آشکارسازی اثر تغییر اقلیم بر پهنه های برفی آبخیز البرز شمالی به روش CPA

در مناطق کوهستانی ایران، بخش قابل توجهی از بارش به صورت برف است که منبع مهم جریان رودخانه ای محسوب می شود. شناخت دقیق کمیت این منابع، به لحاظ ارزش روزافزون آب شیرین و هم به واسطه بهره برداری بهینه از منابع آب ضروری است. از نظر جهانی، پایش برف و داشتن اطلاعات دقیق از توزیع فضایی پهنه برفی برای پیش بینی وضع هوا و مدلسازی هیدرولوژیکی و آب و هواشناسی لازم است. یک ویژگی مهم مناطق کوهستانی پوشش برف است که با داشتن بازتاب بالا، تاثیر زیادی بر آب و هوای محلی، کاهش تابش خالص در سطح و در نتیجه، انتقال انرژی دارد. پوشش برف، علاوه بر این که یک عامل مهم برای توسعه اکوسیستم است، برای فعالیت های انسانی اهمیت زیادی دارد. برآورد دقیق سطح پوشش، به عنوان یکی از عملیات های محوری و اساسی در زمینه مدیریت منابع آب، به ویژه در مناطقی که بارش برف سهم زیادی در نزولات جوی دارد، محسوب می شود. آشکارسازی و تعیین ویژگی های مختلف برف و یخ، با استفاده از داده های سنجش از دور که در هیدرولوژی کاربرد وسیعی دارد، روش نوینی را در به دست آوردن پارامترهای مورد نیاز هیدرولوژی پدید آورده است.

رشته کوه های البرز که منطقه مورد مطالعاتی این پژوهش است، جلگه های ساحلی استان مازندران را از قسمت داخلی ایران جدا کرده است. نیمه شرقی البرز غربی و تمام البرز مرکزی و قسمتی از البرز شرقی، در محدوده استان مازندران قرار دارند، بدین ترتیب، همراه با سایر عوامل طبیعی، شرایط جغرافیایی خاصی پدید آمده است. در این منطقه، برف نقش کلیدی در چرخه هیدرولوژیکی و هیدرو اقلیم دارد و بخش قابل توجهی از کل رواناب سالانه در این منطقه حاصل ذوب برف است. به طوری که گرمایش جهانی بر مدیریت حوزه های آبخیز و نیاز آبی پایین دست زیرحوضه های آن تاثیرگذار است. برای انجام پژوهش، نخست داده های سنجنده MODIS به صورت روزانه با قدرت تفکیک مکانی 500×500 متر از پایگاه ملی داده های برف و یخ ناسا (NSIDC) دریافت شد. تصاویر دریافتی مربوط به بازه زمانی 2018-2000 است. برای پردازش تصاویر، نخست عملیات پیش پردازش بر روی آن ها در محیط نرم افزار ENVI 5.3 اعمال شد. از نمایه NDSI، برای برآورد پهنه پوشش برف استفاده شد. برای بررسی روند تغییرات پوشش برف از آزمون من-کندال، روش تخمین‎ گر شیب سن و آزمون همگنی پتیت استفاده شد. همچنین، ناهنجاری فصلی و سالانه پوشش برف، دما و بارش در منطقه مطالعاتی بر اساس نمره استاندارد Z بررسی شد.

نتایج و بحث:

نتایج آزمون من-کندال و روش تخمین گر شیب سن در منطقه شمالی البرز مرکزی نشان می دهد، بیشترین کاهش پهنه پوشیده از برف در ماه ژانویه و فصل زمستان به ترتیب برابر 220.39 و 50.41 کیلومتر مربع در هر سال رخ داده است. نتایج آزمون همگنی پتیت، به روش تحلیل نقطه تغییر (CPA) در سال 2010، ماه ژانویه برای پهنه پوشیده از برف و ماه می 2014 و ژوین 2010، برای میانگین دمای ماهانه، جهش اقلیمی را در سطح معنی داری 0.05 نشان داد. همچنین، نقطه تغییر در سری زمانی پهنه پوشیده از برف، در ماه ژانویه به صورت نزولی اتفاق افتاده است، ولی نقطه تغییر در سری زمانی میانگین دما در ماه می و ژوین به صورت صعودی بوده است. مقایسه وضعیت پوشش برف با شرایط دما و بارش، نشان می دهد در بیشتر مواقع ناهنجاری های منفی پوشش برف، با ناهنجاری مثبت دما و منفی بارش، همخوانی دارد. نتایج حاصل، هشداری است در رابطه با تحول آب و هوا در این منطقه که تحت عنوان پدیده گرمایش جهانی و خشکسالی هواشناسی شناخته شده است. به یقین این تغییرات، تاثیری مستقیم بر کاهش منابع آب برای بخش کشاورزی و شرب دارد.

در مجموع بررسی روند تغییرات پهنه پوشیده از برف در ماه ژانویه طی 19 سال آماری نشان می دهد که به ازای افزایش میانگین دما به میزان 0.13 درجه سانتی گراد، پهنه پوشیده از برف در این ماه به میزان 220.39 کیلومتر مربع در هر سال کاهش یافته است. همچنین، با توجه به نتایج آزمون همگنی پتیت، تغییرات ناگهانی در سال 2010 و 2014 نشان می دهد که گرمایش جهانی و خشکسالی هواشناسی موجب تغییر ناگهانی در پهنه پوشیده از برف و دما در این سال ها و ماه ها شده است. مقایسه شرایط بارش و دما با وضعیت پوشش برف نشان داد، در بیشتر سال ها ناهنجاری منفی پوشش برف با ناهنجاری مثبت دما و ناهنجاری منفی بارش هم زمان بوده است که بیشترین تاثیر افزایش دما در فصل بهار مشاهده شده است. از این رو، با افزایش دما و تغییر شرایط اقلیمی، بارش های زمستانه که به انباشت برف تبدیل خواهند شد، کاهش یافته است و می توانند روی رواناب ناشی از این بارش ها در فصل بهار تاثیرگذار باشند. از آنجایی که این منطقه قابلیت ریزش برف از اواسط پاییز تا اوایل بهار را دارا است، بنابراین، اطلاعات درباره پهنه پوشیده از برف در این منطقه برای کاربرد آن ها در زمینه هیدرولوژی، هواشناسی، اقلیم شناسی، تولید برق آبی و همچنین، پیش بینی سیلاب ضروری است.