همپوشانی دوره تناوب شاخص نوسان اطلس شمالی (NAO) با دوره تناوب خشکسالی‌ها و ترسالی‌های ایران

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 استادیار اقلیم شناسی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد اقلیم شناسی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 استادیار آمار، گروه آمار، دانشکده ریاضی، آمار و علوم کامپیوتر، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

چکیده

در این پژوهش برای آشکارسازی دوره تناوب خشکسالی­ها و ترسالی­های ایران و انطباق زمانی آنها با چرخه­های الگوی پیوند از دور شاخص نوسان اقیانوس اطلس شمالی (NAO) از دو مجموعه داده شامل داده­های مربوط به بارش ماهانه 63 ایستگاه هواشناسی همدید سازمان هواشناسی ایران طی بازه زمانی 1988 تا 2015 و مقادیر شاخص NAO در همان بازه زمانی متعلق به پایگاه داده­های مرکز ملی پیش­بینی محیطی- مرکز ملی پژوهش­های جوی NCEP/NCAR وابسته به سازمان پژوهش­های جوی و اقیانوسی ایالات متحده- استفاده شد. برای محاسبه و شناسایی خشکسالی­ها و ترسالی­های ایستگاه­های مورد مطالعه نیز از شاخص بارش استاندارد­شده (SPI) استفاده شد. با محاسبه شاخص SPI برای تمامی ایستگاه­های مورد مطالعه در یک مقیاس ماهانه، سری­های زمانی آنها در مقیاس ایستگاهی و مقیاس منطقه‌ای به تفکیک، برای تمامی ماه­های مورد مطالعه تهیه و تنظیم شد. علاوه­بر این دو سری زمانی، سری­های زمانی شاخص NAO نیز برای همان ماه­ها تهیه شدند. درنهایت، برای شناسایی دوره­های غالب موجود در سری­های زمانی مورد نظر از تحلیل طیفی به روش فوریه استفاده شد. نتایج تحلیل طیفی سری­های زمانی شاخص NAO نشان داد که در هر ماه، دوره­های تناوب مختلفی از دوره تناوب­های کوتاه­مدت تا دوره تناوب­های بلندمدت وجود دارد به­طوری­که بیشترین فراوانی با دوره­های تناوب کوتاه­مدت (کمتر از 10 سال) است. در انطباق این دوره­ها با دوره­های مربوط به خشکسالی­ها و ترسالی­های ایستگاه­های مورد مطالعه مشاهده شد که به استثناء ماه می، در بقیه ماه­ها بیش از 65 درصد ایستگاه­ها دست‌کم یک دوره تناوب یکسان با دوره­های تناوب شاخص NAO داشتند که می­تواند بیانگر ارتباط و اثرگذاری این نوسان اقلیمی بر شرایط وقوع خشکسالی­ها و ترسالی­های ایران باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Overlap of North Atlantic Oscillation (NAO) periodicities with periodicities of droughts and wet years of Iran

نویسندگان [English]

  • Peyman Mahmoudi 1
  • Samira Razmjoo 2
  • Seyed Mahdi Amir Jahanshahi 3
1 Assistant Professor Faculty of Geography and Environmental Planning, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 MSc, Faculty of Geography and Environmental Planning, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 Assistant Professor Faculty of Mathematics, Statistics and Computer Science, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

