تحلیل زمانی–آماری تغییرات آب زیرزمینی و ارتباط آن با متغیرهای بارش و دما در غرب ایران با استفاده از داده‌‌هایGRACE-Mascon و ERA5-L and

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آب وهواشناسی، گروه جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 دانشیار، گروه جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

3 استادیار، موسسه فناوری کارلسروهه (KIT)، کارلسروهه، آلمان

چکیده

در این پژوهش، تغییرات زمانی ذخیره‌ی آب زیرزمینی (ضخامت معادل آب) در غرب ایران با بهره‌گیری از نسل جدید داده‌های ماهواره‌ای GRACE/GRACE-FO موسوم به Mascon و مؤلفه‌های اقلیمی بارش و دمای باز تحلیل‌شده ERA5-Land  طی دورۀ ۲۰۰۲ تا ۲۰۲۳ موردبررسی قرار گرفت. بدین منظور، ابتدا میانگین ناحیه‌ای LWE حاصل از محصولات Mascon، به همراه بارش و دما، در محدودۀ غرب ایران استخراج و سپس آنومالی‌های ماهانه بر اساس کسر میانگین بلندمدت هرماه تقویمی محاسبه شد تا نوسانات غیر فصلی از چرخۀ سالانه تفکیک گردد. برای تحلیل روند از رگرسیون خطی حداقل مربعات و برای بررسی ارتباط بین متغیرها از ضریب همبستگی پیرسون و آزمون t متناظر با سطح معنی‌داری 05/0 استفاده شد. همچنین، به‌منظور ارزیابی زمان پاسخ ذخیرۀ آب زیرزمینی نسبت به عناصر اقلیمی، همبستگی‌های lag با تأخیر صفرتا سه‌ماهه بین آنومالی LW، بارش و دما محاسبه گردید. نتایج نشان داد سری‌های زمانی LWE دارای چرخۀ فصلی منظم با مقادیر نزدیک به صفر یا اندکی مثبت در زمستان و اوایل بهار و مقادیر قابل‌توجه منفی در تابستان و پاییز هستند. درعین‌حال، LWE در همۀ مقیاس‌های زمانی روند نزولی معنی‌داری دارد؛ به‌طوری‌که شیب روند سالانه LWE حدود 8/0 سانتی‌متر کاهش در سال برآورد شد و روند فصلی LWE در هر چهارفصل نیز با شیبی در حدود 8/0 تا ۱ سانتی‌متر در سال و با معنی‌داری آماری بالا به دست آمد. درحالی‌که بارش و دما در هیچ‌یک از مقیاس‌های زمانی روند خطی معنی‌داری نشان ندادند. در مقیاس ماهانه، همبستگی بین LWE و بارش حدود 47/0 و بین LWE و دما حدود 38/0- و در مقیاس فصلی به ترتیب حدود 48/0 و 36/0- برآورد شد که همگی در سطح 05/0 معنی‌دار بودند. حداکثر همبستگی آنومالی LWE با بارش در lag یک‌ماهه و آنومالی LWE با دما در lag صفر مشاهده شد که بیانگر پاسخ نسبتاً سریع ذخیرۀ آب زیرزمینی به تغییرات اقلیمی است. به‌طورکلی، استفاده از داده‌های نسل جدید Mascon ضمن فراهم کردن برآورد دقیق‌تر ذخیرۀ آب زیرزمینی در مقیاس حوضه‌ای، نشان داد که کاهش چشمگیر و معنی‌دار LWE در غرب ایران با وجود فقدان روند در بارش و دما، عمدتاً ناشی از فشارهای انسان‌ساخت بر منابع آب زیرزمینی است و ضرورت بازنگری در الگوی بهره‌برداری و مدیریت پایدار منابع آب منطقه را برجسته می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Temporal-Statistical Analysis of Groundwater Changes and Its Relationship with Precipitation and Temperature Variables in Western Iran Using GracE-Mascon and ERA5-L and Data

نویسندگان [English]

