ارزیابی عملکرد مدل‌های تبخیر و تعرق پتانسیل و کاربرد مدل‌های بهینه در پایش خشکسالی با شاخص RDI در اقلیم‌های مختلف ایران

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 پژوهشگر پسادکتری، گروه جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 کارشناسی جغرافیا، گروه جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

خشکسالی یکی از مهم‌ترین پدیده‌های اقلیمی است که هر ساله خسارات قابل‌توجهی در مناطق مختلف جهان ایجاد می‌کند. بررسی دقیق خشکسالی و شاخص‌های مرتبط با آن می‌تواند اطلاعات ارزشمندی برای برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب فراهم سازد. در این پژوهش، عملکرد 9 مدل تبخیر و تعرق پتانسیل (PET) و تأثیر آن‌ها بر شاخص خشکسالی RDI در ایران طی دوره 2020–1991 مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور، داده‌های 12 ایستگاه همدید نماینده 9 گروه اقلیمی ایران شامل اقلیم‌ نیمه‌بیابانی گرم (BSh)، نیمه‌بیابانی سرد (BSk)، بیابانی گرم (BWh)، بیابانی سرد (BWk)، معتدل پر باران با تابستان‌های گرم (Cfa)، معتدل پر باران با تابستان‌های بسیار گرم (Csa)، معتدل با تابستان‌های گرم (Csb)، برفی با تابستان‌های بسیار گرم (Dsa) و برفی با تابستان‌های گرم (Dsb) استفاده شد. دقت مدل‌ها با معیارهای RMSE، MAE، R² و d در مقیاس روزانه و ماهانه ارزیابی و مدل بهینه هر اقلیم برای محاسبه شاخص‌های RDI-6 و RDI-12 به‌کار رفت. نتایج نشان داد که عملکرد مدل‌های PET در اقلیم‌های مختلف متفاوت است؛ برای مثال، مدل دروگرز-آلن در مقیاس روزانه در اقلیم‌های BSk (تبریز و مشهد) وDsb (آبعلی) به‌ترتیب با RMSE برابر 12/0، 03/1 و 81/0 میلی‌متر در روز و ضریب توافق (d) بالای 95/0 بهترین عملکرد را داشت، اما در اقلیم‌هایBSh و Csa به‌ترتیب با RMSE برابر 51/1 و 75/1 کمترین دقت را نشان داد. در بین مدل‌های مبتنی بر دما، مدل بلانی-کریدل در 5 ایستگاه (با RMSE بین 27/0 تا 57/1) دقیق‌ترین برآورد را ارائه کرد. در میان مدل‌های تابشی، مدل ایرماک در هفت اقلیم از ۹ اقلیم مورد مطالعه بهترین نتایج را داشت، اما در اقلیم Csb (با RMSE برابر 54/9) عملکرد آن ضعیف بود. همچنین، شاخص RDI–12 به‌علت کاهش نوسانات کوتاه‌مدت و اثرپذیری کمتر از تغییرات فصلی، مناسب‌ترین مقیاس زمانی برای پایش خشکسالی و ترسالی در اقلیم‌های متنوع ایران است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع:
احراری، سعیده و رجا، امید (1404). بررسی شاخص‌های خشکسالی هواشناسی، کشاورزی و هیدرولوژیکی در دشت مهاباد. مدیریت آب در کشاورزی، 12(1)، 29-48.
اقتدار نژاد، مینا، بذرافشان، ام‌البنین و صادقی لاری، عدنان (1395). ارزیابی تطبیقی شاخص‌های SPI، RDI و SDI در تحلیل مشخصه‌‍‌های خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی (مطالعه موردی: دشت بم). دانش آب و خاک، 26(4.2)، 69-81.
