دبی سالانه پائینتر از متوسط سالانه بوده است. بر اساس جدول (2)، میزان همبستگی دبی سالانهی کشکان رود با شاخص نوسان جنوبی ماهانه، تنها در سه ماه، اکتبر، نوامبر و دسامبر معنیدار قوی است که به ترتیب برابر 57/0- ، 52/0- و 58/0- میباشد. در سایر ماهها، همبستگی معنیداری بین دبی و شاخص نوسان جنوبی مشاهده نگردید.
جدول (2) میزان همبستگی رخداد سالانهی دبی و شاخص ماهانهی نوسان جنوبی
|
Sig |
میزان همبستگی |
ماه |
|
001/0 |
-57/0 |
اکتبر |
|
003/0 |
-52/0 |
نوامبر |
|
001/0 |
-58/0 |
دسامبر |
برای آشکارسازی تفاوت معنیدار بین سری زمانی دبی در سالهای همراه با حاکمیت فاز گرم، نسبت به تعداد رخدادهای سالهای با حاکمیت فاز سرد، از آزمون T-student مستقل دو طرفه استفاده گردید. ابتدا دادههای مربوط به دبی بر اساس فازهای سرد و گرم ماههای اکتبر، نوامبر و دسامبر تفکیک شدند (جدول 3). بعد از تفکیک دادههای دبی سالانه بر اساس فازهای گرم و سرد، آزمون T-student مستقل دو طرفه بر روی دو سری تفکیک شدهی رخداد سالانهی دبی اجرا گردید تا مشخص شود که آیا دبی سالانهی کشکانرود با سالهای حاکمیت فاز گرم یا سرد تفاوت معنیداری باهم دارند یا خیر؟ تا بر اساس آن نتیجه گرفت که آیا این تفاوت ناشی از تأثیرگذاری شاخص نوسان جنوبی بوده است یا تفاوت بین آنها ناچیز و ناشی از تصادف بوده است؟
جدول (3) تفکیک رخداد سالانهی دبی کشکانرود طبق فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی در فصل پاییز
|
ماه دسامبر |
ماه نوامبر |
ماه اکتبر |
|||||||||
|
فاز سرد |
فاز گرم |
فاز سرد |
فاز گرم |
فاز سرد |
فاز گرم |
||||||
|
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
|
2/65 |
1985 |
66 |
1984 |
66 |
1984 |
2/65 |
1985 |
3/54 |
1986 |
66 |
1984 |
|
4/54 |
1988 |
3/54 |
1986 |
4/54 |
1988 |
3/54 |
1986 |
4/54 |
1988 |
2/65 |
1985 |
|
8/56 |
1993 |
5/76 |
1987 |
8/56 |
1993 |
5/76 |
1987 |
52 |
1989 |
5/76 |
1987 |
|
1/51 |
1996 |
52 |
1989 |
64 |
1995 |
52 |
1989 |
3/55 |
1990 |
7/96 |
1991 |
|
2/25 |
1998 |
3/55 |
1990 |
2/25 |
1998 |
3/55 |
1990 |
1/51 |
1996 |
94 |
1992 |
|
5/20 |
1999 |
7/96 |
1991 |
5/20 |
1999 |
7/96 |
1991 |
2/25 |
1998 |
8/56 |
1993 |
|
8/29 |
2000 |
94 |
1992 |
8/29 |
2000 |
94 |
1992 |
5/20 |
1999 |
3/75 |
1994 |
|
5/37 |
2003 |
3/75 |
1994 |
9/38 |
2001 |
3/75 |
1994 |
8/29 |
2000 |
64 |
1995 |
|
2/34 |
2005 |
64 |
1995 |
2/25 |
2007 |
1/51 |
1996 |
2/34 |
2005 |
65 |
1997 |
|
2/25 |
2007 |
65 |
1997 |
2/27 |
2008 |
65 |
1997 |
2/25 |
2007 |
9/38 |
2001 |
|
2/27 |
2008 |
9/38 |
2001 |
23 |
2010 |
9/29 |
2002 |
2/27 |
2008 |
9/29 |
2002 |
|
23 |
2010 |
9/29 |
2002 |
|
|
5/37 |
2003 |
23 |
2010 |
5/37 |
2003 |
|
|
|
5/37 |
2004 |
|
|
5/37 |
2004 |
|
|
5/37 |
2004 |
|
|
|
1/41 |
2006 |
|
|
2/34 |
2005 |
|
|
1/41 |
2006 |
|
|
|
28 |
2009 |
|
|
1/41 |
2006 |
|
|
28 |
2009 |
|
|
|
|
|
|
|
28 |
2009 |
|
|
|
|
شکلهای 2، 3 و 4 بررسی ارتباط سالانهی میزان دبی در کشکانرود و شاخص نوسان جنوبی در ماههای اکتبر، نوامبر و دسامبر را نشان میدهد. همانطور که مشاهده می‌گردد، میتوان ارتباط معکوسی را در هر سه ماه بین دو سری زمانی استاندارد شده (سری زمانی رخدادهای سالانهی دبی در کشکانرود، و سری زمانی مربوط به شاخص نوسان جنوبی) مشاهده کرد. به طوری که در سالهای با میزان دبی پائینتر از میانگین، مقادیر مثبت شاخص نوسان جنوبی یا فاز سرد (لانینا) حاکم بوده است در حالی که در سالهای با میزان دبی، بالاتر از میانگین، غالباً مقادیر منفی شاخص نوسان جنوبی یا فاز گرم (النینو) حاکم بوده است. همانطور که نتایج آزمون همبستگی نشان داد، رخدادهای سالانهی دبی کشکانرود، با شاخص نوسان جنوبی در ماههای اکتبر (شکل 3)، نوامبر (شکل 4) و دسامبر (شکل 5)، همبستگی معکوس و معنیداری را نشان داد ولی در سایر ماهها همبستگی معنیداری مشاهده نـگردید. با توجه به اشـکال (3 تا 5) مشخص معلوم میشود در سالهای با میزان دبی پائینتر از میانگین، مقادیر مثبت شاخص نوسان جنوبی یا فاز سرد (لانینا) حاکم بوده است. در حالی که در سالهای با میزان دبی بالاتر از میانگین غالباً مقادیر منفی شاخص نوسان جنوبی یا فاز گرم (النینو) حاکم بوده است. یا به عبارتی، هر زمان که مقدار شاخص انسو از متوسط خود بالاتر بوده، دبی کشکانرود بالاتر از متوسط سالانه خود قرار داشته است، و هر سال که مقدار شاخص نوسان جنوبی افزایش داشته، دبی کشکانرود با کاهش آبدهی مواجه بوده است.
شکل (3) ارتباط میزان دبی کشکانرود و فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی در ماه اکتبر
شکل (4) ارتباط میزان دبی کشکانرود و فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی در ماه نوامبر
شکل (5) ارتباط میزان دبی کشکانرود و فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی در ماه دسامبر
ماه اکتبر
در جدول (4) نتایج اجرای آزمون t-student مستقل دو طرفه روی سریهای میزان دبی تفکیک شده، بر اساس سالهای حاکمیت فازهای گرم و سرد انسو در ماه اکتبر آمده است. در ماه اکتبر، میزان آمارهی T محاسباتی برابر 9/8 میباشد، و خارج از دامنه T بحرانی که برابر 2± است و مقدار آمارهی معنیداری آزمون نیز برای ماه اکتبر برابر 0000001/0 میباشد، که در سطح اطمینان 99/0 (P_value = 0.01) معنیدار است و نشان میدهد دو سری تفکیک شده از رخدادهای سالانهی دبی که بر اساس فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی ماه اکتبر از هم تفکیک شدهاند، تفاوت معنیداری باهم دارند و نمی‌توان تفاوت بین آنها را تصادفی دانست.
