مقايسه روش‌هاي پارامتري و ناپارامتري محاسبه شاخص بارش استاندارد شده (SPI) در پايش خشكسالي (مطالعه موردي: حوضه گرگانرود)

A comparison of parametric and non-parametric methods of standardized precipitation index (SPI) in drought monitoring (Case study: Gorganroud basin)

شاخص بارش استاندارد شده (SPI) مرسوم ­ترين شاخص پايش خشكسالي است. محاسبه اين شاخص به طور معمول بر اساس برازش توزيع گاما بر روي اطلاعات بارش انجام مي‌شود؛ اما مطالعات نشان داده‌اند كه براي پايش دقيق‌تر خشكسالي بايد توزيع بهينه بارش در هر ماه تعيين گردد. از طرف ديگر در سري‌هاي زماني ناايستاي بارش، امكان تعيين صحيح پارامترهاي توزيع‌هاي احتمالاتي وجود ندارد. از اين ‌رو در سال‌هاي اخير شاخص ناپارامتري SPI معرفي شده كه در آن يك توزيع احتمال تجربي، جايگزين توزيع پارامتري گرديده است. با اين وجود در مطالعات داخلي هم چنان توجه كافي به استفاده از شاخص­ هاي ناپارامتري خشكسالي نشده است. از اين‌رو در اين مقاله كارايي شاخص ناپارامتري SPI در پايش خشكسالي حوضه گرگانرود بين سال‌هاي آبي 1352- 1351 تا 1386- 1385 ارزيابي و نتايج آن با شاخص پارامتري SPI مقايسه شد. همچنين بسته نرم افزاري SDAT براي محاسبه شاخص‌هاي ناپارامتري خشكسالي معرفي گرديد. نتايج اين تحقيق نشان داد كه دو سري زماني حاصل از رويكرد پارامتري بر اساس بهترين توزيع احتمالاتي و رويكرد ناپارامتري به خوبي بر هم منطبق هستند به نحوي كه ضريب همبستگي بين دو سري زماني برابر يك بوده و وقايع خشكسالي را به صورت همزمان شناسايي كرده­اند. بر اساس شاخص SPI12 در هر دو رويكرد پارامتري و ناپارامتري طولاني‌ترين خشكسالي در حوضه بين بهمن 1361 تا اسفند 1362 به مدت 14 ماه رخ داده است كه در اين دوره، حوضه درگير يك خشكسالي شديد بوده است.

The Standardized Precipitation Index (SPI) is the most common index for drought monitoring. Although the calculation of this index is usually done by using the gamma distribution fitting of precipitation data, studies have shown that for accurate monitoring of drought, the optimal distribution of precipitation in each month should be determined. On the other hand, in non-stationary time series, it is not possible to determine the proper parameters of probability distributions. Hence, in recent years, the non-parametric SPI has been introduced, in which the parametric distribution is replaced by an empirical probability distribution. However, in national studies, there is still insufficient attention to non-parametric drought indicators. Therefore, in this paper, the performance of the nonparametric SPI was evaluated for drought monitoring over Gorganroud basin during 1972 to 2015 and the results were compared with the parametric SPI. The SDAT software package was also introduced to calculate nonparametric drought indices. The results of this study showed that time series of the parametric approach based on the best probability distributions and the nonparametric approach are well correlated with each other. The correlation coefficient between the two-time series is equal to one. Drought events have been detected at the same time based on the two approaches. Based on the SPI12 in both parametric and non-parametric approaches, the longest drought occurred in the basin between February 1983 and March 1984 for a period of 14 months, during this period, the basin suffered severe drought.