فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

مقدمه در سال‌های اخیر، اثرات تغییر اقلیم بر امنیت آبی به‌طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. شواهد نشان می‌دهد که تغییر اقلیم الگوهای بارش و دما را تغییر داده و به‌تبع آن دسترسی به منابع آب را تحت تأثیر قرار داده است (Ahmed and Akter, 2024). این تغییرات نه‌تنها کمیت، بلکه کیفیت آب را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهند (Van Vliet et al, 2023) به‌ویژه در مناطق شهری، تغییرپذیری بارش ماهانه و نوسانات اقلیمی، یکی از چالش‌های کلیدی قرن حاضر محسوب می‌شود. در ایران، با توجه به اقلیم خشک و نیمه‌خشک، مدیریت منابع آب و تحلیل الگوهای بارش اهمیت ویژه‌ای دارد (Modarres and Sarhadi, 2009). مطالعات بین‌المللی نشان داده‌اند که شاخص‌های مرتبط با دسترسی به آب بیشترین حساسیت را نسبت به تغییرات بارش دارند (Barbosa et al, 2023). همچنین، تغییرات در تبخیر و تعرق می‌تواند تولید خالص اولیه را کاهش داده و بر امنیت آبی اثرگذار باشد (Gao et al, 2023). اهمیت تاب‌آوری سیستم‌های آبی نیز مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است؛ افزایش تنوع منابع و مدیریت تقاضا می‌تواند تاب‌آوری سیستم‌ها را در برابر تغییر اقلیم بهبود دهد (Kharrazi et al, 2024). در زمینه تحلیل سناریو، مطالعات اخیر با استفاده از یادگیری ماشین نشان داده‌اند که حتی تغییرات اندک اقلیمی می‌تواند تأثیرات قابل‌توجهی بر شاخص‌های امنیت آبی داشته باشد (Chen et al, 2024). در ایران، پژوهش‌های متعددی به تحلیل تغییرات بارش پرداخته‌اند. طبری و طلایی (Talaee and Tabari, 2011) روند بارش سالانه و فصلی را در ۴۱ ایستگاه طی سال‌های ۱۹۶۶ تا ۲۰۰۵ بررسی کردند و نشان دادند که در حدود ۶۰ درصد ایستگاه‌ها کاهش بارش مشاهده شده است. همچنین، مدرس و سرحدی (Modarres and Sarhadi, 2009) با بررسی ۱۴۵ ایستگاه باران‌سنجی، روند کاهشی بارش سالانه در بیش از نیمی از ایستگاه‌ها و افزایش حداکثر بارش ۲۴ ساعته در نیمی دیگر را گزارش کردند. این روندها نشان‌دهنده تأثیرات اولیه تغییر اقلیم در ایران هستند. از منظر نظری، امنیت آبی مفهومی چندبعدی است که دسترسی، کیفیت و تاب‌آوری منابع آبی را شامل می‌شود و نیازمند تحلیل‌های بین‌رشته‌ای و یکپارچه است. روش‌های نوین آماری و محاسباتی مانند مدل‌های هیدرولوژیکی، یادگیری ماشین و تبدیل موجک، بینش‌های دقیق‌تری درباره تغییرات اقلیمی و الگوهای بارش ارائه می‌دهند، اما استفاده از تبدیل موجک در تحلیل داده‌های اقلیمی ایران، به ویژه در مناطق شهری، هنوز محدود است. هدف این پژوهش بررسی تغییرپذیری بارش ماهانه در مناطق شهری ایران با استفاده از تبدیل موجک پیوسته است. مطالعه حاضر با رویکرد چندمقیاسی، روندهای زمانی- مکانی بارش را تحلیل، الگوهای پنهان را شناسایی و تغییرات دوره‌ای را در مقیاس‌های مختلف زمانی بررسی می‌کند. نوآوری تحقیق در بهره‌گیری از تکنیک موجک برای تحلیل دقیق داده‌های بارش و ارائه بینشی عمیق‌تر از