جدول (4) نتایج آزمون T استویدنت مستقل دو طرفه در ماه اکتبر
|
|
T محاسباتی آزمون |
T بحرانی دو طرفه |
درجهی آزادی |
Sig دو طرفه |
|
ماه اکتبر |
9/8 |
2± |
25 |
00000001/0 |
همان طور که از نقشههای آنومالی ارتفاع ژئوپتانسیل سطح 500 میلیبار در ماه اکتبر پیداست، در طول حاکمیت فاز گرم انسو (ال نینو) ارتفاع کف کمفشار تشکیل شده بر بالای منطقهی مورد مطالعه 10 تا 12 متر از حالت عادی کمتر شده است. یعنی کمفشارتر (کمارتفاعتر) است. در این شرایط واگرایی در سطوح میانی جو تشدید شده و به تشـکیل ابر و تراکم بـخار آب و در نتیجه تشکیل سامانههای بارشـی با رطوبت بسیار میانجامد (شکل 6 الف). در نتیجه طی فاز گرم (النینو) بارش در حوضهی مورد مطالعه (حوضهی کشکان رود) بین 5/0 تا 5/1 سانتیمتر در ماه (بین 5 تا 15 میلیمتر) افزایش داشته است (شکل 6 ب). ولی در طی فعالیت سالهای فاز سرد، ارتفاع تراز میانی جو 25 متر بالاتر از حالت عادی شده است و جو منطقه پرفشارتر از حالت عادی خود میباشد. بنابـراین، در طی این شرایط کمفشار (کمارتفاع) ضعیفتر است و سامانهی بارشزا نیز تضعیف میشود (شکل 6 ج). در نتیجه همزمان با فعالیت فاز سرد (لانینا) بارش در این حوضهی آبخیز بین 5 تا 10 میلیمتر کمتر از میانگین بلندمدت خود بوده است (شکل 6 د).
بر اساس آمار بلندمدت، دمای سطح دریا در حوالی سواحل غربی آمریکای جنوبی در بلندمدت در ماه اکتبر حداکثر 24 درجه سانتیگراد است. همانطور که نقشه آنومالی دمای سطح دریا در طی سالهای حاکمیت فاز گرم انسو به خوبی نشان میدهد، دمای سطح آب در سواحل غربی آمریکای جنوبی حدود 5/3 تا 4 درجه بالاتر از حالت نرمال (شکل 6 ر) و در طول فعالیت فاز سرد، دمای سطح دریا در این سواحل بین 5/1 تا 2 درجه سانتیگراد سردتر از دمای نرمال خود در بلندمدت رسیده که ارتباط معناداری با میزان بارش منطقهی مورد مطالعه نشان میدهد (شکل 6 ز). یعنی با افزایش دمای سطح آب در سواحل آمریکای جنوبی، مقدار بارش نیز افزایش یافته و با کاهش دمای سطح دریا، بارش نیز روند نزولی داشته که به دنبال آن میزان آبدهی کشکان رود نیز با کاهش مواجه شده است.
شکل (6 الف) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز گرم در ماه اکتبر (برحسب متر)
شکل (6 ب) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز گرم در ماه اکتبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (6 ج) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز سرد در ماه اکتبر (بر حسب متر)
شکل (6 د) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز سرد در ماه اکتبر(برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (6 ر) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز گرم در ماه اکتبر
شکل (6 ز) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز سرد در ماه اکتبر
ماه نوامبر
طبق نتایج اجرای آزمون t-student مستقل دوطرفه بر روی سریهای میزان دبی تفکیک شده طی سالهای حاکمیت فازهای گرم و سرد انسو در ماه نوامبر، میزان آمارهی T محاسباتی برابر 8 است و خارج از دامنه T بحرانی که برابر 2/2± است. مقدار آمارهی معنیداری آزمون نیز برای ماه نوامبر، برابر با 00000001/0 میباشد که در سطح اطمینان 99/0 (P_value = 0.01) معنیدار است و بیانگر تفاوت معنیدار دو سری تفکیک شده از رخدادهای سالانهی دبی است که بر اساس فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی ماه نوامبر از هم تفکیک شدهاند و نمی‌توان تفاوت بین آنها را تصادفی دانست.
جدول (5) نتایج آزمون T استیودنت مستقل دو طرفه در ماه نوامبر
|
|
T محاسباتی آزمون |
T بحرانی دو طرفه |
درجهی آزادی |
Sig دو طرفه |
|
ماه نوامبر |
8 |
2/2± |
25 |
00000001/0 |
با توجه به نقشههای آنومالی ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 میلیبار در ماه نوامبر، در طول فعالیت فاز گرم انسو (ال نینو)، ارتفاع تراز میانی جو در بالای منطقهی مورد مطالعه 25 متر از حالت نرمال خود پایینتر بوده است. یعنی اتمسفر منطقهی مورد مطالعه کمفشارتر (کمارتفاعتر) از ماه اکتبر بوده است. در نتیجه واگرایی در سطوح میانی جو قویتر و جو ناپایدار شده و به تشکیل ابر و تراکم بخار آب و در نتیجه تشکیل سامانههای بارشی با رطوبت بسیار میانجامد (شکل 7الف). بنابراین، همراه با فاز گرم (النینو) بارش در حوضهی مورد مطالعه نیز بین 2 تا 4 سانتی متر در ماه (بین 20 تا 40 میلیمتر) افزایش داشته است (شکل 7ب). ولی در طی فعالیت سالهای فاز سرد، ارتفاع تراز میانی جو 12 متر بالاتر از حالت عادی شده و جو منطقه پرفشارتر از حالت عادی خود است. بنابراین در طی این شرایط، کمفشار (کمارتفاع) ضعیفتر و سامانهی بارشزا نیز تضعیف میشود (شکل 7 ج). در نتیجه همزمان با فعالیت فاز سرد (لانینا) بارش در این حوضهی آبخیز بین 10 تا 20 میلی متر کمتر از میانگین بلند مدت خود بوده است (شکل 7 د). در نتیجه رودخانهی کشکان نیز با کاهش دبی مواجه بوده است.
در ماه نوامبر دمای بلندمدت سطح دریا در حوالی سواحل پرو و شیلی حداکثر 22 درجه سانتیگراد است. با توجه به نقشهی آنومالی SST در این ماه، طی سالهای با حاکمیت فاز گرم انسو، دمای سطح آب در سواحل غربی آمریکای جنوبی حدود 4 تا 5 درجه بالاتر از حالت نرمال (شکل 7 ر) و در طول فعالیت فاز سرد، دمای سطح دریا در این سواحل بین 1 تا 5/1 درجه سانتیگراد سردتر از دمای نرمال خود در بلندمدت رسیده که نشاندهندهی ارتباط معنادار با میزان بارش منطقهی مورد مطالعه است (شکل 7 ز). با افزایش دمای سطح دریا در سواحل شرقی آرام استوایی، مقدار بارش نیز افزایش یافته و با کاهش مقدار SST ، بارشها نیز با کاهش شدید مواجه شدهاند.
شکل (7 الف) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز گرم در ماه نوامبر(بر حسب متر)
شکل ( 7 ب) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز گرم در ماه نوامبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (7 ج) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز سرد در ماه نوامبر (بر حسب متر)
شکل (7 د) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز سرد در ماه نوامبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
.
شکل ( 7 ر) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز گرم در ماه نوامبر
شکل ( 7 ز) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز سرد در ماه نوامبر
ماه دسامبر
در ماه دسامبر شرایط به گونه‌ای است که میزان T محاسبانی آزمون برابر 4/7 میباشد. این مقدار مورد محاسبه خارج از دامنهی دو طرفه T بحرانی که برابر 1/2± میباشد، قرار گرفته است. آمارهی معنیداری نیز برابر با 00000004/0 است و در سطح اطمینان 99/0 تفاوت معنیداری بین دو سری تفکیک شده بر اساس فازهای سرد و گرم ماه دسامبر نشان میدهد.
جدول (6) نتایج آزمون T استویدنت مستقل دو طرفه در ماه دسامبر
|
|
T محاسباتی آزمون |
T بحرانی دو طرفه |
درجهی آزادی |
Sig دو طرفه |
|
ماه دسامبر |
4/7 |
1/2± |
17 |
00000004/0 |
با توجه به نقشههای آنومالی ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال طی ماه دسامبر، در مدت فعالیت فاز گرم انسو (ال نینو) ارتفاع ژئوپتانسیل تراز میانی جو در محدودهی حوضهی کشکانرود از حالت نرمال خود 25 تا 30 متر پایینتر بوده است. یعنی اتمسفر منطقهی مورد مطالعه کمفشارتر (کمارتفاعتر) از ماه اکتبر بوده است، در نتیجه سامانههای بارشی به راحتی وارد منطقه شده و با خود رطوبت بسیار به همراه آورده است و واگرایی نیز در این تراز اتمسفر شدیدتر و فعالتر شده است (شکل 8 الف). با کاهش ارتفاع تراز میانی جو طی فاز گرم (النینو)، بارش در حوضهی مورد مطالعه نیز بین 15 تا 30 میلیمتر (5/1 تا 3 سانتیمتر در ماه) افزایش یافته است (شکل 8 ب). ولی در طی سالهای با حاکمیت فاز سرد، ارتفاع تراز میانی جو 45 متر بیشتر از حالت عادی است. در نتیجه جو منطقه پرفشارتر از حالت عادی خود بوده است. بنابراین با وجود این شرایط، کمفشار (کمارتفاع) ضعیفتر و جو حالت پایدارتری داشته و سامانهی بارشزا نیز تضعیف میشوند (شکل 8 ج). با این وجود همزمان با فعالیت فاز سرد (لانینا)، بارش در این حوضهی آبخیز بین 5 تا 15 میلیمتر کمتر از حالت نرمال میانگین خود بوده است (شکل 8 د). در نتیجه میزان آبدهی کشکانرود نیز کاهش یافته است.
