Trend analysis of snow accumulation season start in Iran using remote sensing data

Document Type : Research Paper

Authors

1 Professor of Climatology, Department of Physical Geography, University of Isfahan, Isfahan, Iran

2 Postdoctoral Researcher in Climatology, Department of Physical Geography, University of Isfahan, Isfahan,

Abstract

1. Introduction:
By advances in remote sensing techniques, it has been possible to better monitor environmental phenomena. Satellite data with appropriate temporal and spatial coverage along with high spatial resolutions are valuable resources in environmental studies. During the past two decades, many studies have been conducted to evaluate the temporal variations of accumulation and melting as well as the seasonal characteristics of snow covers using remote sensing data. For instance, Hall et al. (2015) used Landsat satellite data from 1972 to 2013 to study changes in snowmelt time in the Fremont Lake Basin in the United States. The results have shown that snow melting time in this region begins earlier in the 2000s than in the 1972-1999 periods and that increasing nighttime temperature in spring and autumn resulted in earlier melting of snow cover. In another study, Bi et al. (2015) used MODIS data for the period 2003–2013 to investigate the time of beginning and end of snow cover in the northeast Tibetan Plateau. Their findings showed that although during the study period, the timing of snow accumulation and ablation varied, the spatial distribution of the number of snow-covered days has shown a stable behavior.
 
2. Methodology
In the present study, in order to investigate the trend of changes at the beginning of the snow cover accumulation season in Iran, the version six of MODIS Terra (MOD10A1) and MODIS Aqua (MYD10A1) for the time span from 1379/7/1 to 1397/6/31 (1999 to 2007) was used. One of the natural barriers to monitoring snow cover is the cloud issue problem. Cloud contamination causes snow cover to hide beneath the satellite's field of view. Various techniques have been suggested by researchers to reduce cloudiness and better observation of snow cover. In the present study, three techniques including the combination of two satellite and temporal and spatial filtering were applied to the raw data. The application of these three techniques resulted in a significant reduction of the cloud cover effect on the data. After the preparation and construction of the snow cover dataset, the first day of the snow cover reported by the MODIS (based on the first day of October) was computed and that day was defined as the start of the snow cover season, this process was carried out for all the 7541502 pixels in the country. This process was repeated over 18 years of available data and finally, the slope of the regression line was calculated on more than seven million pixels.
 
3. Discussion
Calculations of the trend of spatial variations of the snow cover accumulation season showed that generally there was a significant increasing trend in the western parts of the country on the Zagros Mountains, it means that the first time that snow was accumulated during the snow cover season is advancing towards late fall and winter. In a clearer sense, it means that the first day of snow cover was occurring later in these areas. But in parts of central Zagros, the beginning of the snow cover season had a negative trend, meaning that the early days of the snow cover were occurring sooner than the long-term condition. The negative trend of the beginning of the snow cover accumulation season was also seen in the Alborz Mountains and the northwestern parts of the country. This negative trend appeared to be due to the earlier onset of autumn precipitation in the study period. Investigating temporal changes at the beginning of snow cover accumulation season in Iran, on each of the altitude belts in 50 meters, spatial steps showed that up to the altitude belt of 2750 meters, the beginning of snow accumulation season was advancing toward late fall and winter. However, from the altitudes of 2800 meters upwards, the onset of the snow cover season was turning backward. In a clearer sense, it was moving back toward the early autumn season.
 
4. Conclusion
The purpose of the present study was to investigate the temporal and spatial variations of the beginning of snow cover accumulation season in Iran. For this purpose, MODIS Terra and MODIS Aqua data were obtained at the spatial resolution of 500 × 500 meters for the time interval from 1379/7/1 to 1397/6/31 (1999 to 2007). After the construction and preparation of the snow cover database in Iran, the trend of changes at the beginning of the snow cover accumulation season was calculated temporally and spatially. The beginning of the snow cover accumulation season means the first day that a pixel was covered by snow based on the first day of October. For each hydrological year, the beginning of the snow cover season was calculated for each of the MODIS pixels and finally, the regression slope of changes was then computed. The findings showed that snow cover accumulation season was advancing towards winter on the western and northeast highlands of the country while snow cover accumulation season on the north and northwest of the country was forwarding back to fall. The calculations also showed that up to 2750 meters the onset of the snow cover season was moving toward winter, while from the height of 2800 meters, the onset of snow cover season was forwarding back to the fall season.