تأثیرات تغییر اقلیم بر رفتار بارش در ایران نهفته است. مواد و روش­ها این پژوهش به تحلیل تغییرپذیری بارش ماهانه در ایران با تمرکز بر ۹ ایستگاه سینوپتیک تهران، مشهد، اصفهان، تبریز، کرج، کرمانشاه، اراک، شیراز و اهواز می‌پردازد. انتخاب این ایستگاه‌ها بر اساس در دسترس بودن داده‌های بلندمدت و پیوسته، پراکندگی جغرافیایی مناسب و نمایندگی اقلیم‌های مختلف کشور انجام شده است. دوره مورد مطالعه 1980 تا 2020 در نظر گرفته شد تا نوسانات شدید اقلیمی شامل سال‌های خشک و تر را پوشش دهد و روندهای بلندمدت بارش قابل بررسی باشد. اقلیم ایستگاه‌ها متفاوت است: تهران، کرج، کرمانشاه و اراک در اقلیم نیمه‌خشک با بارش سالانه 250 تا 500 میلی‌متر قرار دارند و بارش عمدتاً در زمستان و بهار است. مشهد و تبریز با اقلیم کوهستانی و نیمه‌خشک، بارش زمستانه بیشتری دارند و نوسانات بارش در این مناطق به دلیل ارتفاع و جغرافیا بیشتر است. اصفهان اقلیم خشک و کم‌بارش دارد، در حالی که اهواز واقع در منطقه نسبتا خشک و کم ارتفاع این تنوع اقلیمی امکان بررسی تأثیرات متفاوت اقلیم بر الگوهای بارش را فراهم می‌کند. داده‌های بارش ماهانه از سازمان هواشناسی کشور جمع‌آوری و پیش‌پردازش شدند. پیش‌پردازش شامل شناسایی و جایگزینی داده‌های مفقود، حذف داده‌های پرت، بررسی ناهمگنی و نرمال‌سازی داده‌ها بود. اعتبارسنجی داده‌ها با آزمون‌های آماری مانند Pettitt، Mann-Kendall و SNHT انجام شد تا کیفیت و پیوستگی داده‌ها تضمین شود. تحلیل داده‌ها با استفاده از تبدیل موجک پیوسته (CWT) و موجک Morlet انجام شد تا نوسانات همزمان در حوزه زمان و فرکانس بررسی شود. طیف قدرت موجک برای شناسایی دوره‌های زمانی با انرژی بارش بالا تولید و محدوده Cone of Influence (COI) برای حذف اثرات مرزی مشخص شد. نتایج تحلیل‌های موجک با داده‌های مستقل و مطالعات پیشین اعتبارسنجی شدند تا از صحت الگوهای استخراج شده اطمینان حاصل شود. این مطالعه با بهره‌گیری از روش موجک، امکان تحلیل دقیق روندهای زمانی- مکانی بارش در مناطق شهری ایران را فراهم کرده و یافته‌ها بینش کاربردی برای مدیریت منابع آب در شرایط تغییر اقلیم ارائه می‌دهد. افزون بر این، نتایج پژوهش می‌تواند به تصمیم‌گیری در حوزه مدیریت ریسک خشکسالی و سیلاب در مناطق مختلف کشور کمک کند. همچنین شناسایی چرخه‌های بارش در بازه‌های میان‌مدت و بلندمدت می‌تواند در برنامه‌ریزی کشاورزی، مدیریت سدها و طرح‌های توسعه منابع آب نقش کلیدی ایفا کند. در نهایت، رویکرد موجکی این تحقیق الگویی برای مطالعات مشابه در سایر مناطق ایران و حتی کشورهای با شرایط اقلیمی مشابه محسوب می‌شود. نتایج و بحث تحلیل موجک داده‌های بارش در ایستگاه‌های اصفهان، اهواز، اراک، تهران، مشهد، کرج، تبریز و کرمانشاه نشان داد که الگوهای فصلی و چندساله بارش با نوسانات مشخصی همراه هستند. در ایستگاه اصفهان، الگوهای فصلی کوتاه‌مدت حدود یک‌ساله دارای نوسانات قوی بودند؛ کمینه نوسان در تابستان و بیشینه نوسان فصلی در زمستان و پاییز مشاهده شد. در چرخه‌های چندساله، بیشترین