در ماه دسامبر دمای بلندمدت سطح دریا در سواحل شرقی اقیانوس آرام استوایی (حوالی سواحل پرو و شیلی) حداکثر 21 درجه سانتیگراد است. با توجه به نقشه آنومالی SST در این مدت زمان، طی سالهای با حاکمیت فاز گرم انسو، دمای سطح آب در سواحل غربی آمریکای جنوبی حدود 3 درجه بالاتر از حالت نرمال (شکل 8 ر) و در طول حکمیت فاز سرد در این منطقه، دمای سطح دریا بین 5/1 تا 5/2 درجهی سانتیگراد از دمای نرمال خود در بلند مدت کمتر است که ارتباط معناداری با میزان بارش منطقهی مورد مطالعه دارد (شکل 8 ز). با افزایش مقدار SST در سواحل غربی آمریکای جنوبی، مقدار بارش نیز افزایش داشته و با کاهش مقدار SST ، بارشها نیز با کاهش شدیدی مواجه شدهاند.
شکل (8 الف) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز گرم در ماه دسامبر(بر حسب متر)
شکل (8 ب) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز گرم در ماه دسامبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (8 ج) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز سرد در ماه دسامبر (بر حسب متر)
شکل (8 د) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز سرد در ماه دسامبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (8 ر) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز گرم در ماه دسامبر
شکل (8 ز) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز سرد در ماه دسامبر
نتیجه‌گیری
در این پژوهش ارتباط شاخص جوی-اقیانوسی ENSO با دبی کشکانرود در غرب ایران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیق گویای آن بود که مقدار دبی سالانه کشکانرود در سه ماه اکتبر، نوامبر و دسامبر ارتباط معنیدار بالایی با شاخص نوسان جنوبی دارند و در سایر ماهها این ارتباط یا ضعیف بوده و یا رابطهی معنیداری مشاهده نگردید. مقایسهی ضرایب همبستگی و سطح معناداری این دو نوع داده مبین این واقعیت است که بین تغییرات پدیدهی کلانمقیاس گردش جوی-اقیانوسی انسو با دبی کشکانرود در فصل پاییز ارتباط و همزمـانی وجـود دارد و تغییـرات مذکور که از طریق شاخصهای فشار سطح اقیانوس آرام دیدهبانی شدهاند، کمابیش موجـب نوسـانهای افزایش در فاز گرم و کاهش در فاز سرد در دبی کشکانرود میشوند. با ارزیابی همبستگی بین دبی پاییزهی کشکانرود و ENSO معلوم گردید که ضرایب همبستگی، ارتباط بین شاخص نوسانات جنوبی و دبی کشکانرود در فصل پاییز را تأیید میکند. میزان دبی پاییزه در سه ماه اکتبر، نوامبر و دسامبر (فصل پاییز) بیش از سایر ماهها متأثر از ENSO میباشد. نتایج اجرای آزمون t مستقل دو طرفه بر روی دو سری دبی سالانهی تفکیک شده بر اساس فازهای گرم و سرد انسو در ماههای اکتبر، نوامبر و دسامبر گویای آن بود که در این سه ماه، ضرائب همبستگی از سطح اعتماد کافی برخوردار بودند؛ به طوری که وقوع پدیدهی النینو و لانینا در 35 درصد موارد طی این دو ماه باعث افزایش متوسط دبی رودخانهی کشکان میشود. همچنین احتمال وقوع خشکسالی هیدرولوژیکی در دوران النینو کمتر و در دوران لانینا بیشتر از دوران پایه است.
نتایج تحلیل سینوپتیک نقش انسو در دبی کشکان رود گویای آن بود که فاز گرم انسو یعنی النینو، خصوصاً در پائیز برای اکثر نواحی ایران به خصوص غرب کشور افزایش بارش را به همراه داشته و غالب خشکسالی‌های این منطقه، توأم با فاز سرد انسو یعنی لانینا بوده است. بنابر این میتوان گفت در شرایط فاز گرم انسو یعنی در سالهایی که النینو حاکم است، بارشهای پاییزهی حوضهی کشکان رود حدود 26 درصد افزایش داشته است که به تبع آن دبی نیز افزایش نشان میدهد.
ولی در طی حاکمیت فاز سرد انسو (لانینا) بارشهای پاییزه در منطقهی مورد مطالعه حدود 5/10 درصد کمتر از حالت نرمال است. علت افزایش بارش، انتقال پرفـشارهای جنب حارهای خاورمیانه بـه عرضهای پـایینتر و امکـان نفـوذ مـوج بادهای غربی به منطقهی مورد مطالعه با شروع فاز گرم انسو است.
نتایج تحقیقات انجام شده در سطح جهان نشان داد که ارتباط تنگاتنگی بین الگوهای گردشی بـزرگ مقیـاس اقلیمی و جریان رودخانهها وجود دارد. البته این نقش در مناطق مختلف جهان متفاوت است. به عنوان مثال نقش انسو در قارهی آفریقا دقیقاً عکس اثر این پدیده در ایران، اروپا و آمریکا است. در آفریقا آبتیو و همکاران (2009)، با بررسی ارتباط ال نینو - نوسانات جنوبی با هیدرولوژی حوضهی رودخانهی نیل آبی دریافتند که بارش و جریان بالا در طول لانینا و سالهای خشک در مواقع ال نینو رخ میدهد. همچنین در قارهی آمریکا توین و همکاران (2005)، اثر ال نینو - نوسان جنوبی در تعادل آب و جریان در حوضهی رودخانهی می سی سی پی را بررسی و نشان دادند که در طی فاز سرد انسو، میزان دبی این رودخانه با کاهش مواجه شده ولی در طی فاز گرم، دبی روندی افزیشی را تجربه کرده است. تقریباً نتیجهی تمامی تحقیقات انجام شده دربارهی تأثیر نقش انسو در شرایط آب و هوایی ایران، مؤید این نکته است که فاز گرم انسو یعنی النینو، به ویژه در پائیز برای اکثر نواحی ایران افزایش بارش را به همراه داشته و غالب خشکسالی‌های ایران، توأم با فاز سرد انسو یعنی لانینا بوده است. بنابر این میتوان گفت در شرایط فاز گرم انسو یعنی در سالهایی که النینو حاکم است، بارشهای پاییزهی ایران افزایش پیدا کرده و تبع آن دبی رودها نیز افزایش مییابد.
[1]- Elnino/Southern Oscillation (ENSO)
[2]- Interannual
[3]- Bezirtzoglou et al,
[4]- Sari Kovats
[6]- Salt
[7]- Twein et al.,
[8]- Abtew et al.,
[9]- Massei et al.,
[10]- Sen River
[11]- Sen
[12]- Okonkwo
[13]- Ward
[14]- Sea Level Pressure(SLP).
[16]- Ropelewski and Jones (1987)
[17]- Standard Deviation Tahiti(SDT) & Standard Deviation Darwin (SDD).
