شناسایی و تحلیل ویژگی های امواج گرمایی ایران بر پایه شاخص های چندگانه

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشگاه شهید بهشتی، مرکز مطالعات سنجش از دور و GIS

2 پژوهشگر پسادکتری دانشگاه شهید بهشتی، مرکز مطالعات سنجش از دور و GIS

3 استادیار دانشگاه شهید بهشتی، مرکز مطالعات سنجش از دور و GIS

4 کارشناس ارشد دانشگاه شهیدبهشتی، مرکز مطالعات سنجش از دور و GIS

چکیده

امواج گرما یکی از مخاطرات مهم آب‌وهوایی به شمار ‌می‌روند که می‌توانند پیامد‌های جدی برای جوامع انسانی و اکوسیستم‌ها به همراه داشته باشند. روند فزاینده‌ی دمای جهانی، لزوم بررسی دقیق‌تر این پدیده را بیش از پیش نمایان ساخته است. در این پژوهش با استفاده از داده‌های ۳۰ ساله (۱۹۹۵–۲۰۲۴) دمای بیشینه و کمینه روزانه، آستانه‌های محلی موج گرما بر پایه صدک ۹۰ام و با به‌کارگیری تابع چگالی احتمال تعیین شد. سپس پنج ویژگی موج گرما شامل تعداد رخداد، تعداد روز‌های موج، بزرگی رخداد، اوج دمایی، طولانی‌ترین دوره پیوسته در گستره ایران استخراج گردید. سپس توزیع مکانی هر شاخص به همراه نواحی بحرانی شنایی شدند و روند‌های زمانی با آزمون من–کندال و روش شیب سنس ارزیابی شد. نتایج نشان داد که علاوه بر گستره‌های کویری و جنوب شرقی(حوضه‌های آبریز کویر لوت، مرکزی، بلوچستان جنوبی، هامون)، نواحی مرتفع زاگرس به‌ویژه در حوضه طشک–بختگان نیز از نظر «تعداد رخداد» و «تعداد روز موج» در معرض خطر فراوانی قرار دارند. در دشت‌های پست جنوب غرب و جنوب‌شرق (جلگه خوزستان، حوضه آبریزکویر لوت، هامون، بلوچستان) شدت موج گرما براساس اوج دمای بیشینه (کمینه) در برخی سال‌ها بیش از°C ۵۰ (°C ۴۰) بوده است. تحلیل روند‌های زمانی حاکی از افزایش معنادار در تمام ویژگی‌های امواج گرما به ویژه تعداد رخداد‌ها و تعداد روز‌های موج گرما (شیب متوسط حدود ۰.۲۴ رخداد و1.2 روز در سال) در بیشتر نواحی بود. همچنین، سواحل شمال و جنوب (خلیج فارس)کشور تا حدودی از افزایش پایداری موج گرما در روز در امان بوده اما تعداد رخداد موج‌های شبانه روندی افزایشی داشته است. علاوه براین، یافته‌ها نشان داد بالاترین میانگین‌ها در هر ویژگی در بلندمدت مربوط به هشت سال آخر بازه مطالعاتی به ویژه 2024 بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Identification and Analysis of Heatwave Characteristics in Iran Based on Multiple Indices

نویسندگان [English]

  • Alireza Shakiba 1
  • Neda Esfandiari 2
  • Babak Mirbagheri 3
  • Ehsan Allahgholipour 4
1 Associate Professor, Center for Remote Sensing and GIS Research, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Postdoc Researcher, Center for Remote Sensing and GIS Research, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Center for Remote Sensing and GIS Research, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
4 MSc. of GIS, Center for Remote Sensing and GIS Research, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Heatwaves are among the most critical climate-related hazards, posing serious risks to human societies and ecosystems. The accelerating pace of global warming highlights the need for detailed investigations of this phenomenon. In this study, daily maximum and minimum temperature data for 30 years (1995–2024) were used to identify local heatwave thresholds based on the 90th percentile and probability density functions. Five major heatwave characteristics: number of events, number of heatwave days, magnitude, amplitude, and longest duration were extracted across Iran. Their spatial distribution and hotspot regions were identified, and temporal trends were assessed using the Mann–Kendall test and Sen’s slope estimator. Results show that, in addition to arid and southeastern regions (e.g., Lut Desert, Central Plateau, Southern Baluchestan, Hamun basins), high-altitude areas of the Zagros Mountains—particularly the Tashk–Bakhtegan basin—are highly exposed in terms of heatwave frequency and duration. In the lowland plains of the southwest and southeast (e.g., Khuzestan, Lut Desert, Hamun, Baluchestan), heatwave intensity has in some years exceeded 50 °C (maximum) and 40 °C (minimum). Trend analysis revealed statistically significant increases in all heatwave characteristics, especially in the number of events and days, with average slopes of ~0.24 events and 1.2 days per year across most regions. While northern and southern coastal areas (e.g., Persian Gulf coast) have remained relatively unaffected by persistent daytime heatwaves, nighttime events show a clear increasing trend. Moreover, the highest long-term averages for all characteristics occurred during the last eight years of the study period, particularly in 2024.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heatwave Characteristics
  • Probability Density Function (PDF)
  • Temporal Trend
  • Critical Points
  • Maximum and Minimum Temperature
  • Iran