نوسان در دوره‌های ۳ تا ۴ ساله و ۸ تا ۱۰ ساله رخ داده است. شدت ضرایب موجک در مقیاس‌های مختلف از سال ۱۹۸۰ تا ۲۰۰۵ نوسان داشت و از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۲۰، شدت و قدرت بیشتری در مقیاس‌های کوتاه (فصلی) و بلند (چندساله) دیده شد، که نشان‌دهنده تغییر اقلیم در چند دهه اخیر است. در ایستگاه اهواز، الگوهای فصلی و چندساله بارش دارای بی‌نظمی بودند، اما دامنه نوسانات نسبت به ایستگاه‌های مرتفع کمتر بود. بررسی تغییرات زمانی در بازه ۱۹۸۰ تا ۲۰۲۰ نشان داد که شدت ضرایب موجک در نیمه دوم دوره مورد مطالعه افزایش یافت و نوسانات در چرخه‌های فصلی، سالانه و چندساله همچنان با تغییرات همراه بود، که بازتابی از تغییر اقلیم نیست، اما با الگوهای بارشی مشابه سایر ایستگاه‌ها همخوانی دارد. ایستگاه اراک نیز الگوهای فصلی با تناوب‌های قوی و نوسانات مکرر در دوره‌های کوتاه‌مدت داشت. چرخه‌های چندساله این ایستگاه با شدت بالا رخ داده و تحت تأثیر الگوهای بزرگ‌مقیاس جوی بوده است. بررسی بازه زمانی ۱۹۸۰ تا دهه اول قرن حاضر نشان داد که ضرایب موجک در مقیاس‌های مختلف به طور معناداری با تغییرات بارشی همراه بوده و تغییرات کوتاه‌مدت و چندساله تحت تأثیر دگرگونی اقلیمی در دهه دوم قرن حاضر محسوس‌تر بوده است. در ایستگاه تهران، الگوهای فصلی یک‌ساله با چرخه‌های چندساله دیده شد و مناطق زرد و سبز روشن در نمودار نشانگر نوسانات فصلی بودند. چرخه‌های چندساله بین ۲ تا ۴ سال و ۵ تا ۱۰ سال با قدرت بالا مشاهده شد که احتمالاً با پدیده‌های بزرگ‌مقیاس آب و هوایی مانند ENSO مرتبط است. تغییرات دهه‌ای از اوایل ۱۹۸۰ تا ۲۰۱۰ نشان داد که شدت ضرایب موجک نوسانات قوی‌تر یا ضعیف‌تر را منعکس می‌کند و پس از ۲۰۱۰ افزایش قابل توجهی در شدت مقیاس‌های کوتاه و بلند رخ داده است. در ایستگاه مشهد، الگوی فصلی و سالانه بارش نشان‌دهنده نوسانات مشخص در فصل‌های پاییز و زمستان بود. چرخه‌های چندساله ۲ تا ۵ ساله و ۶ تا ۱۰ ساله نیز نوسانات قابل توجه داشتند. شدت ضرایب موجک از سال ۱۹۸۰ تا ۲۰۱۰ افزایش یافته و نشان‌دهنده تأثیر عوامل متعدد اقلیمی و تغییر اقلیم بر رفتار بارش است. ایستگاه کرج با اقلیم خشک و نیمه‌خشک، کمینه نوسان فصلی در تابستان و بیشینه نوسان در پاییز و زمستان داشت. چرخه‌های چندساله طولانی‌تر، به ویژه ۲ تا ۳ ساله و ۵ تا ۱۰ ساله، با شدت بالا رخ دادند. از سال ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۰، شدت نوسانات کاهش یافته است. در ایستگاه تبریز، بارش‌ها در زمستان و پاییز با شدت و تناوب بالاتر و در تابستان کم‌نوسان بودند. چرخه‌های چندساله ۲ تا ۴ و ۶ تا ۱۰ ساله نوسانات بارش قابل توجهی داشتند و شدت ضرایب موجک از سال ۱۹۸۰ تا ۲۰۲۰ افزایش یافته است. ایستگاه کرمانشاه دارای نوسانات قوی در زمستان و پاییز و ضعیف در تابستان و بهار بود. چرخه‌های چندساله بین ۲ تا ۵ و ۶ تا ۱۰ ساله مشاهده شد و شدت ضرایب موجک پس از سال ۲۰۱۰ افزایش یافته است. مقایسه با مطالعات پیشین نشان داد که پژوهش حاضر با