امیرزاده، آرش، رئوف، مجید و مصطفی‌زاده، رئوف (1404). ارزیابی الگوی مکانی تغییرات هیدرومدول آبیاری تحت الگوهای کشت متفاوت در شمال‌غرب ایران. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 5(1)، 195-212. doi: 10.22098/mmws.2024.15135.1463
بالویی، فاطمه، کابلی‌زاده، مصطفی و محمدی، شاهین (1403). پایش تغییرات زمانی-مکانی خشکسالی هواشناسی و تحلیل روند متغیرهای اقلیمی در استان خوزستان بین سال‌‌های 2000 تا 2020. مخاطرات محیط طبیعی، 13(40)، 73-94. doi: 10.22111/jneh.2024.46574.1987
ترابی‌نژاد، نسترن، زرین، آذر و داداشی رودباری، عباسعلی (1402). بررسی انواع خشکسالی و مشخصه‌های آن در ایران با استفاده از شاخص بارش تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI). آب و خاک. 37(3)،473-486. doi: 10.22067/jsw.2023.81322.1257
جوان، خدیجه و یحیوی دیزج، آمنه (1403). تحلیل زمانی و مکانی شاخص‌های خشکی UNEP و دومارتن در ایران طی دورۀ 1976ـ2020. مهندسی اکوسیستم بیابان، 12(39)، 89-102. doi: ‎10.22052/deej.2024.253864.1032
رضایی، سارا، معصوم‌پور سماکوش، جعفر و میری، مرتضی (1403). تحلیل ویژگی‌های خشکسالی (شدت، مدت، بزرگی) ایران بر اساس شاخص خشکسالی چند متغیره. فناوری‌های پیشرفته در بهره‌وری آب، 4(1)، 82-98. doi: 10.22126/atwe.2024.10319.1114
رضیئی، طیب (1396). منطقه‌بندی اقلیمی ایران به روش کوپن-گایگر و بررسی جابه‌جایی مناطق اقلیمی کشور در سدۀ بیستم. فیزیک زمین و فضا، 43(2)، 419-439. doi: 10.22059/jesphys.2017.58916
رضیئی، طیب و میری، مرتضی (1401). طبقه‌بندی اقلیمی ایران به روش کوپن – گایگر، انتشارات پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران.
رئوف، مجید، امیرزاده، آرش و مصطفی زاده، رئوف (1402). اثر پارامترهای اقلیمی و الگوی کشت روی تبخیر-تعرق و هیدرومدول آبیاری در برخی مناطق شمال‌غرب ایران. آبیاری و زهکشی ایران، 17(5)، 857-868.
صادقیان آق کندی، مرضیه، رضایی، حسین، خلیلی، کیوان و احمدی،
فرشاد. (1403). بررسی عملکرد الگوریتم‌های Kstar و GPR در مدل‌سازی شاخص خشکسالی هواشناسی RDI (مطالعه موردی: شرق حوضه دریاچه ارومیه). مهندسی عمران و محیط‌زیست، 54(114)، 142-151. doi: 10.22034/ceej.2023.55292.2225
صداقت‌ نژاد، مه سیما، مساعدی، ابوالفضل، قهرمان، بیژن و سعادت پور، عالیه (1403). تعیین مناسب‌ترین روش زمین آماری به‌منظور پایش خشکسالی بر مبنای شاخص‌های مختلف خشکسالی و کاربرد آن در دشت نیشابور. فیزیک زمین و فضا، 50(1)، 125-147. doi: 10.22059/jesphys.2023.351663.1007475
فتوت، جلال و اسدی زارچ، محمد امین (1404). مقایسه کارایی شاخص‌های خشکسالی اقلیمی (SPI، RDI وSPEI) در مناطق خشک و نیمه‌خشک با شاخص سنجش از دوری TVDI. مدیریت بیابان، 13(1)، 23-42. doi: 10.22034/jdmal.2025.2041089.1481
قبائی سوق، محمد، زارع ابیانه، حمید، مساعدی، ابوالفضل، و صمدی، سیده زهرا (1394). پایش وضعیت‌های رطوبتی و روند آن‌ها بر مبنای شاخص بارش- تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI) در نواحی مختلف آب و هوایی ایران. آب و خاک، 30(5)، 1700-1717. doi: 10.22067/jsw.v0i0.47565
یحیوی دیزج، آمنه، اکبری ازیرانی، طیبه، خالدی، شهریار و جوان، خدیجه (1402الف). بررسی فصلی تبخیر تعرق مرجع و تحلیل حساسیت آن به عناصر هواشناسی در ایران. آب و خاک، (4)37، 643-657. doi: 10.22067/jsw.2023.83328.1307
یحیوی دیزج، آمنه، جوان، خدیجه، خالدی، شهریار و اکبری ازیرانی، طیبه (1402ب). ارزیابی تغییر مقدار تبخیر و تعرق مرجع در ایران طی دهه‌های اخیر. مدیریت بیابان، (1)11، 39-58. doi: 10.22034/jdmal.2023.2000984.1413
 References