مراجع

اسماعیلی، حسین، روشنی، احمد، و پرک، فاطمه. (۱۳۹۷). تغییر‌پذیری فرین‌های اقلیمی بر اساس شاخص‌های ترکیبی و امواج گرمایی در گستره حوضه‌های آبریز کشور. نشریه هواشناسی و علوم جوّ، ۱(۲)، ۹۷–۱۱۳ https://www.ims-jmas.net/article_105242.html
اسمعیل‌نژاد، مرتضی، خسروی، محمود، علیجانی، بهلول، و مسعودیان، سید ابوالفضل. (۱۳۹۲). شناسایی امواج گرمایی ایران. نشریه جغرافیا و توسعه، ۱۱(۳۳)، ۳۹–۵۴.
علوی‌نیا، سیدحسن، و زارعی، مهدی. (۱۴۰۱). واکاوی روند تغییرات فرین‌های دما تحت تأثیر سناریو‌های آینده به‌منظور ارزیابی نوسانات اقلیمی) مطالعه‌ی موردی: ایستگاه‌های همدیدی سنندج و سقز. مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، ۱۱(۴۱)، ۱–۱۶. https://jargs. hsu.ac.ir/article_161521. html
بیجندی، مجید، دریاباری، سیدجمال الدین، رنجبر، عباس، و اربابی‌سبزواری، آزاده. (۱۴۰۱). رخداد‌های فرین امواج سرمایی و گرمایی مناطق شمال شرقی ایران طی دوره ۲۰۲۱–۲۰۰۱. پژوهش‌های اقلیم‌شناسی، ۱۴۰۱(۵۰)، ۴۱–۶۰. https://clima.irimo.ir/article_156650. html
درگاهیان، فاطمه، حیدرنژاد، سمیه، و رضوی‌زاده، سمانه. (۱۴۰۰). بررسی روند تغییرات ویژگی‌های امواج گرمایی مرتبط با تغییر اقلیم مطالعه موردی: شهرستان یزد. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، ۲۸(۳)، ۵۶۴–۵۷۷. https://doi.org/10.22092/ijrdr. 2021.125020
دوستکامیان، مهدی، حقیقی، اسماعیل، و بوربوری، رضا. (۱۳۹۶). واکاوی و شناسایی تغییرات مکانی پهنه‌های گرم و سرد دمایی ایران طی دوره‌های مختلف. جغرافیا و مخاطرات محیطی، ۶(۲)، ۱۴۱–۱۶۲. https://doi.org/10.22067/geo. v6i2.59678
جهانبخش، سعید، قویدل، فاطمه، و اشجعی، محمد. (۲۰۱۵). شناسایی، طبقه‌بندی و تحلیل همدیدی امواج گرمایی به‌منظور کاهش مخاطرات انسانی در شمال غرب ایران. مدیریت مخاطرات محیطی، ۲(۴)، ۳۷۷–۳۹۱. https://doi.org/10.22059/jhsci. 2015.58265
قاسمی‌فر، الهام، و ناصری‌پور، سمیه. (۱۳۹۶). تحلیل سینوپتیکی امواج گرما و سرما در سواحل جنوبی دریای خزر. فصلنامه علمی-پژوهشی اطلاعات جغرافیایی سپهر، ۲۶(۱۰۳)، ۱۳۷–۱۴۶. https://doi.org/10.22131/sepehr. 2017.28899
کرم‌پور، مصطفی، رفیعی، جعفر، و جعفری، ایوب. (۲۰۱۷). شناسایی و تحلیل سینوپتیکی امواج گرمایی غرب ایران (ایلام، خوزستان، لرستان، کرمانشاه). مدیریت مخاطرات محیطی، ۴(۳)، ۲۶۳–۲۷۹. https://doi.org/10.22059/jhsci. 2018.246557.296
حمیدیان‌پور، محسن، نظری‌پور، حمید، خزاعی‌فیض‌آباد، الناز. ، فرزانه، مهسا. ، و فیروزه، صدیقه. (۱۴۰۲). تعیین نقطه تغییر آستانه‌های دمایی امواج گرمایی و سرمایی در ایران زمین طی دوره آماری ۱۹۶۶–۲۰۱۸. مخاطرات محیط طبیعی، ۱۲(۳۷)، ۱۳۳–۱۵۰. https://doi.org/10.22111/jneh. 2023.44464.1940
رضایی، فرشته، احمدی، محمود، و شکیبا، علیرضا. (۱۳۹۸). شبیه‌سازی آستانه دمایی موج گرما طی دوره گرم سال در ایران بر اساس سناریو‌های RCP در بازه زمانی (۲۰۱۶–۲۰۴۵). پژوهش‌های دانش زمین، ۱۰(۳)، ۲۳۱–۲۴۱. https://doi.org/10.52547/esrj. 10.3.231
زرین، آذر، و داداشی‌رودباری، عباسعلی. (۱۴۰۰). پیش‌نگری دمای ایران در آینده نزدیک (۲۰۴۰–۲۰۲۱) بر اساس رویکرد همادی چندمدلی CMIP6. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، ۵۳(۱)، ۷۵–۹۰. https://doi.org/10.22059/jphgr. 2021.308361.1007551.
Abbasnia, M. (2019). Climatic characteristics of heat waves under climate change: a case study of mid-latitudes, Iran. Environment, Development and Sustainability, 21(2), 637–656.https://doi.org/10.1007/s10668-017-0052-4
Abbasnia, M., Tavousi, A., & Khosravi, M. (2016). Identification and analysis of heat waves in Iran during 1981–2010: Spatial and temporal variations. Journal of Spatial Analysis & Environmental Hazards, 13, 11–23.
