جغرافیا و مخاطرات محیطی

جغرافیا و مخاطرات محیطی

بررسی تغییرات آب معادل برف، عمق برف و چگالی برف در ایران با استفاده از داده‌های بازتحلیل ERA5-Land

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
چکیده
آب معادل برف، عمق برف و چگالی برف سه متغیر بنیادین هیدرولوژی برف هستند، اما بررسی هم‌زمان و سراسری هر سه متغیر در ایران به‌ندرت انجام شده است. پژوهش حاضر تغییرات مکانی-زمانی این سه متغیر را با داده‌های ماهانه ERA5-Land با تفکیک 0.1 درجه طی دوره ۱۹۸۰ تا ۲۰۲۴ در ۱۵۵۴۷ یاخته خشکی بررسی کرد. روابط دومتغیره با نمودارهای پراکنش، رگرسیون و ضرایب پیرسون و اسپیرمن در چهار نوع نمونه و با در نظر گرفتن وابستگی تعریفی SWE = SD × ρs/1000 ارزیابی شد. سپس تحلیل مؤلفه‌های اصلی و خوشه‌بندی K-means اجرا و تعداد خوشه‌ها با معیارهای آرنج، سیلوئت و کالینسکی-هاراباز و یک آزمون حساسیت دومتغیره سنجیده شد. روند و نقطه تغییر سری‌های میانگین مکانی با آزمون‌های من-کندال اصلاح‌شده، شیب سن و پتیت و الگوی مکانی تغییرات با نقشه‌های روند یاخته‌ای و نقشه‌های اختلاف دو دوره بررسی شد. نتایج نشان داد ذخیره برف به‌شدت متمرکز است؛ تنها 27.3 درصد مساحت کشور میانگین بلندمدت SWE بیش از یک میلی‌متر دارد، نیمی از ذخیره در 3.7 درصد مساحت قرار دارد (ضریب جینی 0.87) و بیشینه آن (0.155 متر معادل آب) در زردکوه-دنا دیده می‌شود. عمق و SWE تقریباً هم‌خط‌اند (r = ۰/۹۹) که بخشی از آن ساختاری است، در حالی که رابطه چگالی با عمق مثبت و غیرخطی است و ضرایب آن به نوع نمونه وابسته است (0.62 تا 0.87). مؤلفه اول 8/90 درصد واریانس را تبیین کرد و چهار طبقه برفی در امتداد یک گرادیان پیوسته تفکیک شد؛ طبقه برف‌انبار کوهستانی با 2/1 درصد مساحت، 8/25درصد ذخیره را در بر دارد. میانگین SWE دسامبر تا مارس روند کاهشی معنادار داشت (Z = −۳/۷۳؛ شیب سن 9/1-میلی‌متر در دهه) و پس از ۲۰۰۸ به حدود نصف رسید؛ کاهش آوریل معنادار و تغییر نوامبر نامعنادار بود. کاهش معنادار SWE زمستانه 3/80 درصد پهنه برف‌گیر را در بر می‌گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

©2026 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

Afruzi, A., & Taran, F. (2024). The impact of temperature increase on monthly trends in snow cover, depth, and water equivalent, and the threats to drinking and agricultural resources; A case study of Hamadan Province. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 24(93), 61–78. [in Persian] https://doi.org/10.22092/idser.2024.365660.1580
Bashirian, F., Rahimi, D., & Najafi, M. R. (2023). The effect of snow-climate change on water resources. SSRN. https://doi.org/10.2139/ssrn.4498381
Bormann, K. J., Westra, S., Evans, J. P., & McCabe, M. F. (2013). Spatial and temporal variability in seasonal snow density. Journal of Hydrology, 484, 63–73. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.01.032
Brown, R. D., Fang, B., & Mudryk, L. (2019). Update of Canadian historical snow survey data and analysis of snow water equivalent trends, 1967–2016. Atmosphere-Ocean, 57(2), 149–156. https://doi.org/10.1080/07055900.2019.1598843
Caliński, T., & Harabasz, J. (1974). A dendrite method for cluster analysis. Communications in Statistics, 3(1), 1–27. https://doi.org/10.1080/03610927408827101
Che, T., Dai, L., & Li, X. (2025). Spatiotemporal distribution of seasonal snow density in the Northern Hemisphere based on in situ observation. Research in Cold and Arid Regions, 17(3), 137–144. https://doi.org/10.1016/j.rcar.2025.02.004
Dutilleul, P. (1993). Modifying the t test for assessing the correlation between two spatial processes. Biometrics, 49(1), 305–314. https://doi.org/10.2307/2532625
Dutra, E., Balsamo, G., Viterbo, P., Miranda, P. M. A., Beljaars, A., Schär, C., & Elder, K. (2010). An improved snow scheme for the ECMWF land surface model: Description and offline validation. Journal of Hydrometeorology, 11(4), 899–916. https://doi.org/10.1175/2010JHM1249.1