Adnan, S., Ullah, K., Shuanglin, L., Gao, S., Khan, A. H., & Mahmood, R. (2018). Comparison of various drought indices to monitor drought status in Pakistan. Climate Dynamics, (51), 1885-1899. doi:10.1007/s00382-017-3987-0
Ahrari, S., & Raja, O. (2025). Investigation of meteorological, agricultural, and hydrological drought indicators in Mahabad plain. Water Management in Agriculture, 12(1), 29-48. [In Persian]
Allen RG, Pereira LS, Raes D, Smith M. (1998) Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56. Rome, Italy
Allen RG. (1993) Evaluation of a temperature difference method for computing grass reference evapotranspiration. Report to Water Resources Development and Management Service Land and Water Development Division. FAO. Rome, Italy
Amirzadeh, A., Raoof, M., & Mostafazadeh, R. (2025). Assessing spatial pattern of irrigation hydromodule under different crop patterns in northwestern Iran. Water and Soil Management and Modelling, 5(1), 195-212. doi: 10.22098/mmws.2024.15135.1463 [In Persian]
Ansarifard, S., & Shamsnia, S. A. (2018). Monitoring drought by reconnaissance drought index (RDI) and standardized precipitation index (SPI) using DrinC software. Water Utility J, 20, 29-35.
Baloei, F., Kabolizadeh, M., & Mohammadi, S. (2024). Monitoring temporal-spatial changes of meteorological drought and trend analysis of climatic variables in Khuzestan province from 2000 to 2020. Journal of Natural Environmental Hazards, 13(40), 73-94. doi: 10.22111/jneh.2024.46574.1987 [In Persian]
Bazrafshan, J. (2017). Effect of air temperature on historical trend of long-term droughts in different climates of Iran. Water Resources Management, 31(14), 4683-4698.doi:10.1007/s11269-017-1773-8
Beobide-Arsuaga, G., Bayr, T., Reintges, A., & Latif, M. (2021). Uncertainty of ENSO-amplitude projections in CMIP5 and CMIP6 models. Climate Dynamics, 56(11), 3875-3888. doi:10.1007/s00382-021-05673-4
Blaney, H.F., & Criddle, W.D. (1950). Determining water requirements in irrigated areas from climatologically and irrigation data. Washington Soil Conservation Service (SCS). (Vol. 96).
Droogers P, Allen RG (2002) Estimating reference evapotranspiration under inaccurate data conditions. Irrigation and drainage systems. 16:33–45. doi: 10.1023/A:1015508322413
Eghtedar Nezhad, M., Bazrafshan, O., & Sadeghi Lari, A. (2017). Adaptive Evaluation of SPI, RDI and SDI Indices in Analyzing the Meteorological and Hydrological Drought Characteristics (Case Study: Bam Plain). Water and Soil Science, 26(4.2), 69-81. [In Persian]
Fotovat,J. & Asadi Zarch, M. A. (2025). Comparison of the efficiency of climatic drought indices (SPI, RDI, and SPEI) in arid and semi-arid regions using the remote sensing-based TVDI Index. Desert Management, 13(1), 23-42. doi: 10.22034/jdmal.2025.2041089.1481 [In Persian]
Ghabaei S, M., Zare Abyaneh, H., Mosaedi, A., & Samadi, S. Z. (2016). Assessment of humidity conditions and trends based on standardized precipitation evapotranspiration index (SEPI) over different climatic regions of Iran. Water and Soil, 30(5), 1700-1717. [In Persian]
Hargreaves GH, Samani ZA (1985) Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Engineering in Agriculture. 1:96–99.