  • Hamidreza Sadeghi 1
  • Amanollah Fathniya 2
  • Ehsan Sharifi 3
1 PhD student of Climatology, Geography Department, University of Razi, Kermanshah, Iran
2 Associate Professor, Department of Physical Geography, University of Razi, Kermanshah, Iran
3 Assistant Professor, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Karlsruhe, Germany
چکیده [English]

In this study, temporal variations of terrestrial water storage (LWE) in western Iran were examined using GRACE/GRACE-FO Mascon data, along with precipitation and temperature from the ERA5-Land reanalysis for 2002–2023. Area-averaged LWE, precipitation, and temperature were extracted, and monthly anomalies were calculated. Linear regression was used for trend analysis, and Pearson correlation with a 0.05 significance level assessed relationships among variables. Lag correlations with delays of zero to three months evaluated groundwater response to climatic factors. Results showed a regular seasonal LWE cycle, with near-zero or slightly positive values in winter and early spring, and strongly negative values in summer and autumn. LWE had a significant decreasing trend at all scales: about −0.8 cm per year annually and −0.8 to −1 cm per season. Precipitation and temperature showed no significant trends. At the monthly scale, correlations of LWE with precipitation and temperature were about 0.47 and −0.38; seasonally, 0.48 and −0.36, respectively, all significant. Maximum correlation with precipitation occurred at a one-month lag and with temperature at zero lag, indicating a relatively rapid groundwater response. The Mascon data showed that the significant LWE decline, despite no trend in precipitation or temperature, is mainly driven by human pressures on groundwater resources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • LWE
  • Mascon
  • Precipitation
  • Temperature
  • Western Iran