Keywords

Main Subjects

Full Text

مقدمه

پوشش برف به سبب داشتن سپیدایی زیاد نقش مهمی در ترازمندی انرژی زمین دارد و بر آب‌وهوا تأثیر می‌گذارد (Akyurek et al.‚ 2010: 3728). دوام و ماندگاری پوشش برف در یک پهنه فارغ از ژرفا و عمق آن، نشان‌دهندة شرایط آب‌وهوایی آن منطقه است (Leathers & Luff‚ 1997: 1536). بررسی تغییرات پوشش برف، یکی از جنبه‌های مهم واکاوی تغییرات جهانی آب‌وهواست (Gurney et al.‚ 1993: 1).

با پرتاب ماهواره‌های متنوع به فضا و با گسترش روش‌های دورکاوی، این امکان فراهم شده است تا پدیده‌های محیطی بهتر رصد شود. داده‌های ماهواره‌ای با داشتن پوشش زمانی و مکانی مناسب همراه با تفکیک مکانی خرد، منابع ارزشمندی در پژوهش‌های محیطی به شمار می‌آیند. طی دو دهة گذشته پژوهش‌های بسیاری به‌منظور ارزیابی تغییرات زمانی انباشت و گدازش و همچنین ویژگی‌های فصلی پوشش‌های برفی به کمک داده‌های دورکاوی انجام شده است؛ برای نمونه هال و همکاران[1] (2015) به‌منظور بررسی تغییرات زمان گدازش برف در حوضة دریاچة فرمونت[2] در ایالات متحده از داده‌های ماهوارة لندست برای بازة زمانی 1972 تا 2013 بهره گرفتند. بررسی‌ها نشان داد زمان گدازش برف در این منطقه در دهة 2000 در مقایسه با سال‌های 1972- 1999 زودتر آغاز می‌شود و افزایش دمای شبانه در فصل بهار و پاییز سبب گدازش زودهنگام‌ پوشش‌های برفی در این منطقه شده است.

در پژوهشی دیگر، بی و همکاران[3] (2015) به‌منظور بررسی زمان آغاز و پایان پوشش برف در شمال شرق فلات تبت از داده‌های سنجندة مودیس[4] برای بازة زمانی 2003 تا 2013 بهره گرفتند. یافته‌های آنها نشان داد طی دورة زمانی مدنظر، زمان آغاز انباشت و گدازش برف تغییراتی داشته است؛ اما پراکنش مکانی شمار روزهای برف‌پوشان، کم‌وبیش یک رفتار پایداری را از خود نشان داده است.

دهری و همکاران[5] (2011) برای ارزیابی ویژگی‌های فصلی پوشش برف در آبگیر رودخانة سوات[6] در کشور پاکستان، داده‌های سنجندة مودیس تررا[7] را به کار گرفتند. واکاوی‌ها نشان داد بیشترین گسترة پوشش‌های برفی در این منطقه در پایان ماه ژانویه و آغاز فوریه قابل مشاهده است. در این هنگام از سال، 64درصد از گسترة حوضه پوشیده از برف است. کمترین گسترة پوشش برفی نیز طی ماه آگوست بوده است که در این ماه حدود 2 درصد از مساحت حوضه، آن هم در ارتفاعات، پوشش برفی دارد.

در پژوهشی نیز شی و همکاران[8] (2014) برای واکاوی ویژگی‌های فصلی پوشش برف در حوضة رودخانة تاریم[9] در بخش‌های غربی چین، داده‌های دو سنجندة مودیس تررا و مودیس آکوا[10] را برای دورة زمانی 2002 تا 2012 بررسی کردند. نتایج نشان داد گستره‌های برفی در این منطقه از ماه مارس شروع به ذوب‌شدن می‌کنند تا اینکه در ماه آگوست پوشش برف به کمترین میزان خود می‌رسد. انباشت پوشش برف از ماه سپتامبر شروع می‌شود و در ماه فوریه به بیشترین میزان می‌رسد.

کی و لئو[11] (2014) برای بررسی وردش‌های فصلی پوشش برف در منطقة شینجانگ[12] کشور چین، داده‌های دو سنجندة مودیس تررا و مودیس آکوا را بررسی و ادغام کردند. واکاوی‌ها نشان داد اوج پوشش برف در این منطقه در اواخر ژانویه است. در این هنگام از سال حدود 40 درصد از این منطقه پوشیده از برف است. زمان ذوب برف از اواخر فوریه شروع می‌شود و پایین‌ترین گسترة پوشش برف در میانة ماه آگوست قابل مشاهده است. طی این ماه، مساحت پوشش برفی فقط 3 درصد از کل منطقه را شامل می‌شود.

پو و زو[13] (2009) به‌منظور واکاوی ویژگی‌های فصلی درصد پوشش برف در فلات تبت از داده‌های سنجندة مودیس برای سال‌های 2000 تا 2006 بهره گرفتند. یافته‌های آنها نشان داد بیشترین میزان پوشش برف 33 درصد در ماه فوریه است. در طول فصل برف (از اوایل ماه اکتبر تا پایان ماه آوریل) میزان پوشش برف بیش از 23 درصد است؛ اما پس از ماه می گسترة پوشش برف شتابان کاهش می‌یابد و به
3/5 درصد می‌رسد؛ از ماه سپتامبر نیز گسترة پوشش برف به‌تندی افزایش می‌یابد.