In this research, in order to explain the drought and wet year periods of Iran and their time overlap with teleconnection cycles of North Atlantic Oscillation (NAO), two sets of data were used. The first set is the data related to monthly precipitation of 63 synoptic weather stations of Iran during 1988-2015, obtained from Iranian Meteorology Organization, and the second one is the values of North Atlantic Oscillation index for the same period obtained from National Center of Environmental/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) affiliated with US National Oceanic and Atmospheric Administration (NASA). Moreover, Standardized Precipitation Index (SPI) was used to calculate and identify the droughts and wet years of studied stations. By calculation of SPI for all studied stations in a monthly scale, their time scales were prepared and set separately for all the studied months, in station scale and regional scale. In addition to these two time series, the North Atlantic Oscillations were also obtained for these months. Finally, in order to identify the dominant periods existing in the time series, the spectral analysis was done using Fourier method. The results of spectral analysis on NAO time series show that in each month, different periods from short periods to long periods are observable and the most dominance is related to short periods (less than 10 years). Investigation of the overlap of these periods with periods related to droughts and wet years of Iran in studied stations shows that except May, more than 65% of stations had at least one period identical to that of NAO. This can indicate the effectiveness of this climate fluctuation on conditions of droughts and wet years happening in Iran.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spectral analysis
  • Wet year
  • Drought
  • North Atlantic oscillation
آلونسو، م.، فین، ا. جی.، 1369، فیزیک عمومی، جلد اول (مکانیک)، ترجمه لطیف کاشیگر، تهران: مرکز نشر دانشگاهی.
بزرگ­نیا، س. ا.، خرمی، م.، 1386، تجزیه و تحلیل سری‌های زمانی با نرم‌افزار MINITAB 14: انتشارات سخن­گستر، تهران.
بلیانی، ی.، فاضل­نیا، غ. و بیات، ع.، 1391، تحلیل و مدل­سازی دمای سالانه شهر شیراز با استفاده از مدل ARIMA: فضای جغرافیایی، 12(38)، 127-144.
بهبودیان، ج.، 1381، روش­های ناپارامتری: انتشارات دانشگاه پیام نور، تهران.
تقوی، ف.، ناصری، م.، بیات، ب.، متولیان، س.، آزادی فرد، د.، 1390، تعیین الگوهای رفتار اقلیم در مناطق مختلف ایران بر اساس تحلیل طیفی و خوشه­بندی مقادیر حدی بارش و دما: پژوهش­های جغرافیای طبیعی، 43 (77)، 104-109.
تقوی، ف.، نیستانی، ا.، محمدی، ح.، رستمی جلیلیان، ش.، 1389، کاربرد تحلیل موجک در شناسایی رفتار بارش در مناطق غربی ایران: مجله ژئوفیزیک ایران، 5(4)، 13-30.
خورشید­دوست، م. ع.، قویدل رحیمی، ی.، صنیعی، ر.، یساری، ط.، نوری، ح.، 1386، تحلیل نقش پدیده NAO در نوسانات سالانه بارش حوضه آبریز دریاچه ارومیه: فصلنامه فضای جغرافیایی، 7 (19)، 63-87.
خوش­اخلاق، ف.، قنبری، ن.، معصوم­پور سماکوش، ج.، 1387، مطالعه اثرات نوسان اطلس شمالی بر رژیم بارش و دمای سواحل جنوبی دریای خزر: فصلنامه پژوهش­های جغرافیای طبیعی، 40 (66)، 57-70.
خوشرو، ع.، گندمکار، ا.، حاجیان، ع.، 1395، مطالعه روند تغییرات دمای حداکثر در ایران مرکزی طی نیم قرن گذشته و رابطه آن با نوسان اقیانوس اطلس شمالی وجنوبی: فصلنامه جغرافیا (برنامه­ریزی منطقه‌ای)، 6 (3)، 19-34.
دانشمند، ح.، محمودی، پ، 1395، تحلیل طیفی خشکسالی­های ایران: مجله ژئوفیزیک ایران، 10(4)، 28-47.