استفاده از تحلیل موجک، چرخه‌های زمانی بارش را با دقت بیشتری بررسی کرده و نوسانات فصلی و چندساله را در چندین کلان‌شهر ایران تحلیل کرده است. علاوه بر ENSO، شاخص‌های اقلیمی NAO و MO نیز بررسی شدند. نتایج با مطالعات بین‌المللی مشابه در اروپا، چین و شبه‌قاره هند همخوانی دارد، اما تمرکز بر اقلیم خشک ایران و تنوع مکانی کلان‌شهرها رویکردی نوآورانه ارائه می‌دهد. به طور کلی، تحلیل موجک نشان داد که در بیشتر ایستگاه‌ها، نوسانات کوتاه‌مدت و بلندمدت بارش با شدت متفاوت مشاهده می‌شود. ایستگاه‌هایی مانند کرمانشاه، تبریز و مشهد دارای شدت بالای ضرایب موجک در چرخه‌های ۲ تا ۱۰ ساله هستند و تحت تأثیر شاخص‌های اقلیمی بزرگ‌مقیاس قرار دارند، در حالی که ایستگاه‌هایی مثل اهواز و کرج رفتار نسبتاً یکنواخت دارند. افزایش شدت ضرایب موجک در بازه ۲۰۰۸ تا ۲۰۲۰ نشان‌دهنده تأثیر تغییرات اقلیمی اخیر بر الگوهای بارش است. همچنین، نتایج این تحقیق نشان داد که شدت و گستره نوسانات بارش در دهه‌های اخیر با تغییرپذیری بیشتری همراه بوده است. بررسی تطبیقی بین ایستگاه‌ها بیانگر آن است که موقعیت جغرافیایی و ارتفاع نقش تعیین‌کننده‌ای در شدت چرخه‌های فصلی و چندساله ایفا می‌کند. علاوه بر آن، روندهای مشاهده‌ شده می‌تواند در مدیریت منابع آب شهری و روستایی و تدوین برنامه‌های سازگاری اقلیمی به کار گرفته شود. یافته‌ها نشان داد که ترکیب تحلیل موجک با شاخص‌های اقلیمی بزرگ‌مقیاس دقت بالاتری در شناسایی چرخه‌های بارش ایجاد می‌کند. در مجموع، پژوهش حاضر تصویری جامع از رفتار بارش در ایران ارائه داده و بستر مناسبی برای مطالعات آینده در زمینه تغییر اقلیم فراهم می‌سازد. نتیجه­گیری این پژوهش با استفاده از تبدیل موجک پیوسته 1(CWT) تغییرپذیری زمانی بارش ماهانه در کلان‌شهرهای ایران را در بازه ۱۹۸۰ تا ۲۰۲۰ بررسی کرد و الگوهای فصلی و چندساله بارش را شناسایی نمود. نتایج نشان داد که الگوهای بارشی تحت تأثیر چرخه‌های فصلی (حدود یک سال) و چندساله (۳ تا ۱۰ ساله) قرار دارند و دوره‌های تناوبی با شدت بالا به‌ویژه در ایستگاه‌های تهران، کرمانشاه و مشهد مشاهده شد که با تغییرات شاخص‌های اقلیمی بزرگ‌مقیاس مانند ENSO و NAO هم‌زمانی دارند. در مقابل، ایستگاه‌هایی مانند اهواز با ارتفاع کمتر و شرایط گرم‌تر، شدت ضرایب موجک پایین‌تر و نظم نوسانات کمتری داشتند، که نشان‌دهنده نقش مهم عوامل جغرافیایی نظیر ارتفاع، دما و عرض جغرافیایی در رفتار زمانی بارش است. تحلیل‌ها همچنین نشان داد که از سال ۲۰۱۰ به بعد، شدت نوسانات بارشی در مقیاس‌های فصلی و چندساله در بسیاری از ایستگاه‌ها افزایش یافته و این روند می‌تواند شاهدی بر تأثیرات فزاینده تغییر اقلیم باشد. نتایج تحقیق کاربردی است و شناخت دقیق الگوهای زمانی بارش را برای مدیریت منابع آب، آمادگی در برابر خشکسالی و سیلاب، تصمیم‌گیری شهری و کشاورزی ضروری می‌سازد. همچنین، پیوند یافته‌ها با شاخص‌های اقلیمی بزرگ‌مقیاس، قابلیت استفاده از آن‌ها در مدل‌های پیش‌بینی بارش و هشدارهای زودهنگام را فراهم می‌آورد.