Ganjkhanlo, H., Vafakhah, M., Zeinivand, H., & Fathzadeh, A. (2020). The effect of different sampling schemes on estimation precision of snow water equivalent (SWE) using geostatistics techniques in a semi-arid region of Iran. Geocarto International, 35(16), 1769–1782. https://doi.org/10.1080/10106049.2019.1581267
Gao, Y., Dai, Y., Yang, W., Che, T., & Yao, T. (2023). Estimation of snow bulk density and snow water equivalent on the Tibetan Plateau using snow cover duration and snow depth. Journal of Hydrology: Regional Studies, 48, 101473. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2023.101473
Ghaffarigilandeh, A., Safarianzengir, V., Abad, B., Maleki, R., Sobhani, B., Kianian, M., & Jameh, M. (2020). Monitoring and survey of snow climatological parameter area using remote sensing data in Zagros Mountains range, located on the eastern border of Iraq. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, 15, 515–531. https://doi.org/10.26471/cjees/2020/015/149
Guyennon, N., Valt, M., Salerno, F., Petrangeli, A. B., & Romano, E. (2019). Estimating the snow water equivalent from snow depth measurements in the Italian Alps. Cold Regions Science and Technology, 167, 102859. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2019.102859
Habibi, M., Schöner, W., & Babaeian, I. (2020). Drought monitoring using Standardized Precipitation Index (SPI), Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index (SPEI) and Normalized-Difference Snow Index (NDSI) with observational and ERA5 dataset, within the Urmia Lake basin, Iran. EGU General Assembly 2020, EGU2020-11543. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-11543
Hajivand Paydari, S., Saligheh, M., Alijani, B., & Karbalaee, A. (2025). Snow Water Equivalent Index (SWEI): A non-parametric approach for snow drought assessment in Iran. SSRN. https://doi.org/10.2139/ssrn.5802624
Hamed, K. H., & Rao, A. R. (1998). A modified Mann-Kendall trend test for autocorrelated data. Journal of Hydrology, 204(1–4), 182–196. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(97)00125-X
Heydari Monfared, Z., Mirmousavi, S. H., Asakereh, H., & Raisipour, K. (2024). The study of spatial autocorrelation changes within decades of the annual average snow density in northwest Iran. Scientific-Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), e711278. [in Persian] https://doi.org/10.22131/sepehr.2024.2008088.2999
Hill, D. F., Burakowski, E. A., Crumley, R. L., Keon, J., Hu, J. M., Arendt, A. A., & ... Wolken, G. J. (2019). Converting snow depth to snow water equivalent using climatological variables. The Cryosphere, 13(7), 1767–1784. https://doi.org/10.5194/tc-13-1767-2019
Hubert, L., & Arabie, P. (1985). Comparing partitions. Journal of Classification, 2(1), 193–218. https://doi.org/10.1007/BF01908075
Jonas, T., Marty, C., & Magnusson, J. (2009). Estimating the snow water equivalent from snow depth measurements in the Swiss Alps. Journal of Hydrology, 378(1–2), 161–167. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.09.021
Kendall, M. G. (1975). Rank correlation methods (4th ed.). London: Charles Griffin. https://marine.gov.scot/sma/node/16946
Khaledi, B., Farajzadeh, M., & Rahimi, Y. G. (2026). Trend assessment and correlation analysis of thermal indices, snow depth, and NDSI across elevational gradient in the Alborz Mountain Range. Geographies, 6(2), 42. https://doi.org/10.3390/geographies6020042