یانگ و همکاران[14] (2012) برای بررسی ویژگی‌های فصلی پوشش برف در مناطق غربی سیچوان[15] در کشور چین، از داده‌های سنجندة مودیس در تفکیک زمانی 8روزه و برای سال‌های 2002 تا 2008 بهره گرفتند. یافته‌ها نشان داد کمترین میزان پوشش برف در ماه آگوست و بیشترین میزان در ماه مارس دیده می‌شود. طی ماه ژانویه تا مارس گسترة پوشش برف به‌تندی افزایش می‌یابد، اما طی ماه‌های مارس تا می به‌تندی کاهش می‌یابد.

هوانگ و همکاران[16] (2011) برای واکاوی ویژگی‌های فصلی پوشش برف در منطقة شینجانگ، داده‌های سنجندة مودیس را به کار گرفتند. بررسی‌های آنان نشان داد در ماه‌های ژانویه و فوریه گسترة پوشش برف در منطقه به اوج می‌رسد و از ماه مارس نیز به سبب افزایش دما کاهش می‌یابد.

کرجسی و همکاران[17] (2015) ویژگی‌های فصلی پوشش برف را در ده حوضه در کشور اسلواکی[18] به کمک داده‌های سنجنده‌های مودیس تررا و مودیس آکوا واکاوی کردند. بررسی‌ها نشان داد گستره‌های چشمگیر پوشش برف از ماه دسامبر آغاز می‌شود و در ماه‌های ژانویه و فوریه به بیشینة خود می‌رسد.

خادکا و همکاران[19] (2014) به‌منظور ارزیابی پوشش برف در ارتفاعات و فصول مختلف در حوضة تاماکوشی[20] در کوهستان‌های هیمالیا از داده‌های سنجندة مودیس برای بازة زمانی 2000 تا 2009 بهره گرفتند. بررسی این پژوهشگران نشان داد مقدار پوشش برف در زیر ارتفاع 4500 متر از تراز دریا چندان چشمگیر نیست. در فصول زمستان و بهار در ارتفاعات بیش از 4500 متر، میزان پوشش برف بسیار چشمگیر است؛ این در حالی است که در فصل تابستان فقط ارتفاعات بیش از 5500 متر پوشش برف چشمگیری دارند.

در پژوهش حاضر دو هدف کلیدی بررسی می‌شود؛ نخست آنکه روند مکانی تغییرات آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران چگونه بوده است؛ دوم آنکه روند زمانی تغییرات آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران چه رفتاری را از خود نشان داده است. با توجه به اینکه رودخانه‌های بزرگ ایران از دل انباره‌های برفی سرچشمه می‌گیرند، بررسی تغییرات زمانی و مکانی آغاز انباشت پوشش برف اهمیت بسیاری دارد؛ همچنین این موضوع بررسی می‌شود که تغییرات زمان‌بندی بارش چگونه بر آغاز انباشت پوشش برف در کشور تأثیر می‌گذارد.

 

روش‌شناسی پژوهش

در پژوهش حاضر به‌منظور بررسی روند تغییرات آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران، داده‌های نسخة ششم سنجنده‌های مودیس تررا (MOD10A1) و مودیس آکوا (MYD10A1) برای بازة زمانی 1/7/1379 تا 31/6/1397 به‌صورت روزانه به کار گرفته شد. یکی از موانع طبیعی پایش پوشش برف، مسئلة ابرناکی است. ابرناکی سبب می‌شود پوشش‌های برفی زیر ابر از میدان دید ماهواره پنهان بمانند. برای کاستن از ابرناکی و رصد بهتر پوشش برف، پژوهشگران علوم زمین فنون مختلفی را پیشنهاد داده‌اند؛ یکی از آنها، ادغام داده‌های سنجندة مودیس تررا و مودیس آکواست. ماهوارة تررا در ساعت 10:30 دقیقه از روی منطقه عبور می‌کند؛ این در حالی است که ماهوارة آکوا در ساعت 13:30 دقیقه یعنی سه ساعت دیرتر از فراز منطقه می‌گذرد. ممکن است ماهوارة تررا هنگام صبح یاخته‌ای را به‌مثابة یاختة ابری شناسایی کند، اما همان یاخته در بعدازظهر با ماهوارة آکوا به‌مثابة یاختة برفی شناسایی شود؛ در این حالت وجود پوشش ابر هنگام صبح سبب شده است پوشش برفی زیرین از دید ماهواره پنهان بماند؛ بنابراین می‌توان یاخته‌هایی را بازشناخت که با ماهوارة تررا صبح‌هنگام به‌مثابة یاخته‌های ابری و با ماهوارة آکوا عصرهنگام به‌مثابة یاخته‌های برفی شناسایی شده‌اند و یاخته‌هایی با این شرط را به یاخته‌های برفی تبدیل کرد.

