پایش و پیش‌بینی عوامل اقلیمی مؤثر بر تحرک‌پذیری تپه‌های ماسه‌ای با استفاده از شاخص لنکستر(مطالعه موردی: کویر سیرجان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تهران

2 کارشناس هیدرو اقلیم - مهندسین مشاور آبخوان

چکیده

تپه‌­های ماسه‌­ای از مهم‌ترین و حساس­‌ترین لندفرم‌های حساس به فرسایش بادی هستند که میزان فعالیت آن‌ها بسته به‌شدت تأثیر عوامل متعدد اقلیمی و زمینی، متفاوت است. پایش بلندمدت این عوامل به همراه وضعیت تحرک‌­پذیری ماسه­‌های روان در مناطق مختلف می‌­تواند اثر قابل‌­توجهی بر کاهش اثرات نامطلوب آن‌ها داشته باشد. ﻣﺤﺪوده ﻣﻄﺎﻟﻌﺎﺗﻲ؛ کویر سیرجان در استان کرمان، ﺷﻬﺮﺳﺘﺎن سیرجان ﻗﺮار دارد. به این منظور، از داده­‌های ساعتی سرعت باد، کد پدیده‌­های گردوغبار، بارندگی و دمای هوای ایستگاه سینوپتیک سیرجان در دوره آماری ۱۳۹۰ تا ۱۳۹۹ استفاده شد. داده­‌های بارندگی و دما برای محاسبه مقدار تبخیروتعرق به روش تورنت­وایت استفاده شد. پس از محاسبه درصد فراوانی بادهای فرساینده و شاخص خشکی، با بهره­‌گیری از شاخص لنکستر وضعیت تحرک‌­پذیری ماسه­‌های روان در منطقه مورد واکاوی قرار گرفت. به‌منظور پیش‌­بینی اثر تغییر احتمالی عوامل اقلیمی بر تحرک‌­پذیری ماسه‌­های روان از آزمون تحلیل حساسیت استفاده شد. نتایج نشان داد حدود ۹۰% از سال­‌های آماری از نظر اقلیمی در معرض خطر بیابان‌­زایی بسیار شدید بوده است. بر این ­اساس، با کاهش مقدار شاخص خشکی یونپ و افزایش خشکی محیط بر میزان تحرک‌­پذیری ماسه در کل منطقۀ مطالعاتی افزوده‌شده و خطر بیابان‌­زایی در منطقه تشدید می‌­شود. مقادیر شاخص سالیانه لنکستر در این ایستگاه نشان­‌دهنده این است که وضعیت تپه­‌های ماسه­‌ای به‌صورت فعال  فقط در نوک ­تپه است. براساس تحلیل حساسیت مشخص شد که در صورت افزایش ۳۰% فراوانی بادهای فرساینده و تبخیروتعرق پتانسیل، فعالیت تپه‌­های ماسه‌­ای به میزان ۶۹% افزایش خواهد یافت و از حالت فعال فقط در نوک تپه به فعال تبدیل‌شده و وضعیت فعالیت تپۀ ماسه‌­ای در ایستگاه مطالعاتی در اثر کاهش توأم دو پارامتر یادشده به همان مقدار، فعالیت تپه‌­های ماسه‌­ای ۵۱% کاهش و از حالت فعال فقط در نوک تپه به غیرفعال تغییر خواهد یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Monitoring and forecasting of climatic factors affecting the mobility of sand dunes using Lancaster index (Case study: Sirjan desert)

نویسندگان [English]

  • Mahin Hanifepour 1
  • Laila Biabani 1
  • Hassan Khosravi 1
  • Behrooz Akbarpoor Bonab 2
1
2 Expert in Hydro climate, Abkhan Consulting Engineers, Tehran, Iran
چکیده [English]

Introduction
Sand dunes are one of the most important landforms sensitive to wind erosion, the extent of which varies depending on the severity of the impact of various climatic and environmental factors. Sand dunes cover large areas of the land and are located mainly in arid areas. Long-term monitoring of these factors along with the mobility of sands dune in different areas can have a significant effect on reducing their adverse effects. Most of the stabilized sand dunes were most active in the late glacial period.  Vegetation is one of the factors modulating and weakening the action of wind on sand, the growth of which can lead to the stabilization of sand dunes.
The phenomenon of moving sand dunes as one of the important processes of land degradation is a serious challenge in Iran. Therefore, studying and recognizing these factors in terms of their impact on the occurrence and intensification of mobility of sand dune is an undeniable necessity to prevent the aggravation of environmental crises in the future. Knowing the status of sand dunes can help us to protect them.
 
Materials and Methods
The study area, Sirjan desert, is located in Kerman province. For this purpose, for the present study, the average monthly values of climatic elements such as temperature, rainfall, hourly data related to the horizontal field of view, wind speed and direction and the code of various dust phenomena are required. In total, 100 meteorological codes (99-00) have been defined by the World Meteorological Organization for various phenomena, of which the code of 10-code represent local dust and one code (06) represents extraterrestrial events. To examine wind data including monitoring time and date, wind direction and speed, field of view and dust phenomena code including codes of 6, 7, 8, 9, 30, 31, 32, 33, 34 and 35 for statistical period 10 year (2011-2020) has been obtained from the Meteorological Organization of the country. In order to determine the direction of local dusty winds, hourly data related to speed and wind.  direction in local dusty hours were used. While to determine the direction of trans-local winds from the data related to code 06 was used, which indicates dust originating from outside the station. Rainfall and temperature data were used to calculate the amount of evapotranspiration by the Torrent White method. After calculating the percentage of erosive winds and drought index, the mobility status of sand dunes in the area was investigated using the Lancaster index. Sensitivity analysis test was used to predict the effect of possible change of climatic factors on the mobility of moving sand dunes.
 
Discussion and results
On a monthly basis, the maximum speed of the strongest wind in the study area is in July. The prevailing wind direction in most months of the year is southeast. The highest and lowest frequencies of dusty days occurred in April and September, respectively. The results of wind speed frequency classification showed that about 89% of winds were blown at a speed of less than 6 m /s. The results of the analysis of the relationship between Lancaster index and the number of local dusty days showed that the impact of local dusty days from sand dune activity studies was 42% in the study area. The results of correlation analysis between climatic variables of sand mobility index showed that there is a significant negative relationship between rainfall and sand dunes activity in Sirjan desert synoptic station. As during the statistical period, the decrease in rainfall has increased the amount of sand dunes mobility index. Two-variable regression analysis between Lancaster index and drought index showed that there was a statistically significant relationship at 95% confidence level between these variables. In other words, 65% increase in wind sediment activity was due to changes in climatic conditions due to changes in rainfall and evapotranspiration potential of this region. About 90% of the statistical years were at high risk of desertification in terms of climate. Accordingly, with decreasing the amount of UNEP drought index and increasing environmental drought, the mobility of sand dunes in the whole study area and the risk of desertification will increase. The annual Lancaster index values at this station indicate that the status of active sand dunes is only at the top of the sand dunes. Based on the sensitivity analysis, it was found that if the frequency of erosive winds and evapotranspiration increases by 30%, the activity of sand dunes will increase by 69%. In other words, the active state of just at the top of the sand dines will change to the active sand dune state. Due to the combined reduction of the two mentioned parameters by the same amount, the activity of sand dunes will decrease by 51% and will change from active only at the top of the sand dunes to inactive.
 
Conclusion
In the study area, most forms of sand dunes are active type, and 90% of the statistical years were at high risk of desertification in terms of climate.  Around 65% of the increase in wind sediment activity was due to changes in climatic conditions due to changes in rainfall and potential evapotranspiration in this region.  It is predicted that the combined change of climatic elements, especially the speed of erosive winds and evapotranspiration in the future can affect the intensity of desertification in this region of the country.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lancaster Index
  • Desertification
  • Sensitivity Analysis
  • Sirjan Desert
  1. ابراهیمی­خوسفی، زهره، خسروشاهی، محمد، نعیمی، مریم، زندی­فر، سمیرا، (1398)، ارزیابی و پایش تغییرات رطوبت تالاب میقان با استفاده از تکنیک دورسنجی و ارتباط آن با شاخص­های خشکسالی هواشناسی. سنجش­ازدور و سامانه­ی اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، دوره 10، شماره­ 2، صص 14 -1.
  2. ابطحی، سیدمرتضی و خسروشاهی، محمد، (1384)، قلمرو بیابان­های استان اصفهان از جنبه اقلیم شناسی، تحقیقات مرتع و بیابان ایران، دوره 12، شماره  3 (پیاپی 20)، صص 262-249.
  3. احمدی بیرگانی، حسام، (1387)، شبیه‌سازی حرکت تپۀ ماسه‌ای به کمک روش‌های تجربی و عددی (مطالعۀ موردی: ارگ ریگ بلند کاشان)، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد مهندسی منابع طبیعی -بیابان‌زدایی، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران.
  4. امیدوار، کمال و نکونام، زری، (1390)، کاربرد گلباد و گل­غبار در تحلیل پدیده گردوخاک و تعیین رژیم فصلی بادهای همراه با این پدیده (مطالعه موردی: شهر سبزوار)، پژوهش­های جغرافیای طبیعی (پژوهش­های جغرافیایی)، تابستان 1390، دوره 43، شماره 76، صص 104-85.
  5. انصافی­مقدم، طاهره، (1386)، ارزیابی چند شاخص خشکسالی اقلیمی و تعیین مناسب‌ترین شاخص در حوضه دریاچه نمک، تحقیقات مرتع و بیابان ایران، تابستان 1386، دوره 14، شماره  2 (پیاپی 27)، صص 288-271.
  6. تیموری، مهدی، عبدالهی مایوان، محبوبه، بتول­نژاد، حسن و گرایی، پرویز، (1390)، بررسی روند شاخص خشکی در ایران، اولین کنفرانس ملی خشکسالی و تغییر اقلیم، کرج، ایران.
  7. توکلی­فرد، اصغر، (1391)، مورفولوژی تپه­های ماسه­ای و ارتباط آن‌ها با رژیم باد (مطالعه موردی: ارگ کاشان). پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه کاشان، ایران.
  8. حسینی، مجید، خسروشاهی، محمد، عطاپور، عباس و کرمی، سیدعزیز، (1385)، معرفی و تعیین ویژگی­های بیابان­های اقلیمی و زمین‌شناسی در استان تهران، تحقیقات مرتع و بیابان ایران،دوره 13، شماره 2 - شماره پیاپی 2، صص 108 - 102
  9. حیدری نسب، مهدی، کرم، امیر، نگارش، حسین و پهلوانروی، احمد. (1397)، تحلیل مخاطرات ناشی از جابه‌جایی تپه‌های ماسه‌ای در دشت سیستان. مطالعات جغرافیایی مناطق خشک. ۱۳۹۷; دوره 9، شماره 34، ، صص 75-59.
  10. خسروشاهی، محمد، کاشکی، محمدتقی و انصافی مقدم، طاهره، (1388)، قلمرو بیابان­های اقلیم‌شناسی ایران، تحقیقات مرتع و بیابان ایران، بهار 1388، دوره 16، شماره 1 (پیاپی 34)، صص 113-96.
  11. شریفی پیچون، محمد، غفاریان، حمیدرضا و میری، زینب، (1399)، بررسی مورفولوژی تپه­های ماسه­ای و انطباق آن با داده­های باد در منطقه ریگ زرین، کاوش­های جغرافیایی مناطق بیابانی، دوره 8، شماره 1، صص 22-1.
  12. زندی فر، سمیرا، خسروشاهی، محمد، ابراهیمی خوسفی، زهره و نعیمی، مریم، (1399)، بهره­گیری از شاخص لنکستر برای واکاوی فعالیت تپه‌های ماسه‌ای در مناطق خشک و تحلیل حساسیت عوامل مؤثر بر آن (بررسی موردی: منطقه بوئین‌زهرا، قزوین)، مجله مدیریت بیابان، دوره 8، شماره 16، صص 16-1.
  13. کلینسلی، دانیل (1381)، کویرهای ایران و خصوصیات ژئومورفولوژیکی و پالئوکیماتولوژی آن(چاپ اول)، ترجمه: عباس پاشایی، تهران، انتشارات سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح، صص 328.
  14. محمدخان، شیرین، (1396)، بررسی وضعیت و روند تغییرات طوفان­های گردوغبار در ایران در دوره زمانی 1364 الی 1384، مرتع و آبخیزداری (منابع طبیعی ایران)، دوره 70، شماره 2، صص 514-495.
  15. مقصودی، مهران؛ پاریزی، اسماعیل و ویسی، عبدالکریم، (1394)، تحلیل مقایسه­ای ویژگی­های اکوژئومورفولوژیکی نبکاهای سیرجان و شهربابک؛ مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، دوره 6، شماره 22، صص 120-104.
  16. نظری سامانی، علی­اکبر، راهداری، محمدرضا و راهی غلامرضا، 1399، ارزیابی تغییرات مکانی فرسایش­پذیری بادی اراضی در حاشیه دریاچه ارومیه، نشریه مدیریت بیابان، دوره 8، شماره 15، صص 72-53.
  17. نعیمی، مریم، زندی فر، سمیرا، خسروشاهی، محمد، عشوری، پروانه و عباسی، حمیدرضا ، (1400)، بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر تحرک­پذیری تپه­های ماسه­ای در شهرستان سبزوار، نشریه مدیریت بیابان، دوره 9، شماره 2، صص 18-1.
  18. یاراحمدی، داریوش، نصیری، بهروز، خوش­کیش، اسدالله و نیکبخت، حاتم، (1393)، تأثیر نوسانات آب‌وهوایی بر رخداد پدیدۀ گردوغبار (مطالعۀ موردی گردوغبارهای غرب و جنوب­غرب ایران)، مجله علمی پژوهشی مهندسی اکوسیستم بیابان، دوره 3، شماره 5، صص 28-19.
  19. Abbasi, H.R., Opp, Ch., Groll, M., Gohardoust, A. (2019). Wind regime and sand transport in the Sistan and Registan regions (Iran/Afghanistan). Zeitschrift für Geomorphologie, 62(1), 41 -57
  20. Alexander, W. R. G., (2007). Locally-developed climate model verified. Water Wheel, 6(1), 27–29.
  21. Ashkenazy, Y. Yizhaq, H., Tsoar, H. (2012). Sand dune mobility under climate change in the Kalahari and Australian deserts, June 2012Climatic Change, 112(3), 1-23.
  22. Buckley, R. (1987). The effect of sparse vegetation on the transport of dune sand by wind. Nature 325, 426–428.
  23. Buckley, R., Sep. (1996). Effects of vegetation on the transport of dune sand. Annals of Arid Zone, 35 (3), 215–223.
  24. Del Valle, H, Rostagno, C, Coronato, F, et al. (2008). Sand dune activity in north-eastern Patagonia. Journal of Arid Environments, 72, 411–422.
  25. Fitzsimmons, K. E., Bowler, J. M., Rhodes, E. J., Magee, J. M., Jul. (2007a). Relationships between desert dunes during the late quaternary in the Lake Frome region, Strzelecki Desert, Australia. J. Quaternary Science, 22 (5), 549–558.
  26. Fitzsimmons, K. E., Rhodes, E. J., Magee, J. W., Barrows, T. T. (2007b). The timing of linear dune activity in the Strzelecki and Tirari Deserts, Australia. Quat. Sci. Rev. 26 (19-21), 2598–2616.
  27. Fryberger, S. G. (1979). Dune forms and wind regime. 137-169.In: McKee, E. D. (Eds.), a study of global sand seas, United States Geological Survey Professional Paper, 1052p.
  28. Ghahreman, N., & Bakhtiari, B. (2009). Solar radiation estimation from rainfall and temperature data in arid and semi-arid climates of Iran. Desert, 14(2), 141-150
  29. Hesse, P. P., Humphreys, G. S., Selkirk, P. M., Adamson, D. A., Gore, D. B., Nobes, C., Price, D. M., Schwenninger, J. L., Smith, B., Tulau, M., Hemmings, F.) 2003). Late Quaternary aeolian dunes on the presently humid Blue Mountains, eastern Australia. Quaternary Intertropical, 108, 13–32.
  30. Hoover, R. H., Gaylord, D. R., & Cooper, C. M. (2018). Dune mobility in the St. Anthony Dune Field, Idaho, USA: effects of meteorological variables and lag time. Geomorphology, 309, 29-37.
  31. Hugenholtz, C. H., Wolfe, S. A. (2005). Biogeomorphic model of dunefield activation and stabilization on the northern Great Plains. Geomorphology 70 (1-2), 53–70.
  32. Johanna C. S., Hamish A. M., & David T. N. (2008). Meteorological controls on sand transport and dune morphology in a polar-desert: Victoria Valley, Antarctica. Earth Surf. Process. Landforms 33, 1875–1891.
  33. Lancaster, N. (1988). Development of linear dunes in the southwestern Kalahari, southern Africa. J. Arid Environs 14, 233–244.
  34. Muhs, D. R., Maat, P. B. (1993). The potential response of eolian sands to greenhouse warming and precipitation reduction on the Great Plains of the USA. J. Arid Environs 25, 905–918.
  35. Okin, G. S. (2008). A new model of wind erosion in the presence of vegetation. J. Res.-Earth Surface 113, Journal of geophysical research, 113, F02S10, 1-11
  36. Rahdari, M.R., & Rodríguez-Seijo, A. (2021). Monitoring Sand Drift Potential and Sand Dune Mobility over the Last Three Decades (Khartouran Erg, Sabzevar, NE Iran), sustainability, 13, 1-16.
  37. Stone, A. E. C., Thomas, D. S. G. (2008). Linear dune accumulation chronologies from the southwest Kalahari, Namibia: challenges of reconstructing late Quaternary palaeoenvironments from aeolian landforms. Quat. Sci. Rev. 27, 1667–1681.
  38. Talbot, M. R. (1984). Late Pleistocene rainfall and dune building in the Sahel. Palaeoecology of Africa, 16, 203–214.
  39. Taniguchi, K., Endo, N., Sekiguchi, H. (2012). The effect of periodic changes in wind direction on the deformation and morphology of isolated sand dunes based on flume experiments and field data from the Western Sahara. Geomorphology, 179(15), 286-299.
  40. Thomas, D. S. G., Knight, M., Wiggs, G. F. S. (2005). Remobilization of southern African desert dune systems by twenty-first century global warming. Nature, 435, 1218–1221.
  41. Tsoar, H., Nov. (2005). Sand dunes mobility and stability in relation to climate. Physica A, 357 (1), pp50–56.
  42. Wang, X., Dong, Z., Liu, L., Qu, J. (2004). Sand sea activity and interactions with climatic parameters in the Taklimakan Sand Sea, China. Journal of Arid Environments. 57, 85–98.
  43. Wasson, R. J. (1984). Late Quaternary palaeoenvironments in the desert dune fields of Australia. In: Vogel, J. C. (Ed.), Late Cainozoic Palaeoclimates of the Southern Hemisphere. A. A. Balkema, Rotterdam, pp 419–432.
  44. Wasson, R. J., Nanninga, P. M. (1986). Estimating wind transport of sand on vegetated surfaces. Earth Surface Processes and Landforms 11 (55), 505–514.
  45. Wolfe, S. A., Nickling, W. C. (1993). The protective role of sparse vegetation in wind erosion. Prog. Phys. Geog. 17, 50–68.

Yizhaq, H., Ashkenazy, Y., & Tsoar, H. (2007), why do active and stabilized dunes coexist under the same climatic conditions? Physical Review Letters, 98 (18), 98–101.