[18]- Two-Tail Independent T-Test
مقدمه
تغییرات فصلی اقلیم کرهی زمین تحت تأثیر تغییرات الگوهـای بزرگ مقیاس گردش جوی- اقیانوسی هستند. پدیدهی انسو یکی از مهمترین عوامل تغییردهندهی اقلیم در مقیاس جهانی است که با به وجود آوردن پدیدههای النینو و لانینا تغییراتـی را در اقلـیم مخـصوصاً توزیـع زمانی مکانی بارش به وجود میآورد (قویدل رحیمی، 1383: 71). پدیدهی انسو[1] مهمترین بر همکنش پیچیدهی اقیانوس و جو است و از ترکیب دو واژه ال نینو (ELnino) و نوسان جنوبی (Southern Oscillation) گرفته شده که ال نینو مؤلفه اقیانوسی و نوسان جنوبی مؤلفهی اتمسفری این پدیده است و سبب تغییرات اقلیمی جهانی در مقیاس بین سالانه[2] میشود (بیرتزاوغلو و همکاران[3]، 2011: 338). این پدیده با گرم و سرد شدن دمای سطح آب (النینو) و تغییرات فشار سطح دریا (نوسان جنوبی) در امتداد شرقی و غربی اقیانوس آرام استوایی (که کانون اصلی پدیده انسو است) در ارتباط است و کم و بیش بر آب و هوای جهان تأثیر می‌گذارد (ساریکواتس[4]، 1999: 120). فاز گرم انسو را النینو و فاز سرد آن را لانینا گویند. انسو این توانایی را دارد که تغییرات دمایی و بارشی قابل ملاحظه‌ای را در نواحی بسیار دورتر از کانون فعالیت خود، بر آب و هوای منطقه تحمیل نماید. تغییرات آب و هوایی ناشی از انسو بعد از تغییرات اقلیمی فصلی (جابجایی فصول اقلیمی هر منطقه) مهمترین تغییرات آب و هوایی درون سالی در هر منطقه به حساب می‌آیند (بروما[5]، 1997: 210).
پدیدهی انسو به عنوان یکی از سازوکارهای اصلی تغییرات درون سالی آب و هوای مناطق مختلف زمین، با ایجاد ناهنجارهای آب و هوایی به طور قابل توجهی در مناطق مختلف تأثیرگذار است (ناظمالسادات، 1387: 265). لذا محققان متعددی کوشیده‌اند تا با تبیین ارتباط بین دبی سالانه در مقیاس‌های زمانی مختلف و پدیدهی جوی- اقیانوسی انسو، بتوانند سیستمی پیش هشدار مبتنی بر این سیگنال اقلیمی برای دبیهای حداقلی ارائه بدهند تا بر اساس آن دوره‌های زمانی با میزان حداقل قابل پیشبینی و برنامه‌ریزی باشد. از این مطالعات میتوان به تحقیق هایدای و همکاران (2000) دربارهی نفوذ شاخص نوسان اطلس شمالی در دو رودخانهی دجله و فرات اشاره کرد. نتایج مطالعهی آنها نشان داد که به طور کلی شرایط بارش و دمای زمستانه در ترکیه (دسامبر تا مارس) تحت تأثیر تغییرات درون سالی آب و هوایی بر روی رودخانهی دجله و فرات به عنوان یک منبع تأمینکنندهی آب در مناطق ترکیه، سوریه و عراق است و این تغییرات با شاخص NAO و اقیانوس اطلس در ارتباط است؛ همانطور که بررسی‌های انجام شده بر روی سریهای زمانی بارش و دمای ترکـیه ارتباط روند کاهشی در طول دههی 1980 با فاز مثبت شـاخص NAO در آن زمان را تأیید میکند. کارآموز و زهرایی (2004)، با استفاده از سیگنالهای بزرگ مقیاس اقلیمی و بیلان برفی، جریانهای فصلی مربوط به رودخانهی سالت[6] مربوط به ایالت آریزونا را پیشبینی کردند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که ارتباط تنگاتنگی بین سیگنالهـای بـزرگ مقیـاس اقلیمی و سطح پوشش برف و جریان رودخانه در این حوضه وجود دارد. توین و همکاران[7] (2005)، در تحقیقی با عنوان اثر ال نینو - نوسان جنوبی در تعادل آب و جریان در حوضهی رودخانهی می سی سی پی، نتیجه گرفتند که در هنگام رخداد پدیدهی انسو ناهنجاریهای قابل توجهی در داخل حوضهی می سی سی پی رخ داده است؛ اما این الگوهای هیدرولوژیکی با فصل، محل و فاز ENSO متفاوت میباشند. آبتیو و همکاران[8] (2009)، ارتباط ال نینو- نوسانات جنوبی با هیدرولوژی حوضهی رودخانهی نیل آبی را بررسی و به این نتیجه رسیدند که بارش و جریان بالا در لانینا و سالهای خشک در ال نینو رخ میدهد. قحطی بزرگ اتیوپی 1888-1892 مربوط به یکی از قویترین سالهای ال نینو بوده است. ماسی و همکاران[9] (2011)، نشان دادند که جریان رودخانهی سن[10] طی دوره 1950 تا 2008 از روند افزایشی معنیداری برخوردار بوده است. با مقایسه میان تغییرات شاخص نوسان اطلس شمالی (NAO) و ناهنجاریهای جریان سالانهی سن[11] و تشخیص روند بسیار مشابه NAO و جریان سالانه نتیجه گرفتند که میان NAO و فرآیند آب‌شناختى این منطقه رابطهی احتمالی وجود دارد و تأثیر علایم NAO بر دبی رودخانهی سن قوی است. اوکونکو[12] و همکاران (2014)، با بررسی تغییرات سطح اساس دریاچهی چاد به این نتیجه رسیدند که تنها 31 درصد از تغییرات سطح اساس مربوط به پدیدهی انسو است. وارد[13] و همکاران (2014) با بررسی حساسیتپذیری سیلهای سالانه در مقیاس جهانی دریافتند، در مناطقی که هر ساله درگیر سیلاند، این سیلها با لانینا تشدید و در مواقع ال نینو کاهش پیدا میکنند؛ یعنی در مواقع شاخص مثبت ENSO سیل در این مناطق 3 برابر بیشتر از حالت عادی اتفاق میافتد.
در ایران نیز تحقیقاتی در این زمینه به صورت موردی صورت پذیرفته که چند نمونه از آنها در ادامه ذکر شده است:
قربانیزاده خرازی و همکاران (1385)، ارتباط بین پدیدهی انسو، بارش، سطح برف و دما با دبی متوسط رودخانهی کارون در ایستگاه هیدرومتری پل شالو در حوضهی کارون را بررسی نموده و دریافتند ارتباط بین شاخص انسو و دما با دبی متوسط رودخانه معنیدار نیست؛ اما ارتباط بین سطح پوشیده از برف و بارش با دبی متوسط رودخانه معنیدار و منطقی است. حق نگهدار و همکاران (1386)، نیز در تحقیقی دیگر با بررسی تأثیر پدیدهی ENSO بر احتمال، بزرگی و شدت وقوع AMF (احتمال × بزرگی) در دورهی اسفند - فروردین، به عنوان مهمترین دورهی وقوع AMF به این نتیجه رسیدند که با وقوع پدیدهی ال نینو در حوضههای دز و کارون برای ماههای اسفند و فروردین، احتمال وقوع مقادیر AMF بیشتر از متوسط حالت خنثی وجود دارد. این امر در مورد پدیدهی لانینا برعکس است. همچنین، شدت تغییرات AMF در حالت ال نینو بیش از لانینا است. حیدری و همکاران (1388)، تأثیر انسو بر میزان آبدهی چهار رودخانهی استان آذربایجان غربی شامل نازلوچای، سیمینهرود، مهابادچای و زاب کوچک طی دورهی آماری 1950 تا 2000 را مطالعه نمودند. نتایج نشان داد وقوع پدیدهی النینو و لانینا در 70 درصد موارد به ترتیب باعث افزایش و کاهش میانهی دبی رودخانهها میشود. همچنین احتمال وقوع خشکسالی هیدرولوژیکی در دوران النینو کمتر و در دوران لانینا بیشتر از دوران پایه است. انصاری (1390)، با بررسی اثر نوسانات اقلیمی بر تغییرات دبی رودخانهی کاجو و اثرات آن بر کشاورزی منطقه باهوکلات در استان سیستان و بلوچستان به این نتیجه رسید که رابطهی معناداری بین نوسانات عناصر اقلیمی و دبی رودخانه وجود داشته است. رابطهی بین دبی و کشاورزی (سطح زیر کشت و تولید سالانه) نیز رابطهی معناداری است. بین نوسانات عناصر اقلیمی و کشاورزی (سطح زیر کشت و تولید سالانه) هیچگونه رابطه‌ای وجود ندارد. فتاحی و همکاران (1391)، جریان رودخانههای کارون شمالی را با استفاده از شبکهی عصبی مصنوعی پیشبینی کردند. نتایج تحقیق نشان داد که سیگنالهای ENSO در ناحیه NINO2 و NINO3 به عنوان موثرترین سیگنال بر تغییرات جریان رودخانههای ارمند و بازفت هستند و برای پیش آگاهی از وضعیت دبی رودخانههای کارون شمالی میتوان از سیگنالهای فوق استفاده کرد. یزدانی و همکاران (1392)، با بررسی تأثیر پدیدهی انسو بر آبدهی رودخانههای شهرستان ساوه نتیجه گرفتند که وقوع پدیدهی النینو و لانینا در ۷۰ درصد موارد به ترتیب باعث افزایش و کاهش میانه دبی رودخانهها میشود. همچنین احتمال وقوع خشکسالی هـیدرولوژیکی در دوران ال نینو کمتر و در دوران لانینا بیشتر از دوران پایه مـیباشد. خداقلی و همکاران (1392)، با بررسی ارتباط شاخصهای پیوند از دور SOI و NAO با خشکسالی حوضهی آبـخیز زایندهرود نتیجه گرفـتند که بارندگی ایستگاههای میمه، فریدن، فریدونشهر، داران، چادگان و کوهرنگ همبستگی منفی معنیداری با علایم SOI دارد، در حالی که ایستگاههای شهرضا و فریدونشهر همبستگی منفی معنیداری با علایم NAO دارند.