ادغام داده‌های دو ماهواره را پژوهشگران بسیاری پیشنهاد داده‌اند؛ برای نمونه پاراجکا و بلوشل[21] (2008)، وانگ و همکاران[22] (2009)، وانگ و شی[23] (2009)، برجرون و همکاران[24] (2014)، شی و همکاران[25] (2014)، زانگ و همکاران[26] (2012)، کی و لئو[27] (2014) و دایاتز و همکاران[28] (2014) این روش را به‌منظور کاهش پوشش‌های ابری و برآورد هرچه بهتر پوشش برف به کار گرفته‌اند. با اعمال این روش، داده‌های دو سنجندة تررا و آکوا برای دورة بررسی‌شده ادغام شد. در مرحلة بعد نیز یک پالایة مکانی با پنجره‌ای 4 یاخته‌ای روی داده‌ها اعمال شد؛ یعنی هریک از یاخته‌های ابری در یک قاب با 3 یاختة همسایة دیگر مقایسه می‌شد و اگر سه یاختة دیگر پدیدة برف را گزارش می‌کردند، آن یاختة ابری نیز به پدیدة برف تبدیل می‌شد؛ اما اگر سه یاختة دیگر پدیدة زمین را نشان می‌دادند، آن یاختة ابری نیز به پدیدة زمین تبدیل می‌شد. در ادامه فرایند محاسبة پنجرة مکانی روی هریک از روزهای بررسی‌شده و داده‌های ادغام‌شده انجام شد؛ اما آخرین روش انجام‌شده روی داده‌ها به‌منظور کاستن از اثر ابرناکی، پالایة زمانی بود. در این روش یاخته‌هایی استخراج شد که مودیس روی آنها ابر گزارش می‌کرد و روز قبل و بعد همان یاخته‌ها بررسی شد؛ اگر در روز قبل و بعد آن یاخته پوشیده از برف می‌بود، یاختة ابری در روز بررسی‌شده نیز به یاختة برفی تبدیل می‌شد. برای حذف چشمگیر اثر ابرناکی این روش در پنجره‌های زمانی یک تا پنج‌روزه روی داده‌ها اعمال شد. به‌کاربستن پالایه را پژوهشگرانی چون دایاتز و همکاران (2013)، زانگ و همکاران (2012) و گی‌فورو و باردوسی[29] (2009) پیشنهاد داده‌اند.

پس از آماده‌سازی و ساخت پایگاه پوشش برف، فرایند پردازش و محاسبة انباشت و گدازش برف انجام شد. در گام نخست داده‌های پوشش برف به‌صورت سال آبی درآمد؛ یعنی داده‌های روزانة پوشش برف روی ایران به‌صورت سال آبی از 1 مهر تا 31 شهریور در آرایه‌هایی جداگانه ساخته شد. در مرحلة بعد روی هریک از 7541502 یاخته‌ای که گسترة ایران را می‌پوشاند، نخستین روزی که برف با سنجندة مودیس گزارش می‌شد (برپایة روز اول مهر) استخراج و آن روز به‌مثابة شروع فصل برف روی یاختة مدنظر ثبت شد. درنهایت آرایه‌ای در ابعاد 7541502×1 ساخته شد که روی هریک از ستون‌های آن، شمار روز مربوط به نخستین بارش برف ثبت شده بود (برپایة روز اول مهر). این فرایند روی 18 سال دادة موجود تکرار شد. همة مراحل محاسبات به کمک عملیات‌های برنامه‌نویسی در نرم‌افزار MATLAB انجام شد. برای محاسبة روند از شیب خط رگرسیون بهره گرفته شد؛ اما از آنجا که تعداد 7541502 یاختة سنجندة مودیس گسترة ایران را می‌پوشانید، به جای به‌کارگیری توابع محاسبة شیب خط در نرم‌افزار مت‌لب اقدام به کدنویسی آن شد تا در زمان محاسبه صرفه‌جویی شود و محاسبات روی ماتریس‌ها به تفکیک هریک از سال‌ها انجام و از به‌کارگیری حلقه در عملیات‌های کدنویسی پرهیز شد.