Khosravi, K., Golkarian, A., Omidvar, E., Hatamiafkoueieh, J., & Shirali, M. (2023). Snow water equivalent prediction in a mountainous area using hybrid bagging machine learning approaches. Acta Geophysica, 71(2), 1015–1031. https://doi.org/10.1007/s11600-022-00934-0
Khosravi, M., Abbasnia, M., Ghobadi, A., & Armesh, M. (2017). Investigating the spatial relationship between spring convective precipitation and topography in northwestern Iran. Geography and Urban-Regional Planning, 7(23), 21–38. [in Persian] https://doi.org/10.22111/gaij.2017.3222
Kronmal, R. A. (1993). Spurious correlation and the fallacy of the ratio standard revisited. Journal of the Royal Statistical Society: Series A (Statistics in Society), 156(3), 379–392. https://doi.org/10.2307/2982964
López-Moreno, J. I., Fassnacht, S. R., Heath, J. T., Musselman, K. N., Revuelto, J., Latron, J., & ... Jonas, T. (2013). Small scale spatial variability of snow density and depth over complex alpine terrain: Implications for estimating snow water equivalent. Advances in Water Resources, 55, 40–52. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2012.08.010
Majidi Karhroudi, F. S., Gharaylou, M., & Sabetghadam, S. S. (2024). Evaluation of the performance of the ERA5 and MERRA2 reanalysis datasets in estimating snow depth over northwestern Iran. Journal of the Earth and Space Physics, 50(1), 251–263. [in Persian] https://doi.org/10.22059/jesphys.2023.358474.1007521
Mann, H. B. (1945). Nonparametric tests against trend. Econometrica, 13(3), 245–259. https://doi.org/10.2307/1907187
Maryanji, Z., Toulabi Nejad, M., & Dolatshahi, Z. (2023). The effect of climate change on snowfall and its prediction in Hamadan county. Physical Geography Research, 55(1), 113–129. [In Persian] https://doi.org/10.22059/jphgr.2023.358026.1007765
McCreight, J. L., & Small, E. E. (2014). Modeling bulk density and snow water equivalent using daily snow depth observations. The Cryosphere, 8(2), 521–536. https://doi.org/10.5194/tc-8-521-2014
Mirmousavi, S. H., & Heidari Monfared, Z. (2024). Analysis of spatio-temporal variations of the average snow depth in the northwestern region of Iran. Journal of Climate Research, 1403(57), 153–172. [In Persian] https://doi.org/10.22034/jcr.2024.195026
Mizukami, N., & Perica, S. (2008). Spatiotemporal characteristics of snowpack density in the mountainous regions of the western United States. Journal of Hydrometeorology, 9(6), 1416–1426. https://doi.org/10.1175/2008JHM981.1
Mohebbi, M., & Rahimzadegan, M. (2026). Assessment of snowpack density via dual-polarization SAR data and scattering mechanisms. Advances in Space Research. https://doi.org/10.1016/j.asr.2026.04.106
Mortimer, C., Mudryk, L., Derksen, C., Luojus, K., Brown, R., Kelly, R., & Tedesco, M. (2020). Evaluation of long-term Northern Hemisphere snow water equivalent products. The Cryosphere, 14(5), 1579–1594. https://doi.org/10.5194/tc-14-1579-2020
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. https://doi.org/10.5194/essd-13-4349-2021
Najafi, M. S., & Alizadeh, O. (2023). Climate zones in Iran. Meteorological Applications, 30(5), e2147. https://doi.org/10.1002/met.2147
Nouri, M., & Homaee, M. (2021). Spatiotemporal changes of snow metrics in mountainous data-scarce areas using reanalyses. Journal of Hydrology, 603, 126858. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126858
Peel, M. C., Finlayson, B. L., & McMahon, T. A. (2007). Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification. Hydrology and Earth System Sciences, 11, 1633–1644. https://doi.org/10.5194/hess-11-1633-2007