رضائی، م.، قویدل رحیمی، ی.، 1395، واکاوی اثر الگوهای پیوند از دور نوسان اطلس شمالی و مدیترانه بر تغییرات ابرناکی زمستانه ایران: مجله پژوهش­های دانش زمین، 7 (1)، 1-15.
رضائیان، م.، محب الحجه، ع.، احمدی گیوی، ف.، نصر اصفهانی، م. ع.، 1393، تحلیل آماری- دینامیکی رابطه بین مسیر توفان مدیترانه و نوسان اطلس شمالی بر مبنای فرایافت فعالیت موج: فصلنامه فیزیک زمین و فضا،40 (2)، 139-152.
رضیئی، ت.، عزیزی، ق، 1388، شناخت مناطق همگن بارشی در غرب ایران: مجله جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، 20 (2)، 65-86.
صلاحی، ب.، حاجی­زاده، ز.، 1392، تحلیلی بر رابطه زمانی نوسان اطلس شمالی و شاخص­های دمای سطحی اقیانوس اطلس با تغییرپذیری بارش و دمای استان لرستان: فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 28 (3)، 119-130.
عالم­زاده، ش.، احمدی گیوی، ف.، محب­الحجه، ع.، نصر اصفهانی، م. ع.، 1392. تحلیل دینامیکی– آماری اثر متقابل نوسان اطلس شمالی (NAO) و نوسان مادن- جولیان(MJO): مجله ژئوفیزیک ایران، 7 (4)، 64-81.
عساکره، ح.، 1388، تحلیل طیفی سری­های زمانی دمای سالانه تبریز: فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 24 (3)، 33-50.
عساکره، ح.، 1389، تحلیل چرخه­های میانگین دمای سالانه شهر زنجان: جغرافیا و توسعه، 8 (19)، 11-24.
عساکره، ح.، خوش­اخلاق، م.، شاه محمدی، ز.، 1395، استخراج الگوهای همدید توأم با فاز مثبت نوسانات اطلس شمالی(NAO)  و تأثیر آن بر بارش زمستانه ایران: نشریه هیدروژئومورفولوژی، 3 (9)، 113-137.
عساکره، ح.، رزمی، ر.، 1391، تحلیل تغییرات بارش سالانه شمال غرب ایران: مجله جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، 23 (3)، 147-162.
غیور، ح.، عساکره، ح.، 1384، کاربرد مدل­های فوریه در برآورد دمای ماهانه و آینده­نگری آن، مطالعه موردی: دمای مشهد: فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 2 (77)، 83-99.
فتاحی، ا.، نوحی، ک.، دلاور، م.، 1388، بررسی سطح پوشش برف حوضه­های جنوب غربی ایران در ارتباط با سیگنال­های اقلیمی: فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 4 (95)، 109-131.
کارت رایت، م.، 1382، روش‌های فوریه برای مهندسان و محققان، ترجمه محمد جهانشاهی و حمیدرضا خاتمی: انتشارات دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، چاپ اول.
کرم­پور، م.، نصیری، ب.، مریانجی، ز.، غلامی، پ.، مرادی، خ.، بساطی، س.، 1394، واکاوی آماری موج گرمایی و دماهای گرانگین بیشینه کرمانشاه و ارتباط آن با نوسان اطلس شمالی: نشریه جغرافیا و مخاطرات محیطی، 4 (13)، 59-76.
محمودی، پ.،و دانشمند، ح، 1397، کاربرد تحلیل موجک در شناسایی رفتار دوره‌ای خشکسالی­های ایران: مجله جغرافیا و مخاطرات محیطی، 7 (1)، 153-168.
مرتضی­پور، س.، احمدی گیوی، ف.، محب­الحجه، ع.، نصر اصفهانی، م. ع.، 1395، ارزیابی اثر بسته موج­های کژفشار اقیانوس اطلس شمالی بر مسیر توفان دریای مدیترانه در زمستان 2011-2012: مجله ژئوفیزیک ایران،10 (2)، 1-14.
مرتینز، آ.، 1380، آنالیز سیگنال (ویولت، فیلتر بانک، تبدیل­های زمان بسامد و کاربرد آنها)، ترجمه محمدحسن مرادی: انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، چاپ اول.
مسعودیان، س. ا.، 1387، ارتباط نوسان اطلس شمالی با بارش ایران: فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 23 (4)، 3-19.
نصر اصفهانی، م. ع.، احمدی گیوی، ف.، محب­الحجه، ع.، 1389، بررسی انرژتیک ارتباط نوسان اطلس شمالی (NAO) و گردش بزرگ مقیاس وردسپهر در جنوب غرب آسیا: فصلنامه فیزیک زمین و فضا، 36 (3)، 131-151.
نصر اصفهانی، م. ع.، احمدی گیوی، ف.، محب­الحجه، ع.، 1392، شبیه­سازی عددی نوسان اطلس شمالی (NAO) و آثار آن در جنوب غرب آسیا: فصلنامه فیزیک زمین و فضا، 39 (3)، 145-158.
 