همچنین به‌منظور بررسی نقش بارش در تغییرات زمانی انباشت پوشش برف، داده‌های نسخة سوم پایگاه بهنگام‌شدة اسفزاری به کار گرفته شد. نسخة سوم این پایگاه بارشی بازة زمانی 1/1/1349 تا 29/12/1394 را پوشش می‌دهد و تفکیک مکانی 10×10 کیلومتر دارد. این پایگاه برپایة 2188 ایستگاه همدید، اقلیم‌شناسی و باران‌سنجی در کشور و به کمک روش میان‌یابی کریجینگ ساخته شده است. شکل (1)، موقعیت ایستگاه‌های به کار گرفته شده را در ساخت این پایگاه نشان می‌دهد.

محدودة پژوهش حاضر، کل گسترة ایران است؛ اما از آنجا که یافته‌های نگارندگان نشان می‌دهد از ارتفاع 1700 به بالا شرایط برای انباشت پوشش برف مهیا می‌شود، بررسی‌های مربوط به انباشت برف روی پهنه‌هایی انجام شد که ارتفاع 1700 متر و بیشتر دارند. شکل (2)، گستره‌هایی از سرزمین ایران را نشان می‌دهد که ارتفاع 1700 متر و بیشتر دارند.

 

 

شکل 1. موقعیت 2188 ایستگاه همدید، اقلیم‌شناسی و باران‌سنجی استفاده‌شده در ساخت پایگاه بارشی اسفزاری
محدودة پژوهش

 

شکل 2. مدل رقومی ارتفاع گستره‌هایی از ایران با ارتفاع 1700 متر و بیشتر


یافته‌های پژوهش

1. روند مکانی تغییرات آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران

محاسبات مربوط به روند تغییرات مکانی فصل انباشت پوشش برف نشان می‌دهد به‌طور کلی روی بخش‌های غربی کشور و رشته‌کوه‌های زاگرس، روند معنادار افزایشی دیده می‌شود. در تفسیر روند افزایشی باید گفت نخستین زمانی که در فصل انباشت پوشش برف زمین از برف پوشیده می‌شود، در حال پیشروی به سوی اواخر پاییز و فصل زمستان است؛ به بیان روشن‌تر، نخستین روز برف‌پوشان در این مناطق دیرتر در حال رخ‌دادن است؛ اما در بخش‌هایی از نواحی زاگرس مرکزی آغاز فصل برف‌پوشان روند منفی دارد؛ یعنی نخستین روزهای برف‌پوشان زودتر از وضعیت بلندمدت در حال رخ‌دادن است؛ برای نمونه در بخش‌های غربی استان اصفهان، میزان روند آغاز فصل انباشت پوشش برف 1- است. در تفسیر این عدد (1-) باید گفت فرض می‌کنیم در منطقة غرب اصفهان روی یک یاخته به‌طور میانگین، نخستین پوشش برف در روز 50ام (50 روز گذشته از اول مهر) یا به بیان دیگر، در 20 آبان نمایان می‌شود. اگر بخواهیم این عدد را تفسیر کنیم، باید گفت انتظار می‌رود به‌ازای هر سال که پیش می‌رویم، نخستین روزی که این یاخته از برف پوشیده می‌شود، یک روز به عقب کشیده شود و اگر آن را در مقیاس ده‌سالانه حساب کنیم، یعنی این یاخته در تاریخ 10 آبان می‌باید از برف پوشیده شود.

روند منفی آغاز فصل انباشت پوشش برف روی رشته‌کوههای البرز و بخش‌های شمال غربی کشور نیز دیده می‌شود (شکل 3)؛ به نظر می‌رسد این روند منفی به سبب شروع زودهنگام‌ بارش‌های پاییزی در دورة مطالعه‌شده است. برای هرچه بهتر نمایان‌شدن الگوهای روند مثبت و منفی در کشور، در نقشه‌ای جداگانه مناطقی که روند مثبت معنادار دارند، به رنگ آبی و مناطقی که روند آنها منفی معنادار است، به رنگ سرخ به نمایش گذاشته شدند (شکل 4).

 

 

شکل 3. روند تغییرات مکانی آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران برپایة روز اول مهر

 

شکل 4. روند تغییرات مکانی آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران بدون در نظر گرفتن میزان تغییرات

 