با توجه به مطالب ذکر شده، یکی از سؤالهایی که عموماً توسط دستاندرکاران مسائل آب و هواشناسی مطرح میشود این است که آیا این پدیده در کشور ما و در مقیاس کوچکتر در سطح یک حوضهی آبخیز اثراتی دارد یا نه؟ آیا میتوان ارتباطی بین پدیدهی انسو و تغییرات معنیدار جریانات سطحی رودخانهها پیدا کرد؟ با هدف رسیدن به پاسخ چنین پرسشهایی مطالعهی حاضر انجام گرفت تا در حد امکانات و اطلاعات آماری موجود به بررسی اثر انسو و ارتباط آن با آبدهی رودخانهی کشکان پرداخته شود.
مواد و روشها
موقعیت جغرافیایی منطقهی مورد مطالعه
منطقهی مورد مطالعهی ما حوضهی آبخیز کشکان از زیرحوضههای آبریز کرخه است که از طول جغرافیایی ¢10 °47 تا 49 درجهی شرقی و از عرض جغرافیایی ¢2 °33 تا ¢3 °34 درجهی شمالی گسترده شده است. این حوضه بیش از یک سوم خاک استان لرستان یعنی حدود 9560 کیلومتر مربع را در بر می‌گیرد که شهرستان‌های خرم‌آباد، کوهدشت، الشتر و پلدختر داخل آن قرار دارند (سازمان آب منطقهای استان لرستان، 1390). با توجه به اینکه حوضهی مورد مطالعه در منطقهی زاگرس واقع شده است، توپوگرافیِ کوهستانی و پرشیب دارد. بنابراین با وجود ارتفاعات، بارندگیها به سرعت به جریانات سطحی تبدیل شده و بر حجم روانابها افزوده شده و در پی آن سیلابهای خطرناکی در این حوضه به راه میافتد (کرمی و همکاران، 1389: 101). این رودخانه در 25 کیلومتری جنوب شهر پلدختر در محل پل گاومیشان با رودخانهی سیمره تلاقی پیدا کرده و رودخانهی کرخه را تشکیل میدهند. سرشاخه‌های آن در تأمین آب کشاورزی شهرستان‌های الشتر، خرم‌آباد و پلدختر نقش بسیار مهمی دارد؛ به طوری که حدود 82 درصد از اراضی کشاورزی شهرستان پلدختر، توسط رودخانهی کشکان تأمین میشود (ناصرزاده و طولابینژاد، 1394: 121).
جدول (1) مشخصات ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر
|
ایستگاه |
رود |
طولجغرافیایی |
عرضجغرافیایی |
ارتفاعایستگاه |
مساحتحوضه (Km2) |
|
کشکان پلدختر |
کشکان |
43/47 |
9/33 |
650 |
9560 |
شکل (1) موقعیت جغرافیایی حوضهی کشکانرود
در این تحقیق از دو دسته داده شامل دادههای مربوط به دبی سالانهی کشکانرود و دادههای مربوط به الگوی پیوند از دور نوسان جنوبی استفاده شده است. دادههای دبی کشکانرود در بازهی زمانی 27 ساله از سال 1984 تا 2010 در ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر از سازمان آب منطقهای استان لرستان اخذ گردید. همچنین دادههای مربوط به شاخص نوسان جنوبی شامل فشار سطح دریا (SLP)[14] در دو ایستگاه تاهیتی و داروین از تارنمای دانشگاه East Angelia اخذ گردید[15]. در این مرکز از روش روپسکی و جونز[16] برای محاسبهی شاخص SOI استفاده شده است.
شاخص نوسان جنوبی عبارت است از اختلاف فشار سطح دریا بین دو ایستگاه تاهیتی واقع در شرق اقیانوس آرام جنوبی و جزایر داروین در شمال استرالیا واقع در غرب اقیانوس آرام که از رابطهی زیر به دست می‌آید:
رابطهی (1)
شاخص نوسان جنوبی SOI ، که شاخص نوسان جنوبی و ST و SD به ترتیب عبارتند از: فشار استانـدارد شده سطح دریا در موقـعیت ایستگاههای تاهیتی و داروین که به صورت زیر محاسبه میشوند:
رابطهی (2)
رابطهی (3)
در روابط فوق SDT و SDD به ترتیب عبارتند از انحراف معیار فشار سطح دریا برای دو ایستگاه تاهیتی و داوروین[17]:
|
رابطهی (4) |
||
|
رابطهی (5) |
||
در این روابط N عبارت است از تعداد ماههای دوره آماری و در نهایت MSD در رابطهی (1) نیز عبارت است از انحراف معیار ماهانهی دریا بین دو ایستگاه تاهیتی و داروین در بلندمدت.
|
رابطهی (6) |
در صورتی که مقدار عددی شاخص SOI مثبت باشد، یعنی میزان فشار تاهیتی بالاتر از فشار داروین باشد، فاز سرد یا لانینا حاکم بوده و در صورتی که میزان فشار سطح دریا در موقعیت داروین بالاتر باشد، مقدار عددی شاخص SOI منفی شده و فاز گرم یا النینو حاکم است (علیجانی،141:1391).
برای تحلیل ارتباط بین شاخص نوسان جنوبی به عنوان مهمترین عوامل تغییرات آب و هوایی درون سالی (بعد از تغییرات آب‌وهوایی ناشی از جابجایی فصول سال) از تحلیل همبستگی پیرسون در سطح حداقل معنیداری، 99/0 (P_value = 0.01) استفاده گردید. در ادامه برای تبیین تفاوت معنیداری بین میزان دبی کشکانرود و سالهای با حاکمیت فاز گرم (النینو) و فاز سرد (لانینا)، ابتدا ماههای دارای همبستگی معنیدار با میزان دبی تفکیک و سپس از آزمون t-student مستقل دوطرفه[18] استفاده شد. همچنین برای مقایسه‌پذیر شدن دادههای دبی و شاخص انسو از آمارهی Z استاندارد استفاده گردید. در نهایت، جهت اثبات ارتباط موجود بین دادهها، نقشههای آنومالی ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 (برحسب متر)، بارش ماهانه (برحسب سانتیمتر در ماه) و دمای سطح دریا (برحسب درجهی سانتیگراد)، طی دو فاز مذکور ترسیم شده و بر روی آنها تحلیل انجام گرفت.
بحث و نتایج
در شکل (1) مجموع دبی سالانهی کشکانرود، طی دورهی آماری 1984 تا 2010 ارائه شده است. همانطور که مشاهده می‌گردد، بالاترین مقدار دبی مربوط به سال 1992 است. میزان دبی ثبت شده در این سال به 94 متر مکعب در ثانیه رسیده است؛ در حالی که در سال 1999 کمترین میزان دبی سالانهی ثبت شده برابر 5/20 متر مکعب در ثانیه بوده است.