Barnett, T. P., 1985, Variations in near-global sea level pressure: Journal of Atmospheric Sciences, 42, 478-501.
Barnston, A. G., and Livezey, R. E., 1987, Classification, seasonality and persistence of low frequency atmospheric circulation patterns: Monthly Weather Review, 115(6), 1083-1126.
Bretherton, C. S., and Battisti, D. S., 2000, An interpretation of the results from atmospheric general circulation models forced by the time history of the observed sea surface temperature distribution: Geophysical Research Letters, 27(6), 767-770.
Byun, H. I., Lee, S. J., Morid, S., Choi, K. S., Lee, S. M., and Kim, D. W., 2008, Study on the periodicities of droughts in Korea: Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences, 44(4), 417-441.
Daneshmand, H., and Mahmoudi, P., 2017, Estimation and assessment of temporal stability of periodicities of droughts in Iran: Water Resource Management, 31(11), 3413-3426.
D¢Arrigo, R., Vilallba, R., Wiles, G., 2001, Tree-ring estimates of Pacific decadal climate variability: Climate Dynamics, 18(3-4), 219-224.
Dippner, J. W., 1997a, SST anomalies in the North Sea in relation to the North Atlantic Oscillation and the influence on the theoretical spawning time of fish: Deutsche  
 
       Hydrografische Zeitschrift, 49, 267-275.
Dippner, J. W., 1997b, Recruitment success of different fish stocks in the North Sea in relation to climate variability: Deutsche Hydrografische Zeitschrift, 49(2-3), 277-293.
Griffies, S., and Bryan, K., 1996, Predictability of North Atlantic multidecadal climate variability: Science, 275, 181-184.
Hegge, G. M., 1996, Spectral analysis of geomorphic time series: Auto-Spectrum: Earth Surface Processes and Landforms, 21(11), 1021-1040.
Hurrell, J. W., 1995, Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: Regional temperatures and precipitation: Science, 269, 676-679.
Hurrell, J. W., 1996. Influence of variations in extratropical wintertime teleconnections on Northern Hemisphere temperature: Geophysical Research Letters, 23(6), 665-668.
Kirkyla, K. I., and Hameed, H., 1989, Harmonic analysis of the seasonal cycle in precipitation over the United States: A comparison between observations and a general circulation model: Journal of Climate, 2(12), 1463–1475.
Kushnir, Y., 1999, Europe's winter prospects: Nature, 398, 289-291.
Lana, X., and Burgueno, A., 2000, Statistical distribution and spectral analysis of rainfall anomalies for Barcelona (NE Spain): Theoretical and Applied Climatology, 66(3-4), 211-227.
Livada, I., Charalambous, M., and Assimakopoulos, N., 2008, Spatial and temporal study of precipitation characteristics over Greece: Theoretical and Applied Climatology, 93(1-2), 45-55.
Loewe, F., 1937, A period of warm winters in western Greenland and the temperature seesaw between western Greenland and central Europe: Quarterly Journal of Royal Meteorological Society, 63(271), 365-372.
Mann, K. H., and Drinkwater, K., 1994, Environmental influences on fish and shellfish production in the Northwest Atlantic: Environmental Reviews, 2(1), 16-32.
McKee, T. B., Doesken., N. J., Kleist, J., 1993, The relationship of drought frequency and duration to time scales: 8th conference on Applied Climatology, 17-22 January, Anaheim, USA.
McKee, T. B., Doesken., N. J., Kleist, J., 1995, Drought monitoring with multiple time scales: in 9th AMS conference on Applied Climatology, 15-20 January, Dallas, USA.
Mertz, G., and Myers, R. A., 1994, The ecological impact of the Great salinity anomaly in the northern North-west Atlantic: Fisheries Oceanography, 3(1), 1-14.
Rogers, J. C., 1984, The association between the North Atlantic Oscillation and the Southern Oscillation in the Northern Hemisphere: Monthly Weather Review, 112(10), 1999-2015.
Rogers, J. C., 1990, Patterns of low frequency monthly sea level pressure variability (1899-1996) and associated wave cyclone frequencies: Journal of Climate, 3(12), 1364-1379.
Spangenberg, A., and Bredemeier, M., 1999, Applications of spectral analysis to meteorological and soil solution chemistry data: Chemosphere, 39(10), 1651-1665.
Van Loon, H., and Rogers, J. C., 1978, The seesaw in winter temperatures between Greenland and northern Europe. Part I: General description: Monthly Weather Review, 106(3), 296-310.
Walker, G. T., 1924, Correlations in seasonal variations of weather IX: Memoirs of the Indian Meteorological Department, 24(9), 275-332.
Walker, G. T., and Bliss, E. W., 1932, World weather V: Memoirs of the Royal Meteorological Society, 4(36), 53-84.
Wallace, J. M, and Gutzler, D. S., 1981, Teleconnections in the geopotential height field during the northern hemisphere winter: Monthly Weather Review, 109(4), 784-812.
Yun-Ju, J., and Lee, J. Y., 2010, Time series aAnalysis of hydrologic data obtained from a man-made undersea LPG Cavern: Engineering Geology, 113(1-4), 70-80.
Sorey, M. L., Vicki, S., McConnell, and Roeloffs, E., 2003, Summary of recent research in Long Valley caldera, California: Journal of volcanology and geothermal research, 127(3-4), 165-173. ‎Stein, R., 1999, The role of stress transfer in earthquake occurrence: Nature, 402, 605-609.
Van Der Wel, A., et al., 2014, 3D-HST+ CANDELS: the evolution of the galaxy size-mass distribution since z= 3: The Astrophysical Journal, 788(1), 28.
Wakita, H., 1975, Water wells as possible indicators of tectonic strain: Science, 189(4202), 553-555.
Wang, J., Agrawala, M., and Cohen, M. F., 2007, Soft scissors: an interactive tool for realtime high quality matting: in ACM Transactions on Graphics(TOG), 26(3), 9.
Wang, C. Y. and Chia, Y., 2008, Mechanism of water level changes during earthquakes: Near field versus intermediate field:Geophysical Research Letters, 35(12), 1-5.
Wang, L., Feng, Z., Wang, X., and Zhang, X., 2009, DEGseq: an R package for identifying differentially expressed genes from RNA-seq data: Bioinformatics, 26(1), 136-138.
Wang, C. Y., and Manga, M., 2010, Hydrologic responses to earthquakes and a general metric:Geofluids, 10(1‐2), 206-216.
Xiaolong, S., Yaowei, L., and Hongwei, R., 2011, Influence of the 2011 Mw9.0 Japan earthquake on groundwater levels in Chinese mainland: Geodesy and Geodynamics, 2(4), 33-39.
Zhang, Y., Fu, L. Y., Huang, F., and Chen, X., 2015, Coseismic water-level changes in a well induced by teleseismic waves from three large earthquakes: Tectonophysics, 651-652, 232-241.