دو قرن بازسازي حلقه- درختي خشكسالي با استفاده از شاخص بارندگي استاندارد چندمتغيره (MSPI) در منطقه جوانرود كرمانشاه

Two century tree ring reconstruction of drought using Multivariate Standardized Precipitation Index (MSPI) in Javanroud-Kermanshah region

سابقه و هدف: داده‌هاي بلندمدت آب و هوايي اهميت ويژه‌اي در مطالعات آب و هواشناسي دارد. متاسفانه دوره 60 ساله داده‌برداري هواشناسي در ايران جوابگوي مطالعه پديده‌هاي حدي آب و هوايي نيست. يكي از راه‌هاي نسبتاً مطمين براي بازسازي داده هاي هواشناسي گذشته استفاده از داده‌هاي پهناي دواير سالانه درختان حساس به شرايط آب و هوايي است. در دهه‌هاي اخير در اين زمينه بر خلاف ايران مطالعات زيادي در دنيا انجام شده است. با توجه به تاثيرگذاري هم‌زمان منابع رطوبتي كوتاه‌مدت و بلندمدت بر رشد درختان در يك سال، هدف از اين مطالعه اولاً بررسي تاثير منابع مختلف رطوبتي بر رشد درختان منطقه و سپس بازسازي شرايط رطوبتي در طي دوره موجود حلقه‌هاي درختان است. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش از گاهشناسي پهناي دواير سالانه درختان بلوط مازودار واقع در شهرستان جوانرود استان كرمانشاه در ارتفاع 2300 متري از سطح دريا، استفاده شد كه مربوط به دوره زماني 2009-1818 مي‌باشد. داده‌هاي هواشناسي مورد نياز از 7 ايستگاه هواشناسي (3 ايستگاه از سازمان هواشناسي كشور و 4 ايستگاه از وزارت نيرو) تهيه شد. براي بررسي تاثير همزمان منابع رطوبتي كوتاه‌مدت و بلند‌مدت بر رشد درختان از شاخص خشكسالي چند‌متغيره بارش استاندارد (MSPI) (مبتني بر شاخص بارندگي استاندارد اصلاح شده: SPImod) استفاده شد كه اساس شاخص مذكور بر تحليل مولفه‌هاي اصلي (PCA) است. يافته‌ها: نتايج بررسي همبستگي MSPI با پهناي دواير سالانه درختان در دوره آماري 2008-1968نشان داد كه وضعيت كلي منابع مختلف رطوبتي در ماه هاي ژانويه قبل از رشد تا ماه سپتامبر دوره رشد بيش‌ترين تاثير را بر رشد درختان بلوط منطقه دارد و بيش‌ترين همبستگي مربوط به MSPI ماه ژوييه است. بنابراين بر مبناي رابطه خطي پهناي دواير سالانه درختان بلوط با MSPI ماه ژوييه، اين شاخص در دوره آماري 2008-1818 بازسازي شد. بر اساس نتايج اين پژوهش خشكسالي‌هاي اين منطقه به‌طور متوسط 2 ساله دارند اما خشكسالي‌هاي شديد معمولاً تداوم 3 و 4 ساله داشته‌اند. همچنين شديدترين خشكسالي‌هاي دو قرن گذشته به‌ترتيب در دوره‌هاي 1963-1960، 1830-1827 و 2001-1999 به‌وقوع پيوسته است. نتايج اين پژوهش تطابق خوبي با گزارش‌هاي تاريخي قحطي‌ها و خشكسالي‌‌هاي ايران و همچنين نتايج پژوهشگران از كشورهاي همسايه شرقي (چين) و بيش‌تر كشورهاي غربي (تركيه و پيرامون درياي مديترانه) مخصوصاً در مورد خشكسالي‌هاي شديد دارد. البته بهترين تطابق نتايج اين پژوهش مربوط به مطالعات انجام شده در مناطق عبور توده‌هاي مديترانه‌اي به‌سمت ايران (جنوب درياي مديترانه و منطقه خاورميانه) بود. نتيجه‌گيري: بررسي ارتباط شاخص MSPI با پهناي دواير سالانه درختان براي اولين بار در اين مطالعه به انجام رسيد و نتايج بيانگر افزايش ضرايب همبستگي پهناي دواير سالانه درختان با اين شاخص نسبت به داده‌هاي بارندگي بود كه به‌نظر مي‌رسد دليل آن در نظرگيري منابع آبي كوتاه‌مدت و بلند‌مدت به‌طور هم‌زمان در اين شاخص است. نتايج بازسازي ترسالي و خشكسالي‌ها در اين پژوهش تطابق بسيار خوبي با نتايج پژوهشگران در كشورهاي مجاور و همچنين گزارش‌هاي تاريخي دارد و به‌نظر مي‌رسد كه با داده هاي بازسازي شده در اين پژوهش با اطمينان زيادي مي‌توان آب و هواي گذشته منطقه خاورميانه را بررسي نمود.

Background and Objectives: Long-term weather data is of particular importance in hydrometeorology studies. Unfortunately, the 60-years meteorological data record in Iran is not responsible for study of extreme weather events. Tree-ring width data from sensitive trees to weather conditions are good resources for reconstruction of past climate. In recent decades, unlike Iran many studies in this field have been done. According to simultaneous effect of short and long term moisture sources on annual tree-ring growth, the aim of this study is to investigate the effect of different moisture sources on tree-ring width and reconstruction of moisture conditions during the available tree-ring data period. Materials and Methods: In this study the tree-ring width chronology was obtained from Quercus Infectoria trees located in Javanroud (Kermanshah) at an altitude of 2300 m.a.s.l. which is in the period of 1818-2009. Required climate data was prepared from 7 meteorological stations (3 stations from Islamic Republic of Iranian Meteorological Organization and 4 stations from the Ministry of Energy). Simultaneous effect of short and long-term water resources was investigated on growth of trees by using multivariate standard precipitation index (MSPI), which is based on modified standardized precipitation index (SPImod). The index is based on principal component analysis technique (PCA). Results: Results of correlation between MSPI and tree rings width during 1968-2008 showed that the overall status of water resources in January to September had the greatest impact on growth of oak trees and the highest MSPI correlation with tree ring width was in July. Then based on linear relationship between tree ring width and MSPI of July, this index was reconstructed over the 1818-2008 periods. According to the results of this research, droughts average duration were 2 years, nevertheless severe droughts duration were 3 and 4 years. The most severe droughts during the past two centuries have occurred in the 1960-1963, 1827-1830 and 1999-2001 periods, respectively. Results have a good agreement with Iran’s historical famines and droughts records and also with neighbor countries research results, far east (China) and western countries (Turkey and the Mediterranean zone), especially in the case of severe drought. But the results of this research are most consistent with the results of research conducted in countries on the path of the Mediterranean air masses (south of Mediterranean Sea and Middle East region). Conclusion: The relationship of MSPI and tree ring width was performed for the first time in this study. The results showed that the correlation coefficient of annual tree ring width with MSPI was increased in comparison with rainfall data that is probably due to considering short and long-term water resources in this Index, simultaneously. Results of drought reconstruction in this study have good agreement with results of neighboring countries as well as historical reports. It seems that the results of this research can be used for investigation of Middle East past climate, confidently.