شکل (2) میزان دبی سالانهی کشکان رود بر حسب متر مکعب در ثانیه
جهت تحلیل ارتباط شاخص نوسان جنوبی با دبی کشکانرود، ابتدا با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون، ارتباط دبی کشکان در ایستگاه هیدرومتری پلدختر در بازهی زمانی سالانه و ماهانه مورد واکاوی قرار گرفت (جدول 2). همانطور که مشاهده می‌گردد، میزان همبستگی دبی سالانه با تمامی ماههای سال منفی است. یعنی سالهایی که میزان دبی در آنها بالاتر بوده، در واقع سالهایی بوده‌اند که در آنها فاز گرم (النینو) حاکم بوده است؛ در حالی که در سالهای دارای مقادیر مثبت و بالای شاخص نوسان جنوبی (سالهای همراه با فاز سرد)، دبی سالانه پائینتر از متوسط سالانه بوده است. بر اساس جدول (2)، میزان همبستگی دبی سالانهی کشکان رود با شاخص نوسان جنوبی ماهانه، تنها در سه ماه، اکتبر، نوامبر و دسامبر معنیدار قوی است که به ترتیب برابر 57/0- ، 52/0- و 58/0- میباشد. در سایر ماهها، همبستگی معنیداری بین دبی و شاخص نوسان جنوبی مشاهده نگردید.
جدول (2) میزان همبستگی رخداد سالانهی دبی و شاخص ماهانهی نوسان جنوبی
|
Sig |
میزان همبستگی |
ماه |
|
001/0 |
-57/0 |
اکتبر |
|
003/0 |
-52/0 |
نوامبر |
|
001/0 |
-58/0 |
دسامبر |
برای آشکارسازی تفاوت معنیدار بین سری زمانی دبی در سالهای همراه با حاکمیت فاز گرم، نسبت به تعداد رخدادهای سالهای با حاکمیت فاز سرد، از آزمون T-student مستقل دو طرفه استفاده گردید. ابتدا دادههای مربوط به دبی بر اساس فازهای سرد و گرم ماههای اکتبر، نوامبر و دسامبر تفکیک شدند (جدول 3). بعد از تفکیک دادههای دبی سالانه بر اساس فازهای گرم و سرد، آزمون T-student مستقل دو طرفه بر روی دو سری تفکیک شدهی رخداد سالانهی دبی اجرا گردید تا مشخص شود که آیا دبی سالانهی کشکانرود با سالهای حاکمیت فاز گرم یا سرد تفاوت معنیداری باهم دارند یا خیر؟ تا بر اساس آن نتیجه گرفت که آیا این تفاوت ناشی از تأثیرگذاری شاخص نوسان جنوبی بوده است یا تفاوت بین آنها ناچیز و ناشی از تصادف بوده است؟
جدول (3) تفکیک رخداد سالانهی دبی کشکانرود طبق فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی در فصل پاییز
|
ماه دسامبر |
ماه نوامبر |
ماه اکتبر |
|||||||||
|
فاز سرد |
فاز گرم |
فاز سرد |
فاز گرم |
فاز سرد |
فاز گرم |
||||||
|
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
میزان دبی سالانه |
سال |
|
2/65 |
1985 |
66 |
1984 |
66 |
1984 |
2/65 |
1985 |
3/54 |
1986 |
66 |
1984 |
|
4/54 |
1988 |
3/54 |
1986 |
4/54 |
1988 |
3/54 |
1986 |
4/54 |
1988 |
2/65 |
1985 |
|
8/56 |
1993 |
5/76 |
1987 |
8/56 |
1993 |
5/76 |
1987 |
52 |
1989 |
5/76 |
1987 |
|
1/51 |
1996 |
52 |
1989 |
64 |
1995 |
52 |
1989 |
3/55 |
1990 |
7/96 |
1991 |
|
2/25 |
1998 |
3/55 |
1990 |
2/25 |
1998 |
3/55 |
1990 |
1/51 |
1996 |
94 |
1992 |
|
5/20 |
1999 |
7/96 |
1991 |
5/20 |
1999 |
7/96 |
1991 |
2/25 |
1998 |
8/56 |
1993 |
|
8/29 |
2000 |
94 |
1992 |
8/29 |
2000 |
94 |
1992 |
5/20 |
1999 |
3/75 |
1994 |
|
5/37 |
2003 |
3/75 |
1994 |
9/38 |
2001 |
3/75 |
1994 |
8/29 |
2000 |
64 |
1995 |
|
2/34 |
2005 |
64 |
1995 |
2/25 |
2007 |
1/51 |
1996 |
2/34 |
2005 |
65 |
1997 |
|
2/25 |
2007 |
65 |
1997 |
2/27 |
2008 |
65 |
1997 |
2/25 |
2007 |
9/38 |
2001 |
|
2/27 |
2008 |
9/38 |
2001 |
23 |
2010 |
9/29 |
2002 |
2/27 |
2008 |
9/29 |
2002 |
|
23 |
2010 |
9/29 |
2002 |
|
|
5/37 |
2003 |
23 |
2010 |
5/37 |
2003 |
|
|
|
5/37 |
2004 |
|
|
5/37 |
2004 |
|
|
5/37 |
2004 |
|
|
|
1/41 |
2006 |
|
|
2/34 |
2005 |
|
|
1/41 |
2006 |
|
|
|
28 |
2009 |
|
|
1/41 |
2006 |
|
|
28 |
2009 |
|
|
|
|
|
|
|
28 |
2009 |
|
|
|
|
شکلهای 2، 3 و 4 بررسی ارتباط سالانهی میزان دبی در کشکانرود و شاخص نوسان جنوبی در ماههای اکتبر، نوامبر و دسامبر را نشان میدهد. همانطور که مشاهده می‌گردد، میتوان ارتباط معکوسی را در هر سه ماه بین دو سری زمانی استاندارد شده (سری زمانی رخدادهای سالانهی دبی در کشکانرود، و سری زمانی مربوط به شاخص نوسان جنوبی) مشاهده کرد. به طوری که در سالهای با میزان دبی پائینتر از میانگین، مقادیر مثبت شاخص نوسان جنوبی یا فاز سرد (لانینا) حاکم بوده است در حالی که در سالهای با میزان دبی، بالاتر از میانگین، غالباً مقادیر منفی شاخص نوسان جنوبی یا فاز گرم (النینو) حاکم بوده است. همانطور که نتایج آزمون همبستگی نشان داد، رخدادهای سالانهی دبی کشکانرود، با شاخص نوسان جنوبی در ماههای اکتبر (شکل 3)، نوامبر (شکل 4) و دسامبر (شکل 5)، همبستگی معکوس و معنیداری را نشان داد ولی در سایر ماهها همبستگی معنیداری مشاهده نـگردید. با توجه به اشـکال (3 تا 5) مشخص معلوم میشود در سالهای با میزان دبی پائینتر از میانگین، مقادیر مثبت شاخص نوسان جنوبی یا فاز سرد (لانینا) حاکم بوده است. در حالی که در سالهای با میزان دبی بالاتر از میانگین غالباً مقادیر منفی شاخص نوسان جنوبی یا فاز گرم (النینو) حاکم بوده است. یا به عبارتی، هر زمان که مقدار شاخص انسو از متوسط خود بالاتر بوده، دبی کشکانرود بالاتر از متوسط سالانه خود قرار داشته است، و هر سال که مقدار شاخص نوسان جنوبی افزایش داشته، دبی کشکانرود با کاهش آبدهی مواجه بوده است.
شکل (3) ارتباط میزان دبی کشکانرود و فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی در ماه اکتبر
شکل (4) ارتباط میزان دبی کشکانرود و فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی در ماه نوامبر
شکل (5) ارتباط میزان دبی کشکانرود و فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی در ماه دسامبر
ماه اکتبر
در جدول (4) نتایج اجرای آزمون t-student مستقل دو طرفه روی سریهای میزان دبی تفکیک شده، بر اساس سالهای حاکمیت فازهای گرم و سرد انسو در ماه اکتبر آمده است. در ماه اکتبر، میزان آمارهی T محاسباتی برابر 9/8 میباشد، و خارج از دامنه T بحرانی که برابر 2± است و مقدار آمارهی معنیداری آزمون نیز برای ماه اکتبر برابر 0000001/0 میباشد، که در سطح اطمینان 99/0 (P_value = 0.01) معنیدار است و نشان میدهد دو سری تفکیک شده از رخدادهای سالانهی دبی که بر اساس فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی ماه اکتبر از هم تفکیک شدهاند، تفاوت معنیداری باهم دارند و نمی‌توان تفاوت بین آنها را تصادفی دانست.