Irmak S, Irmak A, Allen RG, Jones JW (2003) Solar and net radiation-based equations to estimate reference evapotranspiration in humid climates. Journal of Irrigation and Drainage Engineering .129(5):336–347. doi:10.1061/(ASCE)07339437(2003)129:5(33)
Javan. Kh., & Yahyavi Dizaj, A. (2024). Investigating Temporal and Spatial Variations of UNEP and De Martonne Aridity Indices in Iran from 1976 to 2020. Desert Ecosystem Engineering, 12(39), 89-102. doi: ‎10.22052/deej.2024.253864.1032 [In Persian]
Kartal, V. (2024). Drought Assessment of Yeşilırmak Basin Using Long-term Data. Turkish Journal of Science and Technology, 19(1), 179-192. doi:10.55525/tjst.1392199
Latrech, B., Hermassi, T., Yacoubi, S., Slatni, A., Jarray, F., Pouget, L., & Ben Abdallah, M. A. (2024). Comparative analysis of climate change impacts on climatic variables and reference evapotranspiration in Tunisian Semi-Arid Region. Agriculture, 14(1), 160.10.3390/agriculture14010160
Lehner, F., Deser, C., Maher, N., Marotzke, J., Fischer, E. M., Brunner, L., ... & Hawkins, E. (2020). Partitioning climate projection uncertainty with multiple large ensembles and CMIP5/6. Earth System Dynamics, 11(2), 491-508. doi: 10.5194/esd-11-491-2020
Makkink GF (1957) Testing the Penman formula by means of lysimeters. J Inst Water Eng 11:277–288 McEvoy DJ, Huntington JL, Abatzoglou JT, Edwards LM (2012) An evaluation of multiscalar drought indices in Nevada and eastern California. Earth Interact. 16:1–18.
Mianabadi, A., Salari, K., & Pourmohamad, Y. (2022). Drought monitoring using the long-term CHIRPS precipitation over Southeastern Iran, Appl Water Sci, 12, 183. doi:10.1007/s13201-022-01705-4
Nouri, M., & Homaee, M. (2020). Drought trend, frequency and extremity across a wide range of climates over Iran. Meteorological Applications, 27(2), e1899. doi:10.1002/met.1899
Omar, L. C., Mariano, N. C., Alberto, G., Ernestina, P. G., Jorge, M. M., & Enrique, T. D. (2022). Sensitivity of four indices of meteorological drought for rainfed maize yield prediction in the state of Sinaloa, Mexico. Agriculture, 12(4), 525. 10.3390/agriculture12040525
Ortiz-Gómez, R., Flowers-Cano, R. S., & Medina-García, G. (2022). Sensitivity of the RDI and SPEI drought indices to different models for estimating evapotranspiration potential in semiarid regions. Water Resources Management, 36(7), 2471-2492.
Pörtner, H.O., Roberts, D.C., Poloczanska, E.S., Mintenbeck, K., Tignor, M., Alegría, A., Craig, M., Langsdorf, S., Löschke, S., Möller, V. and Okem, A. (2022). Summary for policymakers.
Priestley CHB, Taylor RJ (1972) On the assessment of surface heat fux and evaporation using large scale parameters. Mon Weather Rev 100:81–92.
Rahimi, J., Laux, P., & Khalili, A. (2020). Assessment of climate change over Iran: CMIP5 results and their presentation in terms of Köppen–Geiger climate zones. Theoretical and Applied Climatology, 141, 183-199.
Raoof, M., Amirzadeh, A. & Mostafazadeh, R. (2024). Effect of climatic parameters and cultivation pattern on Evapotranspiratin and Irrigation Hydromodul in some areas of northwest Iran. Journal of Irrigation and Drainage, 17(5), 857-868 [In Persian]
Raziei, T. (2017). Köppen-Geiger climate classification of Iran and investigation of its changes during 20th century. Journal of the Earth and Space Physics, 43(2), 419-439. doi: 10.22059/jesphys.2017.58916 [In Persian]
Raziei, T. and Miri, M. (2022). Köppen-Geiger climate classification of Iran. Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Tehran [In Persian].
Rezaei, S., Masoompour Samakosh, J., & Miri, M. (2024). Analysis of drought characteristics (severity, duration, magnitude) in Iran based on multivariate standardized drought index. Advanced Technologies in Water Efficiency, 4(1), 82-98. doi: 10.22126/atwe.2024.10319.1114 [In Persian]
Sadeghian Agkandy, M. , Rezaie, H., Khalili, K. & Ahmadie, F. (2024). Investigating the Performance of Kstar and GPR Algorithms in Modeling RDI Meteorological Drought Index (Case Study: East of Urmia Lake Basin). Journal of Civil and Environmental Engineering, 54(114), 142-151. doi: 10.22034/ceej.2023.55292.2225 [In Persian]
Sedaghat Nejad, M., Mosaedi, A. , Ghahraman, B. & Saadatpour, A. (2024). Determining the optimal geostatistical method for drought monitoring based on different drought indices and its application in Neishabour Plain. Journal of the Earth and Space Physics, 50(1), 125-147. doi: 10.22059/jesphys.2023.351663.1007475 [In Persian]
Simsek, O., Yildiz-Bozkurt, S., & Gumus, V. (2024). Analysis of meteorological drought with different methods in the Black Sea region, Turkey. Acta Geophysica, 72(3), 1927-1943.