2. روند زمانی تغییرات آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران

به‌منظور بررسی روند تغییرات زمانی آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران روی هریک از کمربندهای ارتفاعی در گام‌های مکانی 50 متر، میانگین روزی که برای نخستین‌بار آن کمربند ارتفاعی از برف پوشیده می‌شود برای هریک از سال‌های آبی بررسی‌شده (1379- 1397) و به کمک عملیات‌های برنامه‌نویسی نمرات آزمون من‌کندال برای هریک از 76 کمربند ارتفاعی محاسبه شد (شکل 5). بررسی این نمودار نشان می‌دهد تا کمربند ارتفاعی تقریبی
2750 متر، آغاز فصل انباشت برف در ایران نمرات مثبت دارد؛ هرچند هیچ‌کدام از این کمربندهای ارتفاعی روند معنادار ندارند (خط سرخ‌رنگ با مقدار 96/1± نشان‌دهندة حد معناداری است؛ یعنی مقادیر بالاتر و پایین‌تر از این خط، روند معنادار دارند). در تفسیر نمرات مثبت آزمون من‌کندال باید گفت طی دورة زمانی بررسی‌شده در طبقات ارتفاعی 1700- 2750 متری، آغاز فصل برف‌پوشان در حال پیشروی به سوی زمستان است؛ این در حالی است که از ارتفاعات 2800 متر به بالا، آغاز فصل برف‌پوشان در حال برگشت به عقب یعنی در حال پسروی به سوی پاییز است. به نظر می‌رسد این مسئله ریشه در تغییرات بارش پاییزه داشته باشد. برای موشکافی ژرف‌تر این مسئله، سری زمانی بارش ایران را به تفکیک هریک از ماههای مهر تا آذر (مشتمل بر فصل انباشت پوشش برف)، روی مناطقی محاسبه کردیم که ارتفاع آنها 1700 متر و بیشتر بود. بررسی‌ها نشان می‌دهد سری زمانی بارش ماه مهر، شیب ملایم افزایشی دارد (شکل 6، الف). در ماه آبان سری زمانی بارش، تغییر نسبتاً محسوسی را از خود نشان می‌دهد و رفتاری افزایشی داشته است (شکل 6، ب). در ماه آذر نیز مقدار بارش شیب کاهشی دارد (شکل 6، ج)؛ همچنین ارزیابی تغییرات مکانی بارش ماه مهر نشان می‌دهد جز بخش‌هایی از غرب و جنوب که مقدار بارش این ماه در آنها آهنگ کاهشی دارد، در سایر نقاط مقدار بارش، رفتاری افزایشی دارد (شکل 7، الف).

بررسی تغییرات بارش ماه آبان نشان می‌دهد در گستره‌های وسیعی از کشور مقدار بارش در این ماه رو به افزایش است (شکل 7، ب). باز هم یادآوری می‌شود مقدار تغییرات بارش روی گستره‌هایی از کشور محاسبه شده است که ارتفاعی برابر و بیش از 1700 متر دارند. این‌گونه به نظر می‌رسد که افزایش مقدار بارش به‌ویژه در ماه آبان سبب شده در ارتفاعاتی که شرایط مناسب سرمایشی حاکم است، بارش‌ها به شکل برف نمایان و درواقع فصل انباشت پوشش برف به عقب کشیده شود یا به بیان دیگر، نمرات آزمون من‌کندال منفی شود. اگر به دقت به نمودار روند آغاز فصل انباشت پوشش برف بنگریم، درمی‌یابیم از ارتفاع 2800 متر نمرات آزمون من‌کندال منفی است؛ یعنی در این طبقات ارتفاعی، فصل انباشت میل به آغازی زودهنگام‌ دارد. با همة این تفاسیر شاید بتوانیم بگوییم در طبقات ارتفاعی
2800 متر به بالا طی فصل انباشت برف اینکه پوشش برف روی زمین داشته باشیم یا خیر، به بارش بستگی دارد نه به دما؛ زیرا در این طبقات شرایط سرمایش کافی برای پوشش برف وجود دارد؛ این در حالی است که در طبقات ارتفاعی 2800 متر به پایین برای داشتن پوشش برف، هم به بارش و هم به سرمایش کافی نیاز است و شاید بتوانیم بگوییم تراز ارتفاعی 2800 متر در فصل انباشت پوشش برف، یک تراز گذار به حساب می‌آید و به نظر می‌رسد ارتفاعات 2800 متر به پایین به گرمایش جهانی حساس باشند. همة این تفاسیر و برداشت‌ها از روی این محاسبات به دست آمده است؛ اما به هر حال برای اثبات آنها به داده‌ها و واکاوی‌های بیشتری نیازمندیم.