جدول (4) نتایج آزمون T استویدنت مستقل دو طرفه در ماه اکتبر
|
|
T محاسباتی آزمون |
T بحرانی دو طرفه |
درجهی آزادی |
Sig دو طرفه |
|
ماه اکتبر |
9/8 |
2± |
25 |
00000001/0 |
همان طور که از نقشههای آنومالی ارتفاع ژئوپتانسیل سطح 500 میلیبار در ماه اکتبر پیداست، در طول حاکمیت فاز گرم انسو (ال نینو) ارتفاع کف کمفشار تشکیل شده بر بالای منطقهی مورد مطالعه 10 تا 12 متر از حالت عادی کمتر شده است. یعنی کمفشارتر (کمارتفاعتر) است. در این شرایط واگرایی در سطوح میانی جو تشدید شده و به تشـکیل ابر و تراکم بـخار آب و در نتیجه تشکیل سامانههای بارشـی با رطوبت بسیار میانجامد (شکل 6 الف). در نتیجه طی فاز گرم (النینو) بارش در حوضهی مورد مطالعه (حوضهی کشکان رود) بین 5/0 تا 5/1 سانتیمتر در ماه (بین 5 تا 15 میلیمتر) افزایش داشته است (شکل 6 ب). ولی در طی فعالیت سالهای فاز سرد، ارتفاع تراز میانی جو 25 متر بالاتر از حالت عادی شده است و جو منطقه پرفشارتر از حالت عادی خود میباشد. بنابـراین، در طی این شرایط کمفشار (کمارتفاع) ضعیفتر است و سامانهی بارشزا نیز تضعیف میشود (شکل 6 ج). در نتیجه همزمان با فعالیت فاز سرد (لانینا) بارش در این حوضهی آبخیز بین 5 تا 10 میلیمتر کمتر از میانگین بلندمدت خود بوده است (شکل 6 د).
بر اساس آمار بلندمدت، دمای سطح دریا در حوالی سواحل غربی آمریکای جنوبی در بلندمدت در ماه اکتبر حداکثر 24 درجه سانتیگراد است. همانطور که نقشه آنومالی دمای سطح دریا در طی سالهای حاکمیت فاز گرم انسو به خوبی نشان میدهد، دمای سطح آب در سواحل غربی آمریکای جنوبی حدود 5/3 تا 4 درجه بالاتر از حالت نرمال (شکل 6 ر) و در طول فعالیت فاز سرد، دمای سطح دریا در این سواحل بین 5/1 تا 2 درجه سانتیگراد سردتر از دمای نرمال خود در بلندمدت رسیده که ارتباط معناداری با میزان بارش منطقهی مورد مطالعه نشان میدهد (شکل 6 ز). یعنی با افزایش دمای سطح آب در سواحل آمریکای جنوبی، مقدار بارش نیز افزایش یافته و با کاهش دمای سطح دریا، بارش نیز روند نزولی داشته که به دنبال آن میزان آبدهی کشکان رود نیز با کاهش مواجه شده است.
شکل (6 الف) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز گرم در ماه اکتبر (برحسب متر)
شکل (6 ب) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز گرم در ماه اکتبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (6 ج) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز سرد در ماه اکتبر (بر حسب متر)
شکل (6 د) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز سرد در ماه اکتبر(برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (6 ر) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز گرم در ماه اکتبر
شکل (6 ز) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز سرد در ماه اکتبر
ماه نوامبر
طبق نتایج اجرای آزمون t-student مستقل دوطرفه بر روی سریهای میزان دبی تفکیک شده طی سالهای حاکمیت فازهای گرم و سرد انسو در ماه نوامبر، میزان آمارهی T محاسباتی برابر 8 است و خارج از دامنه T بحرانی که برابر 2/2± است. مقدار آمارهی معنیداری آزمون نیز برای ماه نوامبر، برابر با 00000001/0 میباشد که در سطح اطمینان 99/0 (P_value = 0.01) معنیدار است و بیانگر تفاوت معنیدار دو سری تفکیک شده از رخدادهای سالانهی دبی است که بر اساس فازهای گرم و سرد شاخص نوسان جنوبی ماه نوامبر از هم تفکیک شدهاند و نمی‌توان تفاوت بین آنها را تصادفی دانست.
جدول (5) نتایج آزمون T استیودنت مستقل دو طرفه در ماه نوامبر
|
|
T محاسباتی آزمون |
T بحرانی دو طرفه |
درجهی آزادی |
Sig دو طرفه |
|
ماه نوامبر |
8 |
2/2± |
25 |
00000001/0 |
با توجه به نقشههای آنومالی ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 میلیبار در ماه نوامبر، در طول فعالیت فاز گرم انسو (ال نینو)، ارتفاع تراز میانی جو در بالای منطقهی مورد مطالعه 25 متر از حالت نرمال خود پایینتر بوده است. یعنی اتمسفر منطقهی مورد مطالعه کمفشارتر (کمارتفاعتر) از ماه اکتبر بوده است. در نتیجه واگرایی در سطوح میانی جو قویتر و جو ناپایدار شده و به تشکیل ابر و تراکم بخار آب و در نتیجه تشکیل سامانههای بارشی با رطوبت بسیار میانجامد (شکل 7الف). بنابراین، همراه با فاز گرم (النینو) بارش در حوضهی مورد مطالعه نیز بین 2 تا 4 سانتی متر در ماه (بین 20 تا 40 میلیمتر) افزایش داشته است (شکل 7ب). ولی در طی فعالیت سالهای فاز سرد، ارتفاع تراز میانی جو 12 متر بالاتر از حالت عادی شده و جو منطقه پرفشارتر از حالت عادی خود است. بنابراین در طی این شرایط، کمفشار (کمارتفاع) ضعیفتر و سامانهی بارشزا نیز تضعیف میشود (شکل 7 ج). در نتیجه همزمان با فعالیت فاز سرد (لانینا) بارش در این حوضهی آبخیز بین 10 تا 20 میلی متر کمتر از میانگین بلند مدت خود بوده است (شکل 7 د). در نتیجه رودخانهی کشکان نیز با کاهش دبی مواجه بوده است.
در ماه نوامبر دمای بلندمدت سطح دریا در حوالی سواحل پرو و شیلی حداکثر 22 درجه سانتیگراد است. با توجه به نقشهی آنومالی SST در این ماه، طی سالهای با حاکمیت فاز گرم انسو، دمای سطح آب در سواحل غربی آمریکای جنوبی حدود 4 تا 5 درجه بالاتر از حالت نرمال (شکل 7 ر) و در طول فعالیت فاز سرد، دمای سطح دریا در این سواحل بین 1 تا 5/1 درجه سانتیگراد سردتر از دمای نرمال خود در بلندمدت رسیده که نشاندهندهی ارتباط معنادار با میزان بارش منطقهی مورد مطالعه است (شکل 7 ز). با افزایش دمای سطح دریا در سواحل شرقی آرام استوایی، مقدار بارش نیز افزایش یافته و با کاهش مقدار SST ، بارشها نیز با کاهش شدید مواجه شدهاند.
شکل (7 الف) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز گرم در ماه نوامبر(بر حسب متر)
شکل ( 7 ب) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز گرم در ماه نوامبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (7 ج) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز سرد در ماه نوامبر (بر حسب متر)
شکل (7 د) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز سرد در ماه نوامبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
.
شکل ( 7 ر) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز گرم در ماه نوامبر
شکل ( 7 ز) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز سرد در ماه نوامبر
ماه دسامبر
در ماه دسامبر شرایط به گونه‌ای است که میزان T محاسبانی آزمون برابر 4/7 میباشد. این مقدار مورد محاسبه خارج از دامنهی دو طرفه T بحرانی که برابر 1/2± میباشد، قرار گرفته است. آمارهی معنیداری نیز برابر با 00000004/0 است و در سطح اطمینان 99/0 تفاوت معنیداری بین دو سری تفکیک شده بر اساس فازهای سرد و گرم ماه دسامبر نشان میدهد.