Ansari, A. , Mahmoudi, P. , & Nazaripour, H. (2024). Observed changes in the characteristics of heat waves in hot and dry regions of Iran. Idojaras – Quarterly Journal of the Hungarian Meteorological Service, 128(4), 473–496.
Barton, L., & Greig, D. (2019). Using dynamic heat thresholds to assess heatwave events in the context of climate change. Environmental Research Letters, 14(10), 104018.https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab3c74
Barreca, A., Deschênes, O., Greenstone, M., & Shapiro, J. (2016). The effect of absolute versus relative temperature on health and the environment: Evidence from Italy, 2001–2015. Environmental Research Letters, 11(5), 054001.
Beyraghdar Kashkooli, O., Karimian, S., & Modarres, R. (2022). Spatiotemporal variability of the Persian Gulf and Oman Sea marine heatwaves during 1982-2020. Marine Pollution Bulletin, 184, 114174.https://doi.org/10.1016/j. marpolbul. 2022.114174
Bonshoms, M., Ubeda, J., Liguori, G. et al. (2022). Validation of ERA5-Land temperature and relative humidity on four Peruvian glaciers using on-glacier observations. J. Mt. Sci. 19, 1849–1873. https://doi.org/10.1007/s11629-022-7388-4
Climate Central. (2024, August 7). Analysis: Climate change is increasing the danger of nighttime temperatures across the globe. Climate Central.
De Polt, K., et al. (2023). Quantifying the impact of relevant heatwave durations. Environmental Research Letters, 18(10), 104005.
Fallah Ghalhari, G., Farhang Dehghan, S., Akhlaghi Pirposhteh, E., & Asghari, M. (2021). Trend analysis and temporal and spatial distribution of wet bulb globe temperature as a heat stress index in Iran during the summer season over 30 years. Journal of Environmental Health and Sustainable Development, 6(4), 1476–1493.https://doi.org/10.18502/jehsd. v6i4.8153
Fatahian, M., Hejazizadeh, Z., Karbalaee, A. R., Shahidinia, H., & Wang, J. (2025). Spatio Temporal Analysis of Changes in the Iranian Summer Subtropical High Pressure System from a Climate Change Perspective. Atmosphere, 16(3), 273.https://doi.org/10.3390/atmos16030273
Gao, J. , et al. (2015). Impact of extreme high temperature on mortality and regional level definition of heat wave: a multi-city study in China. Science of the Total Environment, 505, 535–544.
Hanna, E. G. , Kjellstrom, T. , Bennett, C. , & Dear, K. (2010). Climate Change and Rising Heat: Population Health Implications for Working People in Australia. Asia Pacific Journal of Public Health, 23(2_suppl), 14S-26S. https://doi.org/10.1177/1010539510391457
Hirsch, A. L., et al. (2022). Changes in land–atmosphere coupling increase compound drought and heatwave risk. Nature Communications, 13, Article 2380.https://doi.org/10.1038/s41467-022-00325-8
Intergovernmental Panel on Climate Change (2012), Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation. A Special Report of Working Groups I and II of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by C. B. Field et al., 52 pp., Cambridge Univ. Press, Cambridge, U.K., and New York.