مراجع

بادکوبه هزاوه، مهتاب، نجارچی، محسن، جلالی، محمدرضا، مظاهری، حسین ، و شعبانلو، سعید. (۱۴۰۳). پیش‌بینی نوسانات ضخامت معادل آب زیرزمینی با استفاده از اطلاعات ماهواره‌ای و ترکیب الگوریتم بهینه‌سازیبهینه سازی و هوش مصنوعی.   مجله تحقیقات آب و خاک ایران، ۵۵ (۴)، ۵۶۹‑۵۸۶. https://doi.org/10.22059/ijswr.2024.367628.669601
حیدری، سوسن، کریمی، مصطفی و بیرانوند، آذر. (۱۴۰۳). ارزیابی عملکرد داده‌های باز تحلیلبازتحلیل ERA5  در تخمین بارش ایران و واکاوی فضایی رژیم بارشی کشور. پژوهش‌های دانش زمین، ۱۵ (۲) ، ۱‑۲۴. https://doi.org/10.48308/esrj.2024.104225
رضیی، طیب؛ و. و ستوده، فاطمه. (۱۳۹۶). بررسی دقت مرکز اروپایی پیش‌بینی‌های میان‌مدت جوی (ECMWF) در پیش‌بینی بارش‌ مناطق گوناگون اقلیمی ایران. مجله فیزیک زمین و فضا، ۴۳ (۱) ، ۱۳۳‑۱۴۷. https://doi.org/10.22059/jesphys.2017.57958
 عساکره، حسین. (۱۳۸۶). تغییرات زمانی–مکانی بارش ایران‌زمین طی دهه‌های اخیر. فصلنامه جغرافیا و توسعه، ۵ (۱۰)، ۱۴۵‑۱۶۴. https://doi.org/10.22111/GDIJ.2007.3669
عیسی زادهعیسی‌زاده، وحید و ارگانی، میثم. (۱۴۰۰). تغییرات سطح سفرۀ آب‌های زیرزمینی با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای GRACE  در موتور گوگل ارث (منطقۀ مورد مطالعه: حوضۀ آبخیز دریاچۀ ارومیه، ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۷ ). مجله علمی آمایش سرزمین، ۱۳(۱) ، ۱۹۳‑۲۱۴. https://doi.org/10.22059/jtcp.2020.304748.670127
فرجی، زهره، کاویانی، عباس ، و اشرف‌زاده، امین. (۱۳۹۶). ارزیابی داده‌های ماهواره‌ای GRACE  در برآورد تغییرات سطح آب زیرزمینی در استان قزوین. مجله اکوهیدرولوژی، 4(2) ، ۴۶۳‑۴۷۶. https://doi.org/10.22059/ije.2017.61482
فرجی، زهره، کاویانی، عباس، اشرف زاده، افشین. (۱۳۹۶). ارزیابی داده‌های ماهواره‌ای GRACE  در برآورد تغییرات سطح آب زیرزمینی در استان قزوین. مجله فیزیک زمین و فضا، ۴۳ (1)، ۱۳۳‑۱۴۷. https://doi.org/10.22059/ije.2017.61482
کاظمی آذرکاظمی‌آذر، فراهم، خلیلی، کیوان، رضایی، حسین ، و میرعباسی ‌نجف‌آبادی، رسول. (۱۴۰۴). ارزیابی عملکرد داده‌های باز تحلیلبازتحلیل ERA5  و ERA5-Land  در تخمین بارش ماهانه حوضه آبریز بالادست سد زاینده‌رود. مجله آبیاری و زهکشی ایران، ۱۹ (۱)، ۷۵-۸۷.
محمودی، پیمان، فتاحی، ابراهیم، حیدری، محسن، ریگی، اله بخشاله‌بخش، انصاری، عاطفه، قائمی، علیرضا و رضاییرضائی، جبار . (۲۰۲۵). تحلیل روند نمایه‌هاینمایه های فرین بارشی در حوضه آبریز خلیج‌فارسخلیج فارس و دریای عمان درعماندر جنوب ایران. مجله مخاطرات محیط طبیعی، ۳ (۶)، ۲۳‑۴۲. https://doi.org/10.22111/jneh.2025.48651.2043
 نبوی، سید نوید، علیزاده، امین ، و فریدحسینی، علیرضا. (۱۳۹۹). ارزیابی منابع آب زیرزمینی با استفاده از داده‌های ثقل‌سنجی ماهواره‌ای GRACE (مطالعه­ موردی: خراسان رضوی).­ مجله آبیاری و زهکشی ایران، ۱۴ (۳)، ۸۵۵‑۸۶۶ https://doi.org/20.1001.1.20087942.1399.14.3.11.8
هدایت، سید جوادسیدجواد، ابراهیم خوسفی، محسن، امیدوار، کمال ، و شریفی‌پیچون، محمد. (۱۴۰۳). بررسی عوامل مؤثرموثر بر تغییرات منابع آب سطحی و زیرزمینی با استفاده از محصولات ماهواره‌ای (مطالعه موردی: کابل‑افغانستان). فصلنامه آب و توسعه پایدار، ۱۱ (۱) ، ۱۳‑۲۴. https://doi.org/10.22067/jwsd.v11i1.2312‑1291
Hassler, B., & Lauer, A. (2021). Comparison of reanalysis and observational precipitation datasets including ERA5 and WFDE5. Atmosphere, 12(11), 1462. https://doi.org/10.3390/atmos12111462
Safaei, V., Zarrin, A., Mosaedi, A., & Dadashi‑Roudbari, A. (2025). Intensifying droughts and their relationship with temperature and precipitation extremes in Iran. Theoretical and Applied Climatology, 1-20. https://doi.org/10.1007/s00704-025-05663-0.
Wiese, D. N., Yuan, D.-N., Boening, C., Landerer, F. W., & Watkins, M. M. (2023). JPL GRACE and GRACE-FO Mascon Ocean, Ice, and Hydrology Equivalent Water Height JPL RL06.3Mv04 (Version RL06.3Mv04). PO.DAAC. https://doi.org/10.5067/TEMSC-3MJ634.
مخاطرات محیط طبیعی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 23 مرداد 1405

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 07 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری: 20 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش: 23 مرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار: 23 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار: 23 مرداد 1405

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار