الجزایر شمال غربی نوسانات بارندگی را بین دو دهه 1940 و 1990 از ناهنجاری های مثبت به منفی تجربه کرده است ، که نشان دهنده کاهش قابل توجه بارندگی در اواسط دهه 1970 است. بنابراین ، تجزیه و تحلیل بیشتر بارندگی در این منطقه برای بهبود استراتژی های مدیریت منابع آب مورد نیاز است. در این مطالعه ، ما مطالعات قبلی را با برخورد با حوضه های زیر که قبلاً در حوضه TAFNA (منطقه مورد مطالعه ما واقع در شمال غربی الجزایر) مورد بررسی قرار نگرفته اند ، و با استفاده از روشهای آماری اضافی (آزمون کروسکال-والیس ، آزمون Jonckheere-terpstra ، وآزمایش فریدمن) که قبلاً در مقیاس بزرگ (الجزایر شمال غربی) گزارش نشده بود. به منظور تجزیه و تحلیل همگن ، روندها و ثابت بودن در سری زمان بارندگی برای نه ایستگاه بارندگی در طی دوره 1979-2011 ، ما از چندین آزمایش آماری استفاده کرده ایم. نتایج نشان داد روند فزاینده ای برای بارندگی سالانه پس از استراحت در سال 2007 برای DJBEL Chouachi ، Ouled Mimoun ، ایستگاه های سیدی بنخالا با استفاده از تست های هوبرت ، پتیت و بوشند. آزمایش لی و هقینی در همان سال در سال 2007 استراحت را برای همه ایستگاه ها به جز ایستگاه های Sebdou ، Beni Bahdel و Hennaya که در سال 1980 دارای یک تاریخ استراحت هستند ، تشخیص داده است. ما این روند فزاینده را برای بارندگی با سایر روش های تشخیص روند تأیید کرده ایمبه عنوان روش مان کندال و سن که روند صعودی را برای همه ایستگاه های فصل پاییز برجسته می کند ، که عمدتاً به دلیل افزایش بارندگی در ماه سپتامبر و اکتبر است. در مقیاس ماهانه ، تاریخ پارگی با یک ایستگاه به ایستگاه دیگر متفاوت است زیرا سری زمانی همگن نیست. علاوه بر این ، ما از سه آزمایش استفاده کرده ایم که نتایج بیشتری را امکان پذیر می کند: (i) آزمون Jonckheere-terpstra روند صعودی را برای دو ایستگاه (Khemis و Hennaya) تشخیص داده است ، (ب) آزمون فریدمن تفاوت بین میانگین رتبه با KHEMIS را نشان داده استایستگاه های Hennaya و ایستگاه Merbeh ، (iii) طبق آزمایش Kruskal-Wallis ، هیچ واریانس بین تمام ایستگاه های بارندگی مشاهده نشده است. روند فزاینده بارندگی ممکن است منجر به افزایش جریان جریان و افزایش خطرات احتمالی سیل در مناطق کم ارتفاع منطقه مورد مطالعه شود.
1. مقدمه
حوضه های مدیترانه ای به ویژه در مناطق نیمه خشک با تغییرات زمانی و مکانی زیاد بارش شدید مشخص می شوند [1،2] که ممکن است روند بیابان زایی را افزایش دهد [3]. تغییرپذیری بارندگی در حال افزایش بوده و به نوبه خود، عدم قطعیت پیش‌بینی‌های بارندگی را از نظر روند آن و همچنین توزیع مکانی افزایش می‌دهد [4،5]. تغییرپذیری بارندگی تأثیر مهمی بر چرخه هیدرولوژیکی و در دسترس بودن منابع آب دارد [6]. حدود 13 درصد از الجزایر دارای آب و هوای مدیترانه ای است و حوزه های آبخیز این منطقه تقریباً 75 درصد از جریان آب سطحی سالانه را تشکیل می دهند [7] با وضعیت کمبود آب در دوره های خشک [8]. روند کاهشی بارندگی با مرتبه 20 درصد در مرکز شمالی الجزایر در اواخر دهه 1970 مشاهده شد [9] که منجر به کاهش شدید جریان آب به میزان تقریباً 55 درصد در این منطقه و نوسانات از 61 درصد به71 درصد باعث کاهش جریان در منتهی الیه شمال غربی [10] به دلیل کاهش بیش از 36 درصدی بارندگی شد [9]. علت اصلی این پدیده به دلیل همبستگی منفی بین دما و نوسانات اقیانوس اطلس شمالی و نوسانات گرمسیری اقیانوس آرام جنوبی است که با شاخص آب و هوا Nino4 (نوسانات جنوبی ال نینو) نشان داده می شود. هنگامی که دمای مناطق گرمسیری اقیانوس آرام جنوبی و سطح اقیانوس اطلس شمالی افزایش می یابد، بارش در شمال آفریقا کاهش می یابد. این یک پیامد احتمالی غلبه هوای گرم استوایی مرتبط با آنتی سیکلون آزور است که مانع از توسعه ابر و بارندگی در منطقه مدیترانه غربی می شود. این همچنین با یک همبستگی منفی ثابت شده بین دما و شاخص آب و هوا WeMO (نوسان مدیترانه غربی) در منطقه مدیترانه غربی مطابقت دارد. این کاهش بارندگی از اواسط دهه 1970 شناسایی شده است [11،12،13،14].
بارندگی سازگارترین متغیر اقلیمی برای تجزیه و تحلیل و توصیف دقیق آب و هوای یک منطقه است [15،16] علاوه بر اینکه داده های ورودی اصلی در هر سیستم هیدرولوژیکی است. بنابراین، تجزیه و تحلیل داده های بارندگی سزاوار بالاترین اولویت برای بهبود مدیریت آب با تطبیق استراتژی ها با تغییرات آب و هوایی است. تجزیه و تحلیل جامع بارندگی می تواند به درک عمیق تر تنوع آب و هوا و مشکلات مرتبط با سیل، خشکسالی و تأثیر آن بر منابع آب کمک کند [17،18،19،20].
بارندگی یکی از مهم ترین متغیرهای اقلیمی است که نشان دهنده تغییر اقلیم است [21]. بنابراین، مطالعه بر روی تغییرپذیری و تحلیل روند بارش برای یک سری زمانی طولانی و توزیع فضایی آن، پتانسیل قابل توجهی برای کمک به درک تغییرات اقلیمی و اثرات آن دارد [22]. با این حال، داده های سری زمانی بلندمدت در چندین منطقه از جهان به ویژه در قاره آفریقا در دسترس نیست و ممکن است بر دقت و تأثیر نتایج تحلیل روند تأثیر بگذارد. اهمیت تجزیه و تحلیل پیچیدگی و تغییرپذیری الگوهای بارش فضا-زمان به وضوح نیاز به گسترش شبکه‌های واقعی پایش بارندگی و بهبود کنترل کیفی و نگهداری پایگاه‌های داده را آشکار کرده است. این پیشرفت‌ها در شبکه‌های نظارت و پیش‌پردازش داده‌ها، گزینه‌های تشخیص تغییرات احتمالی در اقلیم و بهبود درک اقلیم و چرخه آب را افزایش می‌دهد [23]. تجزیه و تحلیل متغیرهای اقلیمی باید بر اساس داده‌های همگن [24،25] باشد که تحت تأثیر عوامل غیراقلیمی مانند تغییرات ابزار دقیق و موقعیت ایستگاه‌های هواشناسی و همچنین اطراف آنها و سایر عوامل مزاحم قرار نمی‌گیرند [26].]. مطالعه در مورد تغییرات آب و هوا به چندین ابزار برای تجزیه و تحلیل های آماری [27] با هدف تشخیص نقاط شکست و روندها (میزان و جهت آنها) نیاز دارد [17]. چندین آزمون پارامتریک و ناپارامتریک برای تشخیص روند متغیرهای آب و هوا وجود دارد. با این حال، آزمون‌های آماری پرکاربرد برای تحلیل روند، آزمون من-کندال با شیب تیل-سن است.