Jangi, M. R., Zarrin, A., Mofidi, A., & Dadashi-Roudbari, A. (2024). Intensifying heatwave trends in Iran based on observational data using the excess heat factor (EHF). Natural Hazards, 120(2), 2073-2090.
Joyce, P.W.S., Tong, C.B., Yip, Y.L. et al. Marine heatwaves as drivers of biological and ecological change: implications of current research patterns and future opportunities. Mar Biol 171, 20 (2024). https://doi.org/10.1007/s00227-023-04340-y
Kamangar, M., Ahmadi, M., Rabiei-Dastjerdi, H., & Hazbavi, Z. (2025). Ensemble modeling of extreme seasonal temperature trends in Iran under socio‑economic scenarios. Natural Hazards, 121, 1265–1288.
Kodra, E., & Ganguly, A. (2014). Asymmetry of projected increases in extreme temperature distributions. Scientific Reports, 4, 5884.https://doi.org/10.1038/srep05884
Meehl, G. A. , Tebaldi, C. , Tilmes, S. , Lamarque, J. -F. , Bates, S. , Pendergrass, A. , & Lombardozzi, D. (2018). Future heat waves and surface ozone. Environmental Research Letters, 13(6), 64004.https://doi.org/10.1088/1748-9326/aabcdc
Mojarrad, F., Masoompour, J., & Rostami, T. (2015). Statistical–Synoptic Analysis of Heat Waves above 40°C in the West of Iran. Geography and Environmental Hazards, 13, 11–23.
Muñoz Sabater, J. , Dutra, E. , Agustí Panareda, A. , Albergel, C. , Arduini, G. , Balsamo, G. , … Thépaut, J. N. (2021). ERA5 Land: a state-of-the-art global reanalysis dataset for land applications. Earth System Science Data, 13(9), 4349–4383.
Müller, V., et al. (2024). Evening humid heat maxima near the southern Persian/Arabian Gulf. Communications Earth & Environment.
National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). (2023). Thermal Properties of Water and Coastal Temperature Moderation. NOAA JetStream.
Nuttall, J. G. , O’Leary, G. J. , Khimashia, N. , Asseng, S. , Fitzgerald, G. , & Norton, R. (2012). ‘Haying-off’ in wheat is predicted to increase under a future climate in south-eastern Australia. Crop and Pasture Science, 63(7), 593–605.
Oke, T. R. (1987). Boundary Layer Climates (Chapter on Coastal Climates). Routledge.
Orlov, A. , Sillmann, J. , Aaheim, A. , Aunan, K. , & de Bruin, K. (2019). Economic Losses of Heat-Induced Reductions in Outdoor Worker Productivity: a Case Study of Europe. Economics of Disasters and Climate Change, 3(3), 191–211.
Perera, A. T. D., Nik, V. M., Chen, D., Scartezzini, J. -L., & Hong, T. (2020). Quantifying the impacts of climate change and extreme climate events on energy systems. Nature Energy, 5(2), 150–159.https://doi.org/10.1038/s41560-020-0558-0
Perkins, S. E. (2015). A review on the scientific understanding of heatwaves—Their measurement, driving mechanisms, and changes at the global scale. Atmospheric Research, 164–165, 242–267.https://doi.org/10.1016/j. atmosres. 2015.05.014
Perkins, S. E., & Alexander, L. V. (2013). On the Measurement of Heat Waves. Journal of Climate, 26(13), 4500–4517.
Poulos, G., & Zhong, S. (2008). An Observational History of Small-Scale Katabatic Winds in Mid-Latitudes. Geography Compass, 2, 1798–1821.https://doi.org/10.1111/j. 1749-8198.2008.00166. x
Raei, E. , Nikoo, M. , AghaKouchak, A. , & GHWR. (2018). GHWR, a multi-method global heatwave and warm-spell record and toolbox. Scientific Data, 5, 180206.https://doi.org/10.1038/sdata. 2018.206