Sobhani, B., Safarianzengir, V., & Kianian, M. K. (2019). Drought monitoring in the Lake Urmia basin in Iran. Arab J Geosci 12: 448.
Surendran, U., Anagha, B., Raja, P., Kumar, V., Rajan, K., & Jayakumar, M. (2019). Analysis of drought from humid, semi-arid and arid regions of India using DrinC model with different drought indices. Water Resources Management, 33(4), 1521-1540.
Tareke, K. A. (2025). Long-term hydrological drought monitoring and trend analysis in Blue Nile River basin. Heliyon, 11(1). doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e41161
Thomas, T., Jaiswal, R. K., Galkate, R. V., & Nayak, T. R. (2016). Reconnaissance drought index-based evaluation of meteorological drought characteristics in Bundelkhand. Procedia Technology, (24), 23-30.
Thornthwaite, C. W. (1948). An approach toward a rational classification of climate. Geographical Review, 38(1), 55-94.
Torabi Haghighi, A., Abou Zaki, N., Rossi, P. M., Noori, R., Hekmatzadeh, A. A., Saremi, H., & Kløve, B. (2020). Unsustainability syndrome—from meteorological to agricultural drought in arid and semi-arid regions. Water, 12(3), 838. doi:10.3390/w12030838
Torabinezhad, N. , Zarrin, A. & Dadashi-Roudbari, A. (2023). Analysis of Different Types of Droughts and Their Characteristics in Iran Using the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI). Water and Soil, 37(3), 473-486. doi: 10.22067/jsw.2023.81322.1257 [In Persian]
Tsakiris, G., Pangalou, D., & Vangelis, H. (2007). Regional drought assessment based on the Reconnaissance Drought Index (RDI). Water Resources Management, 21, 821-833. doi:10.1007/s11269-006-9105-4
Vaghefi, S. A., Keykhai, M., Jahanbakhshi, F., Sheikholeslami, J., Ahmadi, A., Yang, H., & Abbaspour, K. C. (2019). The future of extreme climate in Iran. Scientific Reports, 9(1), 1464. doi:10.1038/s41598-018-38071-8[In Persian]
Wang, M., Jiang, S., Ren, L., Xu, C. Y., Menzel, L., Yuan, F., ... & Yang, X. (2021). Separating the effects of climate change and human activities on drought propagation via a natural and human-impacted catchment comparison method. Journal of Hydrology, 603, 126913.
Yahyavi Dizaj, A., Akbari Azirani, T. , Khaledi, S. & Javan, K. (2023a). Seasonal Analysis of Reference Evapotranspiration and Its Sensitivity to Meteorological Elements in IRAN. Water and Soil, 37(4), 643-657. doi: 10.22067/jsw.2023.83328.1307 [In Persian]
Yahyavi Dizaj, A., Javan, K., Khaledi, S., & Akbari Azirani, T. (2023b). Evaluation of Changes in Reference Evapotranspiration in Iran Over the Last Decades. Desert Management, 11(1), 39-58. doi:10.22034/jdmal.2023.2000984.1413 [In Persian]
Yuce, M. I., & Esit, M. (2021). Drought monitoring in Ceyhan basin, Turkey. Journal of Applied Water Engineering and Research, 9(4), 293-314. doi:10.1080/23249676.2021.1932616
Zarei, A. R. (2019). Analysis of changes trend in spatial and temporal pattern of drought over south of Iran using standardized precipitation index (SPI). SN Applied Sciences, 1(5), 465. doi:10.1007/s42452-019-0498-0
Zarei, A. R., & Moghimi, M. M. (2019). Environmental assessment of semi-humid and humid regions based on modeling and forecasting of changes in monthly temperature International Journal of Environmental Science and Technology, 16, 1457-1470.
Zhang, R., Bento, V. A., Qi, J., Xu, F., Wu, J., Qiu, J., ... & Wang, Q. (2023). The first high spatial resolution multi-scale daily SPI and SPEI raster dataset for drought monitoring and evaluating over China from 1979 to 2018. Big Earth Data, 7(3), 860-8