 

 

شکل 5. نمرات آزمون من‌کندال تغییرات فصل انباشت پوشش برف در ایران در کمربندهای ارتفاعی در بازه‌های 50 متری

 
 
 

شکل 6. سری زمانی تغییرات بارش ماه‌های مهر (الف)، آبان (ب) و آذر (ج)

 
 

شکل 7. مقادیر نمرات آزمون من‌کندال تغییرات بارش ماه مهر (الف) و ماه آبان (ب) در ایران

 


نتیجه‌گیری

هدف از پژوهش حاضر، بررسی تغییرات زمانی و مکانی آغاز فصل انباشت پوشش برف در ایران است. برای این منظور داده‌های پوشش برف سنجندة مودیس تررا و مودیس آکوا روزانه در تفکیک مکانی 500×500 متر برای بازة زمانی 1/7/1379 تا 31/6/1397 از تارنمای مربوط دریافت شد. پیش از انجام واکاوی‌ها، سه روش کاهش اثر ابرناکی شامل ادغام داده‌های دو سنجنده، پالایة مکانی و پالایة زمانی روی داده‌های خام اولیه اعمال شد تا آلودگی ناشی از ابر به کمینة ممکن برسد. پس از ساخت و آماده‌سازی پایگاه پوشش برف روی ایران، روند تغییرات آغاز فصل انباشت پوشش برف به‌صورت زمانی و مکانی محاسبه شد. منظور از آغاز فصل انباشت پوشش برف، نخستین روزی است که یاختة بررسی‌شده از برف پوشیده می‌شود (برپایة روز اول مهر). در همین زمینه به تفکیک هریک از سال‌های آبی بررسی‌شده روی 7541502 یاختة سنجندة مودیس، آغاز فصل انباشت پوشش برف و درنهایت شیب تغییرات محاسبه شد.

یافته‌ها نشان می‌دهد روی ارتفاعات مناطق غربی و شمال شرقی کشور، آغاز فصل انباشت پوشش برف در حال پیشروی به سوی زمستان است؛ این در حالی است که روی ارتفاعات شمالی و شمال غرب کشور، شروع فصل انباشت پوشش برف در حال رفتن به عقب یعنی در حال پسروی به سوی فصل پاییز است؛ اما بررسی تغییرات زمانی روی هریک از کمربندهای ارتفاعی در گام‌های 50 متری نشان می‌دهد در ارتفاعات زیر 2750 متر در ایران، آغاز فصل انباشت در حال کشیده‌شدن به سوی زمستان و در ارتفاعات 2800 متر به بالا در حال پسروی به سوی پاییز است.

بررسی تغییرات بارش نیز نشان داد اساساً بارش ماه آبان در حال تغییرات افزایشی است و همین مسئله سبب شده است در ارتفاعات بیش از 2800 متر به سبب وجود سرمایش مناسب، بارش‌ها به شکل برف نمایان و به آغاز زودهنگام فصل انباشت پوشش برف روی این ارتفاعات منجر شود؛ اما در ارتفاعات
2750 متر و کمتر، به‌طور کلی به سبب نبود سرمایش مناسب به‌ویژه در ماه آبان تغییرات افزایشی بارش به تغییری در فصل انباشت پوشش برف منجر نمی‌شود؛ بنابراین به نظر می‌رسد تراز 2800 متر در فصل انباشت پوشش برف، یک تراز گذار به حساب می‌آید که ارتفاعات بیشتر از این تراز چندان از تغییرات دمایی اثر نمی‌پذیرند؛ اما در هر حال باز هم برای اثبات این موضوع به داده‌ها و واکاوی‌های بیشتری نیاز است.

سپاسگزاری و قدردانی: این مقاله برگرفته از طرح پژوهشی دورة پسادکتری است که با حمایت مالی دانشگاه اصفهان نوشته شده است.