جدول (6) نتایج آزمون T استویدنت مستقل دو طرفه در ماه دسامبر
|
|
T محاسباتی آزمون |
T بحرانی دو طرفه |
درجهی آزادی |
Sig دو طرفه |
|
ماه دسامبر |
4/7 |
1/2± |
17 |
00000004/0 |
با توجه به نقشههای آنومالی ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال طی ماه دسامبر، در مدت فعالیت فاز گرم انسو (ال نینو) ارتفاع ژئوپتانسیل تراز میانی جو در محدودهی حوضهی کشکانرود از حالت نرمال خود 25 تا 30 متر پایینتر بوده است. یعنی اتمسفر منطقهی مورد مطالعه کمفشارتر (کمارتفاعتر) از ماه اکتبر بوده است، در نتیجه سامانههای بارشی به راحتی وارد منطقه شده و با خود رطوبت بسیار به همراه آورده است و واگرایی نیز در این تراز اتمسفر شدیدتر و فعالتر شده است (شکل 8 الف). با کاهش ارتفاع تراز میانی جو طی فاز گرم (النینو)، بارش در حوضهی مورد مطالعه نیز بین 15 تا 30 میلیمتر (5/1 تا 3 سانتیمتر در ماه) افزایش یافته است (شکل 8 ب). ولی در طی سالهای با حاکمیت فاز سرد، ارتفاع تراز میانی جو 45 متر بیشتر از حالت عادی است. در نتیجه جو منطقه پرفشارتر از حالت عادی خود بوده است. بنابراین با وجود این شرایط، کمفشار (کمارتفاع) ضعیفتر و جو حالت پایدارتری داشته و سامانهی بارشزا نیز تضعیف میشوند (شکل 8 ج). با این وجود همزمان با فعالیت فاز سرد (لانینا)، بارش در این حوضهی آبخیز بین 5 تا 15 میلیمتر کمتر از حالت نرمال میانگین خود بوده است (شکل 8 د). در نتیجه میزان آبدهی کشکانرود نیز کاهش یافته است.
در ماه دسامبر دمای بلندمدت سطح دریا در سواحل شرقی اقیانوس آرام استوایی (حوالی سواحل پرو و شیلی) حداکثر 21 درجه سانتیگراد است. با توجه به نقشه آنومالی SST در این مدت زمان، طی سالهای با حاکمیت فاز گرم انسو، دمای سطح آب در سواحل غربی آمریکای جنوبی حدود 3 درجه بالاتر از حالت نرمال (شکل 8 ر) و در طول حکمیت فاز سرد در این منطقه، دمای سطح دریا بین 5/1 تا 5/2 درجهی سانتیگراد از دمای نرمال خود در بلند مدت کمتر است که ارتباط معناداری با میزان بارش منطقهی مورد مطالعه دارد (شکل 8 ز). با افزایش مقدار SST در سواحل غربی آمریکای جنوبی، مقدار بارش نیز افزایش داشته و با کاهش مقدار SST ، بارشها نیز با کاهش شدیدی مواجه شدهاند.
شکل (8 الف) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز گرم در ماه دسامبر(بر حسب متر)
شکل (8 ب) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز گرم در ماه دسامبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (8 ج) آنومالی ارتفاع ژئو پتانسیل طی فاز سرد در ماه دسامبر (بر حسب متر)
شکل (8 د) آنومالی بارش بلند مدت ماهانه طی فاز سرد در ماه دسامبر (برحسب سانتیمتر در ماه)
شکل (8 ر) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز گرم در ماه دسامبر
شکل (8 ز) آنومالی دمای سطح دریا طی فاز سرد در ماه دسامبر
نتیجه‌گیری
در این پژوهش ارتباط شاخص جوی-اقیانوسی ENSO با دبی کشکانرود در غرب ایران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیق گویای آن بود که مقدار دبی سالانه کشکانرود در سه ماه اکتبر، نوامبر و دسامبر ارتباط معنیدار بالایی با شاخص نوسان جنوبی دارند و در سایر ماهها این ارتباط یا ضعیف بوده و یا رابطهی معنیداری مشاهده نگردید. مقایسهی ضرایب همبستگی و سطح معناداری این دو نوع داده مبین این واقعیت است که بین تغییرات پدیدهی کلانمقیاس گردش جوی-اقیانوسی انسو با دبی کشکانرود در فصل پاییز ارتباط و همزمـانی وجـود دارد و تغییـرات مذکور که از طریق شاخصهای فشار سطح اقیانوس آرام دیدهبانی شدهاند، کمابیش موجـب نوسـانهای افزایش در فاز گرم و کاهش در فاز سرد در دبی کشکانرود میشوند. با ارزیابی همبستگی بین دبی پاییزهی کشکانرود و ENSO معلوم گردید که ضرایب همبستگی، ارتباط بین شاخص نوسانات جنوبی و دبی کشکانرود در فصل پاییز را تأیید میکند. میزان دبی پاییزه در سه ماه اکتبر، نوامبر و دسامبر (فصل پاییز) بیش از سایر ماهها متأثر از ENSO میباشد. نتایج اجرای آزمون t مستقل دو طرفه بر روی دو سری دبی سالانهی تفکیک شده بر اساس فازهای گرم و سرد انسو در ماههای اکتبر، نوامبر و دسامبر گویای آن بود که در این سه ماه، ضرائب همبستگی از سطح اعتماد کافی برخوردار بودند؛ به طوری که وقوع پدیدهی النینو و لانینا در 35 درصد موارد طی این دو ماه باعث افزایش متوسط دبی رودخانهی کشکان میشود. همچنین احتمال وقوع خشکسالی هیدرولوژیکی در دوران النینو کمتر و در دوران لانینا بیشتر از دوران پایه است.
نتایج تحلیل سینوپتیک نقش انسو در دبی کشکان رود گویای آن بود که فاز گرم انسو یعنی النینو، خصوصاً در پائیز برای اکثر نواحی ایران به خصوص غرب کشور افزایش بارش را به همراه داشته و غالب خشکسالی‌های این منطقه، توأم با فاز سرد انسو یعنی لانینا بوده است. بنابر این میتوان گفت در شرایط فاز گرم انسو یعنی در سالهایی که النینو حاکم است، بارشهای پاییزهی حوضهی کشکان رود حدود 26 درصد افزایش داشته است که به تبع آن دبی نیز افزایش نشان میدهد.
ولی در طی حاکمیت فاز سرد انسو (لانینا) بارشهای پاییزه در منطقهی مورد مطالعه حدود 5/10 درصد کمتر از حالت نرمال است. علت افزایش بارش، انتقال پرفـشارهای جنب حارهای خاورمیانه بـه عرضهای پـایینتر و امکـان نفـوذ مـوج بادهای غربی به منطقهی مورد مطالعه با شروع فاز گرم انسو است.
نتایج تحقیقات انجام شده در سطح جهان نشان داد که ارتباط تنگاتنگی بین الگوهای گردشی بـزرگ مقیـاس اقلیمی و جریان رودخانهها وجود دارد. البته این نقش در مناطق مختلف جهان متفاوت است. به عنوان مثال نقش انسو در قارهی آفریقا دقیقاً عکس اثر این پدیده در ایران، اروپا و آمریکا است. در آفریقا آبتیو و همکاران (2009)، با بررسی ارتباط ال نینو - نوسانات جنوبی با هیدرولوژی حوضهی رودخانهی نیل آبی دریافتند که بارش و جریان بالا در طول لانینا و سالهای خشک در مواقع ال نینو رخ میدهد. همچنین در قارهی آمریکا توین و همکاران (2005)، اثر ال نینو - نوسان جنوبی در تعادل آب و جریان در حوضهی رودخانهی می سی سی پی را بررسی و نشان دادند که در طی فاز سرد انسو، میزان دبی این رودخانه با کاهش مواجه شده ولی در طی فاز گرم، دبی روندی افزیشی را تجربه کرده است. تقریباً نتیجهی تمامی تحقیقات انجام شده دربارهی تأثیر نقش انسو در شرایط آب و هوایی ایران، مؤید این نکته است که فاز گرم انسو یعنی النینو، به ویژه در پائیز برای اکثر نواحی ایران افزایش بارش را به همراه داشته و غالب خشکسالی‌های ایران، توأم با فاز سرد انسو یعنی لانینا بوده است. بنابر این میتوان گفت در شرایط فاز گرم انسو یعنی در سالهایی که النینو حاکم است، بارشهای پاییزهی ایران افزایش پیدا کرده و تبع آن دبی رودها نیز افزایش مییابد.
[1]- Elnino/Southern Oscillation (ENSO)
[2]- Interannual
[3]- Bezirtzoglou et al,
[4]- Sari Kovats
[6]- Salt
[7]- Twein et al.,
[8]- Abtew et al.,
[9]- Massei et al.,
[10]- Sen River
[11]- Sen
[12]- Okonkwo
[13]- Ward
[14]- Sea Level Pressure(SLP).
[16]- Ropelewski and Jones (1987)
[17]- Standard Deviation Tahiti(SDT) & Standard Deviation Darwin (SDD).
[18]- Two-Tail Independent T-Test
)