Pettitt, A. N. (1979). A non-parametric approach to the change-point problem. Journal of the Royal Statistical Society: Series C (Applied Statistics), 28(2), 126–135. https://doi.org/10.2307/2346729
Rousseeuw, P. J. (1987). Silhouettes: A graphical aid to the interpretation and validation of cluster analysis. Journal of Computational and Applied Mathematics, 20, 53–65. https://doi.org/10.1016/0377-0427(87)90125-7
Royer, A., Picard, G., Vargel, C., Langlois, A., Gouttevin, I., & Dumont, M. (2021). Improved simulation of arctic circumpolar land area snow properties and soil temperatures. Frontiers in Earth Science, 9, 685140. https://doi.org/10.3389/feart.2021.685140
Sadeqi, A., Irannezhad, M., Bahmani, S., Jelodarlu, K. A., Varandili, S. A., & Pham, Q. B. (2024). Long-term variability and trends in snow depth and cover days throughout Iranian mountain ranges. Water Resources Research, 60(1), e2023WR035411. https://doi.org/10.1029/2023WR035411
Safarian, V. (2025). Spatiotemporal monitoring and analysis of snow cover and its related components in the Alborz Mountain Range. Journal of Geography and Environmental Hazards, 14(4), 105–128. [in Persian] https://doi.org/10.22067/GEOEH.2025.94771.1601
Salahi, B., & Shahi, A. (2026). Assessment of reanalysis derived snow depth uncertainty in northwestern Iran using ERA5-Land and MERRA-2. Journal of Geography and Environmental Hazards, 15(1), 132–152. [in Persian] https://doi.org/10.22067/GEOEH.2025.95012.1604
Sen, P. K. (1968). Estimates of the regression coefficient based on Kendall's tau. Journal of the American Statistical Association, 63(324), 1379–1389. https://doi.org/10.1080/01621459.1968.10480934
Sherafat, M., Yarahmadi, D., Fathnia, A., & Mirhashemi, H. (2022). Monitoring snow cover changes and the volume of snow water equivalent using MODIS and AMSR-2/AMSR-E sensor data (Case study: Karun, Karkheh and Dez basins). Geographical Research, 37(2), 231–239. [in Persian] http://georesearch.ir/article-1-1280-en.html
Sturm, M., Taras, B., Liston, G. E., Derksen, C., Jonas, T., & Lea, J. (2010). Estimating snow water equivalent using snow depth data and climate classes. Journal of Hydrometeorology, 11(6), 1380–1394. https://doi.org/10.1175/2010JHM1202.1
Vafakhah, M. (2018). Spatiotemporal variability of snow depth, density, and water equivalent across Iran. Russian Meteorology and Hydrology, 43(2), 118–126. https://doi.org/10.3103/S1068373918020073
Wilks, D. S. (2016). The stippling shows statistically significant grid points: How research results are routinely overstated and overinterpreted, and what to do about it. Bulletin of the American Meteorological Society, 97(12), 2263–2273. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-15-00267.1
Yang, Z., Chen, R., Liu, Z., & Zhang, W. (2024). Estimating snow water equivalent using observed snow depth data in China. Journal of Hydrology: Regional Studies, 51, 101664. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2024.101664
Yao, H., Field, T., McConnell, C., Beaton, A., & James, A. L. (2018). Comparison of five snow water equivalent estimation methods across categories. Hydrological Processes, 32(12), 1894–1908. https://doi.org/10.1002/hyp.13129
ارسال نظر در مورد این مقاله
نام را وارد کنید.
نشانی پست الکترونیکی را به درستی وارد کنید.
وابستگی سازمانی را به درستی وارد کنید.
توضیحات را وارد کنید (حداقل 50 حرف)
CAPTCHA Image
شناسه امنیتی را به درستی وارد کنید.

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 06 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 11 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 13 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 13 مهر 1405