مطالعات متعددی در تشخیص روند متغیرهای آب و هوا (عمدتا بارندگی و دما) در سطح جهان مورد توجه زیادی قرار گرفته است [16،28،29،30،32،33،34،35،36،37،38]. برخی از آنها در منطقه مدیترانه شامل مطالعه در منطقه کامپانیا واقع در جنوب ایتالیا است. در این حالت ، تجزیه و تحلیل روند سری زمان بارندگی از 211 ایستگاه در دوره 1918-1999 با استفاده از آزمون T پارامتری و آزمون غیر پارامتری من کندال انجام شد. نتایج این مطالعه نشان داد که به نظر می رسد این روند به طور عمده منفی است ، در مقیاس سالانه و فصلی ، به جز دوره تابستان [25]. در مطالعه در حوضه رودخانه Cobres ، پرتغال جنوبی ، دا سیلوا و همکاران.[30] از روشهای Mann-Kendall و Sen برای تجزیه و تحلیل روند بارش در طی 40 سال استفاده کرد و کاهش میزان بارندگی سالانه را کاهش داد. مطالعات بیشتر که فراتر از منطقه مدیترانه ای که دارای سایتهای مطالعه در سراسر جهان است ، شامل مطالعه باتیزانی و یارنال [5] است که در آنجا آنها آزمایش Mann-Kendall (MK) را برای تشخیص تنوع بارندگی در مراحل سالانه و ماهانه در نیمه خشک استفاده می کنند. منطقه در بوتسوانا و در بارندگی سالانه و ماهانه با یک استثناء در ماه ژوئیه ، روند کاهش یافته ای پیدا کرد که روند فزاینده ای را نشان داد. Gocic و Trajkovic [39] از روشهای غیر پارامتری Mann-Kendall و Sen برای تشخیص روندهای سالانه و فصلی برای هفت متغیر هواشناسی در صربستان از سال 1980 تا 2010 استفاده کردند و روند قابل توجهی در بارندگی پیدا نکردند. Duhan and Pandey [40] از آزمون Mann-Kendall (MK) و تست برآوردگر شیب SEN در مادیا پرادش در هند برای یک سری بارندگی 102 سال (2002-2002) استفاده کرد و تغییر در یک تغییر سالانه در حالی که تجزیه و تحلیل فصلی کاهش یافته استروند فزاینده قابل توجهی در تابستان و روند کاهش در موسمی نشان داد. در آفریقا ، مطالعه گدفاو و همکاران.[41] از تنوع بارندگی سالانه و فصلی با روش تجزیه و تحلیل روند نوآورانه (ITAM) استفاده کرد و نتایج را با مقایسه با آزمون Mann-Kendall (MK) و آزمون برآوردگر شیب SEN در پنج ایستگاه منتخب از وضعیت منطقه ای Amhara ، اتیوپی ارزیابی کرد. وادنتایج نشان داد که روند بارندگی فزاینده ای در برخی از ایستگاه ها و کاهش در برخی دیگر است. با مراجعه به مقیاس ماهانه و مقیاس فصلی ، ماه های ماه مه تا سپتامبر نشان دهنده روند فزاینده ای بود ، در حالی که برای ماه های دیگر ، روند کاهش را دنبال می کرد. در مقایسه با دو آزمایش آماری (به عنوان مثال ، همگن و تجزیه و تحلیل روند) ، آزمایشات ثابت بودن در سری زمان بارندگی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد [42،43،44].
مطالعات متعددی با تجزیه و تحلیل روند و تغییرپذیری بارندگی در بخش های مختلف الجزایر سروکار داشته است. تمرکز بر مطالعات انجام شده در الجزایر شمال غربی مانند مطالعه هملائوی-مولایی و همکاران است.[45] ، جایی که آنها روند بارندگی سالانه را برای مدت 91 سال (2004-2004) با توجه به 21 ایستگاه بارندگی با استفاده از تست های Spearman ، Mann-Kendall و Pettitt تجزیه و تحلیل می کنند. این مطالعه روند کاهش در بیشتر ایستگاه های مورد بررسی را نشان داد. از طرف دیگر ، در شمال شرقی الجزایر ، مراد و همکاران.[46] آزمایشات روند را در سری زمان بارندگی از 35 ایستگاه بارندگی از آبخیز ملبلی Constantinois Seybouse Mellegue (CSM) در طی یک دوره 43 ساله (2012-2012) اعمال کرد. نتایج نشان داد روند فزاینده ای با فاصله اطمینان 95 ٪ در مقیاس زمانی سالانه. در نتیجه ، می توان نتیجه گرفت که روند بارندگی از نظر بزرگی و جهت روند (افزایش و همچنین کاهش) در مکان های مختلف الجزایر متفاوت است.
حوضه TAFNA (واقع در شمال غربی الجزایر) با تنوع زمانی بارندگی از دهه 1950 تا دهه 1990 مشخص می شود و نشان دهنده کاهش قابل توجهی بیش از 20 ٪ میزان بارندگی سالانه از اواسط دهه 1970 است. این تغییرپذیری دو دوره همزمان از ناهنجاری های مثبت به منفی را نشان داد ، که کاهش بارندگی را توضیح می دهد [11]. کاهش بارندگی منجر به افت قابل توجهی از منابع آب سطحی بیش از 69 ٪ شد و بیشتر منجر به کاهش سطح ذخیره سازی سد Meffrouche شد [47،48]. Hamlaoui-Moulai و همکاران. و Ghenim و Megnounif [45،49] تجزیه و تحلیل روند بارندگی را در مقیاس بزرگ (الجزایر شمال غربی) انجام داده اند و تعدادی از حوضه ها را شامل می شوند. با این حال ، آنها بخش کمتری از ایستگاه های بارندگی را در هر حوضه در نظر گرفتند که در آن چندین آزمایش آماری از جمله تست من-کندال انجام داده اند. نتایج نشان می دهد روند کاهش بارندگی سالانه. با این حال ، بلاربی و همکاران. و باکرتی و همکاران.[7،50] آزمایش Man n-Kendall را در سری بارندگی و جریان جریان جریان در حوضه Tafna اعمال کرد. بیشتر نتایج روند کاهش را نشان داد. گنییم و همکاران.[47] همچنین تجزیه و تحلیل روند بارندگی در حوضه TAFNA را انجام داد. با این حال ، آنها در مطالعه خود از آزمون مان-کندال استفاده نکردند. نتیجه آنها روند کاهش بارندگی سالانه را نشان داد. در مطالعه ما ، ما شامل سه حوضه زیر (OUED Boumssoued و بالادست Sebdou) بودیم که در مطالعات قبلی مورد توجه قرار نگرفته است. علاوه بر این ، ما از آزمایشات آماری مانند روش SEN ، Kruskal-Wallis ، Friedman و Jonckheere-Terpstra استفاده کرده ایم ، که در مطالعات گذشته بیکار بوده اند تا یک روند در منطقه مورد مطالعه را تشخیص دهند. ما گنجاندن حوضه های فرعی و استفاده از روشهای روند اضافی برای منطقه مورد مطالعه را به عنوان ویژگی های نوآورانه تحقیق خود در نظر می گیریم و انتظار می رود در تجزیه و تحلیل روند بارندگی در مطالعات تحقیقاتی قبلی.
هدف کلی مطالعه حاضر ، تجزیه و تحلیل تنوع و روند بارندگی در مقیاس زمانی ماهانه ، فصلی و سالانه 32 سال (1979-197) با توجه به 9 ایستگاه بارندگی در حوضه TAFNA ، شمال غربی الجزایر با استفاده از کاربرد چندین است. تست های آماری ذکر شده در جدول 1.
2. منطقه مطالعه
حوضه تفنا (شکل 1) یک حوضه فرامرزی به مساحت 7245 کیلومتر مربع است. بزرگ ترین بخش آن در شمال غربی قلمرو الجزایر (ولایای تلمسان) و قسمت بالای آن در قلمرو مراکش واقع شده است. بر اساس ساختار جدید واحدهای زمین شناسی آبی در الجزایر، حوضه تفنا متعلق به کل Oranie-Chott-Chergui است [51].
این حوضه بین 1 تا 2 درجه طول غربی و 34 درجه و 5 دقیقه تا 35 درجه و 3 دقیقه عرض شمالی گسترش یافته است [51] و شامل هشت حوضه فرعی است که دو حوضه در بالادست در قلمرو مراکش قرار دارند (2007 کیلومتر مربع که حدود 27. 7 درصد است. از کل مساحت) [52]. حوضه تفنا دارای یک زمین بسیار ناهموار با ارتفاع متوسط 780 متر از سطح متوسط دریا (a. m. s. l.) و حداکثر ارتفاع بیش از 1800 متر است. رودخانه ای به طول 170 کیلومتر دارد که سرچشمه آن در کوه های تلمسان، یعنی منطقه سبدو و ایسر وادی و منطقه مغنیه (پساب مویالله وادی از بخش مراکش) است. حوضه تفنا را می توان به سه قسمت تفنه مرتفع، تفنای میانی و تفنه سفلی تقسیم کرد [51].
منطقه مورد مطالعه ما شامل شش حوضه فرعی است که متعلق به بخشی از حوضه تفنا واقع در قلمرو الجزایر است (شکل 1).
3. مواد و روشها
3. 1. روش شناسی
آزمون های ناپارامتریک (همچنین به عنوان روش های آماری استنباطی بدون توزیع نیز شناخته می شوند) نیازی به توزیع نرمال داده ها ندارند. از آنجایی که بیشتر داده های سری زمانی آبی- هواشناسی به طور معمول توزیع نمی شوند. از این رو، روش های ناپارامتریک به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند [33،53]. در این مطالعه، چندین آزمون ناپارامتریک (همانطور که در جدول 1 ذکر شده است) برای تشخیص روند، آزمون های ثابت و تجزیه و تحلیل همگنی بارندگی (مقیاس زمانی ماهانه و سالانه) برای 9 ایستگاه بارش واقع در شش زیرحوضه تفنا اعمال شده است. حوضه (شکل 1) در یک دوره زمانی بین 1979 و 2011.
برای بررسی همگنی در مقیاس زمانی سالانه و ماهانه از چهار آزمون (آزمون پتیت، آزمون بویشند، آزمون هوبرت، آزمون لی و هگینین) استفاده شد. این آزمون‌ها سری‌های زمانی را تحلیل می‌کنند و نقطه شکست را که به عنوان تغییر توزیع متغیر در سری‌های زمانی (یعنی تغییر در میانگین) تعریف می‌شود، شناسایی می‌کنند. برای انجام این تست ها از نرم افزار Khronostat استفاده شد.
سه آزمون (آزمون کروسکال-والیس، آزمون جونکهیر-ترپسترا و آزمون فریدمن) با هدف تجزیه و تحلیل ثابت بودن سری های زمانی بارندگی در مقیاس زمانی ماهانه با استفاده از نرم افزار SPSS انجام شده است.
آزمون Mann-Kendall با روش شیب Theil-Sen برای تشخیص روند بارندگی ماهانه، فصلی (پاییز (سپتامبر، اکتبر، نوامبر)، زمستان (دسامبر، ژانویه، فوریه)، بهار (مارس، آوریل، می) استفاده شد. تابستان (ژوئن، جولای، آگوست))، و مقیاس زمانی سالانه.
ابتدا، همبستگی سریال در مجموعه داده های بارندگی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. آزمون‌های تشخیص روند مستلزم این است که مجموعه‌ای از داده‌ها به صورت سریال مستقل باشند، زیرا وجود همبستگی سریال ممکن است بر نتایج آزمون‌های آماری تحلیل‌شده تأثیر بگذارد. تجزیه و تحلیل اولیه داده‌های بارندگی، همبستگی سریالی غیرمعنی‌دار را در سطح معنی‌داری آماری 5 درصد نشان داد و بنابراین، ما تحلیل روند را مستقیماً بر روی داده‌های اصلی بدون اعمال هیچ گونه اصلاحی برای همبستگی سریال اعمال کرده‌ایم. تمامی آزمون‌ها به‌عنوان فرضیه‌های دوطرفه در سطح 1، 5 و 10 درصد معناداری آماری در نظر گرفته شدند. آزمون های کاربردی ذکر شده در بالا به طور گسترده برای ارزیابی روند در داده های اقلیمی و هیدرولوژیکی استفاده شده است.
3. 1. 1. تست‌های تشخیص نقطه تغییر (تست همگنی)
آزمون تشخیص نقطه تغییر، تجزیه و تحلیل واریانس برای توزیع داده است، یعنی تغییر در میانگین متغیر در سری زمانی. این روش ها یک فرضیه صفر را فرض می کنند که هیچ تغییری در واریانس سری مورد مطالعه وجود ندارد [54].
تست پتیت یک آزمون ناپارامتریک است که توسط پتیت [55] برای تشخیص نقطه تغییر [56] توسعه یافته است. آمار، Ut، N، با استفاده از دو مجموع به دست آمده برای ارزیابی اینکه آیا دو نمونه متعلق به یک جامعه هستند با معادله [17،57] تعریف می شود:
N اندازه سری های زمانی، t زمان، و sgn ضریب داده شده توسط معادله به صورت زیر است.