[1] Hall et al

[2] Fremont

[3] Bi et al

[4] MODIS

[5] Dahri et al

[6] Swat River upstream

[7] MODIS Terra

[8] She et al

[9] Tarim River

[10] MODIS Aqua

[11] Ke & Liu

[12] Xinjiang

[13] Pu & Xu

[14] Yang et al

[15] Sichuan

[16] Huang et al

[17] Krajci et al

[18] Tamakoshi

[19] Khadka et al

[20] Tamakoshi

[21] Parajka & Blöschl

[22] Wang et al

[23] Wang & Xie

[24] Bergeron et al

[25] She et al

[26] Zhang et al

[27] Ke & Liu

[28] Dietz et al

[29] Gafurov & Bárdossy

References

منابع
Akyurek, Z., Hall, D.K., Riggs, G.A., Sensoy, A.‚ (2010). Evaluating the utility of the ANSA blended snow cover product in the mountains of eastern Turkey‚ International journal of remote sensing,
Vol 31‚ No 14, Pp 3727- 3744.
Bergeron, J., Royer, A., Turcotte, R., Roy, A.‚ (2014). Snow cover estimation using blended MODIS and AMSR‐E data for improved watershed‐scale spring streamflow simulation in Quebec, Canada‚ Hydrological processes, Vol 28‚ No 16, Pp 4626- 4639.
Bi, Y., Xie, H., Huang, C., Ke, C.‚ (2015). Snow cover variations and controlling factors at upper Heihe River Basin, Northwestern China‚ Remote Sensing, Vol 7‚ No 6, Pp 6741-6762.
Dahri, Z.H., Ahmad, B., Leach, J.H., Ahmad, S.‚ (2011). Satellite-basedsnow cover distribution and associated snowmelt runoff modeling in Swat River Basin of Pakistan‚ Proc. Pak. Acad. Sci, Vol 48,
Pp 19- 32.
Dietz, A., Conrad, C., Kuenzer, C., Gesell, G., Dech, S.‚ (2014). Identifying changing snow cover characteristics in central Asia between 1986 and 2014 from remote sensing data‚ Remote Sensing, Vol 6‚ No 12, Pp 12752- 12775.
Dietz, A.J., Kuenzer, C., Conrad, C.‚ (2013). Snow-cover variability in central Asia between 2000 and 2011 derived from improved MODIS daily snow-cover products‚ International journal of remote sensing, Vol 34‚ No 11, Pp 3879- 3902.
Gafurov, A., Bárdossy, A.‚ (2009). Cloud removal methodology from MODIS snow cover product‚ Hydrology and Earth System Sciences, Vol 13‚ No 7,
Pp 1361- 1373.
Gurney, R.J., Foster, J.L., Gurney, R.J., Parkinson, C.L.‚ (1993). Atlas of satellite observations related to global change: Cambridge University Press.
Hall, D.K., Crawford, C.J., DiGirolamo, N.E., Riggs, G.A., Foster, J.L.‚ (2015). Detection of earlier snowmelt in the Wind River Range, Wyoming, using Landsat imagery, 1972– 2013‚ Remote Sensing of Environment, Vol 162, Pp 45-54.
Huang, X., Liang, T., Zhang, X., Guo, Z.‚ (2011). Validation of MODIS snow cover products using Landsat and ground measurements during the 2001–2005 snow seasons over northern Xinjiang, China‚ International journal of remote sensing, Vol 32‚ No 1, Pp 133- 152.
Ke, C.Q., Liu, X.‚ (2014). MODIS-observed spatial and temporal variation in snow cover in Xinjiang, China‚ Climate Research, Vol 59‚ No 1, Pp 15-26.
Khadka, D., Babel, M.S., Shrestha, S., Tripathi, N.K.‚ (2014). Climate change impact on glacier and snow melt and runoff in Tamakoshi basin in the Hindu Kush Himalayan (HKH) region‚ Journal of hydrology, Vol 511, Pp 49- 60.
Krajci, P., Holko, L., Parajka, J.‚ (2015). Variability of snow covered area and snow line elevation in the main Slovak river basins in winters 2001- 2014‚ Paper presented at the EGU General Assembly Conference Abstracts.
Leathers, D.J., Luff, B.L.‚ (1997). Characteristics of snow cover duration across the northeast United States of America‚ International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society, Vol 17‚ No 14,
Pp 1535- 1547.
Parajka, J., Blöschl, G.‚ (2008). Spatio‐temporal combination of MODIS images–potential for snow cover mapping‚ Water Resources Research,
Vol 44‚ No 3.
Pu, Z., Xu, L.‚ (2009). MODIS/Terra observed snow cover over the Tibet Plateau: distribution, variation and possible connection with the East Asian Summer Monsoon (EASM)‚ Theoretical and applied climatology, Vol 97‚ No 3- 4, Pp 265- 278.
She, J., Zhang, Y., Li, X., Chen, Y.‚ (2014). Changes in snow and glacier cover in an arid watershed of the western Kunlun Mountains using multisource remote-sensing data‚ International journal of remote sensing, Vol 35‚ No 1, Pp 234- 252.
Wang, X., Xie, H.‚ (2009). New methods for studying the spatiotemporal variation of snow cover based on combination products of MODIS Terra and Aqua‚ Journal of hydrology, Vol 371‚ No 1-4, Pp 192-200.
Wang, X., Xie, H., Liang, T., Huang, X.‚ (2009). Comparison and validation of MODIS standard and new combination of Terra and Aqua snow cover products in northern Xinjiang, China‚ Hydrological Processes: An International Journal, Vol 23‚ No 3, Pp 419- 429.
Yang, C., Zhao, Z., Ni, J., Ren, X., Wang, Q.‚ (2012). Temporal and spatial analysis of changes in snow cover in western Sichuan based on MODIS images‚ Science China Earth Sciences, Vol 55‚ No 8, Pp 1329- 1335.
Zhang, G., Xie, H., Yao, T., Liang, T., Kang, S.‚ (2012). Snow cover dynamics of four lake basins over Tibetan Plateau using time series MODIS data (2001–2010)‚ Water Resources Research, Vol 48‚ No 10.

Files

History

  • Receive Date: 01 January 2020
  • Revise Date: 09 May 2020
  • Accept Date: 14 June 2020

Share

How to cite

Statistics