Ren, Y. , Liu, J. , Zhang, T. , Shalamzari, M. J. , Arshad, A. , Liu, T. , Willems, P. , Gao, H. , Tao, H. , & Wang, T. (2023). Identification and Analysis of Heatwave Events Considering Temporal Continuity and Spatial Dynamics. Remote Sensing, 15(5), 1369.https://doi.org/10.3390/rs15051369
Seneviratne, S. I. , Donat, M. G. , & Chéruy, F. (2013). A review of the global impacts of extreme heat events and the implications for climate change adaptation. Nature Climate Change, 3(8), 559–563.https://doi.org/10.1038/nclimate1857
Sharifi, M. , & Ehteram, N. (2016). Spatial-temporal analysis of heat waves in Iran over the last three decades (1981–2010). Natural Environment Change, 2(1), 29–38.
Smith, J., & Zhang, L. (2018). Analysis of temperature extremes using the probability density function (PDF) approach in climate studies. Journal of Climate Research, 34(2), 101-113.https://doi.org/10.1002/jcr. 2345
Stefanon, M., D’Andrea, F., & Drobinski, P. (2012). Heatwave classification over Europe and the Mediterranean region. Environmental Research Letters, 7(1), 014023.https://doi.org/10.1088/1748-9326/7/1/014023
Sutanto, S.J., Zarzoza Mora, S.B., Supit, I. et al. Compound and cascading droughts and heatwaves decrease maize yields by nearly half in Sinaloa, Mexico. npj Nat. Hazards 1, 26 (2024). https://doi.org/10.1038/s44304-024-00026-7
Velikou, K., Lazoglou, G., Tolika, K., & Anagnostopoulou, C. (2022). Reliability of the ERA5 in Replicating Mean and Extreme Temperatures across Europe. Water, 14(4), 543.https://doi.org/10.3390/w14040543
Vogel, M. M. , Zscheischler, J. , Fischer, E. M. , & Seneviratne, S. I. (2020). Development of Future Heatwaves for Different Hazard Thresholds. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125(9), e2019JD032070.https://doi.org/10.1029/2019JD032070
Wang, Y., & Liu, J. (2024). Impacts of Massive Topographies on Heat Waves in Global Drylands. Geophysical Research Letters, 51(8), e2024GL109979.
Wu, S., Luo, M., Zhao, R., et al. (2023). Local mechanisms for global daytime, nighttime, and compound heatwaves. npj Clim Atmos Sci, 6, 36.https://doi.org/10.1038/s41612-023-00365-8
Yousefi-Kebriya, A., Nadi, M., Afaridegan, E., et al. (2025). Wetland shrinking and dust pollution in Khuzestan, Iran: insights from Sentinel-5 and MODIS satellites. Scientific Reports, 15, 13626.https://doi.org/10.1038/s41598-025-96935-2
Zhai, J. , Xue, X. , Li, W. , et al. (2024). Heatwave magnitude quantization and impact factors analysis over the Tibetan Plateau. npj Climate and Atmospheric Science, 7, Article 85.
Zhao, M., Lee, J. K. W., Kjellstrom, T., & Cai, W. (2021). Assessment of the economic impact of heat-related labor productivity loss: a systematic review. Climatic Change, 167(1), 22. https://doi.org/10.1007/s10584-021-03160-7.
مخاطرات محیط طبیعی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 26 شهریور 1404

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری: 12 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش: 26 شهریور 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 26 شهریور 1404
  • تاریخ انتشار: 26 شهریور 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار