Scientific- Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR)

Scientific- Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR)

Changes in rainfall intensity due to climate changes in Babolsar Synoptic Station

Document Type : Research Paper

Authors
Valiollah Karimi 1
Eassa Kia 2
Mohammad Ali Maleki 3
1 ​Assistant Professor of Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Mazandaran Agriculture and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Sari, IRAN
2 Researcher of Soil Conservation and Watershed Management Department, Mazandaran Agriculture and Natural Resources research and Education Center, AREEO, Sari, Iran.
3 Meteorological Research, Mazandaran Meteorology General Office
10.22131/sepehr.2022.699917
Abstract
Extended Abstract
Introduction
Industrialization of communities and increased greenhouse gasses in the previous decades have resulted in increased global temperature and changes in climate parameters which are generally called climate change in scientific texts. Climate change has resulted in changes of temporal and local precipitation patterns all around the world. Consequently, hydrological cycle has changed affecting intensity, duration and frequency of rainfall events. Intensity- duration- frequency curves are used to provide an economic and safe design for drainage facilities, check dams, urban water management structures such as culverts, surface water and sewage systems. They are also used in landslides studies. The present study seeks to compare rainfall intensities in Babolsar Synoptic Station before and after 1993 to understand the effect of climate changes on rainfall intensities during the mentioned 52-year statistical period.
 
Materials&Methods
The first synoptic station of Mazandaran province was set up in Babolsar city in 1952. With an elevation of -21 m from sea level and 7 m from the Caspian Sea level, it is located at the east longitude of 52o, 39̍, 30̎ and the north latitude of 36o, 43. The station has a mean annual rainfall of 928 mm and an average of 99 rainy days.
To understand the effect of climate changes on rainfall intensities in different durations and return periods in Babolsar Synoptic Station, statistical period was divided into two 26-year subperiods (before: from 1968 to 1993 and after: from 1994 to 2019). Rainfall intensities were calculated separately for each of the 14 duration series (10, 20, 30, 40, 50, 60, 90 minutes and 2, 4, 6, 9, 12, 18 and 24 hours) with return periods of 2, 5, 10, 25, 50 and 100 years and compared together. Then, a paired t-test was conducted to prove the difference between two series of rainfall intensity to be significant. Moreover, 5 annual air temperature parameters including minimum absolute temperature, maximum absolute temperature, average minimum temperature, average maximum temperature and average temperature were investigated in both subperiods and analyzed using a paired t-test in SPSS software. Results were used to investigate temperature and precipitation changes during the statistical period and prove the difference between before and after time series data to be significant.  Mann-Kendall test was also carried out on 5 air temperature parameters collected during the 52-year time series data to find ascending or descending trends.
 
 
Results&Discussion
Compared to the first subperiod, the average rainfall intensities have increased in 10, 20, 30 minute and 12, 18 and 24-hour durations of the second statistical subperiod, while the opposite has occurred in 40, 50, 60, 90-minute, and 2, 4, 6 and 9-hour durations. However, statistical analysis has proved increased rainfall intensities in 10 and 20-minute, and 18 and 24-hour durations and decreased rainfall intensities in 50, 60, 90-minute, and 2, 4, 6 and 9-hour durations of the second statistical period to be significant. A paired t-test was conducted to compare rainfall intensity in the statistical subperiods and find out its effects on climate change. Results indicated that except for data collected in 30 and 40-minute and 12-hour durations, the difference between other paired series was significant at a less than 5% level.
Moreover, except for maximum absolute air temperature, other air temperature parameters showed a significant difference at less than 0.5% level. Furthermore, all 5 parameters showed an increase in the second study period indicating a warmer climate in Babolsar.
However, paired t-test results indicated that despite the reduction of mean annual rainfall in the second statistical period, difference between the two series was not significant at any acceptable level of significance. Moreover, results of the Mann-Kendall test indicated that average air temperature, average maximum air temperature, average minimum air temperature and minimum absolute air temperature have shown an ascending trend at a 1% significant level, while maximum absolute temperature lacked a specific trend and showed leap changes. Annual rainfall also showed random changes and lacked a specific trend during the 52 year statistical period.
 
Conclusion
Results of the Man-Kendall and paired t-test have shown that a significant increase have occurred in air temperature during the 52-year statistical period (1968-2019) resulting in climate changes.
It can be concluded that climate change has increased the intensity of short-term (shorter than 40 minutes) and long-term (longer than 12 hours) precipitations and reduced the intensity of medium-term precipitations in Babolsar Synoptic Station. Moreover, climate change has increased the intensity of precipitations with short and long return periods while reducing the intensity of precipitations with medium-term return periods in the aforementioned Synoptic Station.
Keywords
Rainfall intensity
Climate changes
Babolsar
Pluviograph Strip Charts

  1. 1- آقاجانی، ن. و کرمی، ح. 1394. استخراج منحنی های IDF از داده ­های روزانه بارش(مطالعه موردی ایستگاه سینوپتیک مشهد). دهمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، تبریز، ایران.

    2- بختیاری، ب. پورموسوی، ش. و سیاری، ن. 1393. بررسی اثر تغییر اقلیم بر منحنی های شدت مدت فراوانی بارش ایستگاه بابلسر طی دوره زمانی 203-2011. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، شماره 4، جلد 8، صفحه 704- 694.

    3- توانگر، ش. مرادی، ح. ر. و مساح بوانی، ع. ر. 1398. اثر تغییر اقلیم بر مقدار و شدت باران در شمال ایران. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، سال دهم، شماره سی و هشتم، 202-188 ص ص.

    4- جهانبخش اصل، س. خورشید دوست، ع. م. عالی نژاد، م. ح. و پور اصغر، ف. 1395. تاثیر تغییر اقلیم بر دما و بارش با در نظر گرفتن عدم قطعیت مدل ها و سناریوهای  اقلیمی(مطالعه موردی : حوضه شهرچای ارومیه)، شماره7، 122-107 ص ص.

    5- حاتمی یزد، ا.، قهرمان، ب. و ع. ا. تقوایی. 1384. تعیین الگوی توزیع زمانی بارش استان خراسان بزرگ، مجله علوم و مهندسی منابع آب ایران. سال اول. شماره3. 54-64 ص ص.

    6- حبیب نژاد، ر. و شکوهی، ع. ر. 1399. تحلیل عدم قطعیت شبیه سازی منحنی های شدت مدت فراوانی در سناریوهای تغییر اقلیم با استفاده از مدل مولد آب و هوا(مطالعه موردی : تهران)، تحقیقات منابع آب ایران، سال شانزدهم، شماره 2، 177- 164ص ص.

    7- خاک سفیدی، ع.، ن. نورا، ن. بیرودیان و ع. نجفی نژاد. 1389. الگوی توزیع زمانی بارش در استان سیستان و بلوچستان. مجله پژوهش های حفاظت آب وخاک. جلد هفدهم. شماره اول. 45-61 ص ص.

    8- خلف، ر. و سلطانی، س. 1393. برآورد IDFبر اساس داده های بارش روزانه با کاربرد مدل مقیاس زمانی. دو فصلنامه تخصصی علوم و مهندسی آب، سال چهارم، شماره دهم. صفحه های 51 تا 61.

    9- روشن، غ. و قانقرمه، ع. 1393. احتمال تاثیر تغییر اقلیم بر نوسانات منحنی شدت و فراوانی بارش موثر در ایستگاه های شمال غرب ایران. جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، سال25، پیاپی54، شماره2. صفحه های 61 تا 84.

    10- غفاری راد،س.1395.ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر منحنی های شدت مدت فراوانی بارش(حوضه رود زرد). پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، 99 صفحه.

    11- فتحی،  ن. رادمنش، ف. و بارانی، غ. 1387. تعیین منحنی های شدت- مدت- فراوانی در ایستگاه باران نگاری ایدنک واقع در حوضه آبریز ماراون. اولین کنفرانس بین المللی بحران آب. دانشگاه زابل، ایران.

    12- قاسمی، م. ناصری، ع. ع. سلطانی محمدی، الف. و معاضد، ه. 1398. بررسی روند تغییرات اقلیمی آینده تحت سناریوهای واداشت تابشی با استفاده از آزمون  من کندال(مطالعه موردی: جنوب اهواز)، نیوار، دوره 43، شماره 107، 97-84 ص ص.

    13- کریمی، و. سلیمانی، ک. و حبیب نژاد روشن، م. و شاهدی، ک. 1392.رمقایسه برخی روش های تعیین الگوی توزیع زمانی بارش جهت برآورد سیلاب های شهری، مطالعه موردی بابلسر. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب. 4 (13): 102- 112.

    14- کیا، ع. و و. کریمی. 1399. بررسی پارامترهای دما و بارندگی حوضه آبخیز هراز تحت تاثیر تغییر اقلیم. مجله علمی پژوهشی مخاطرات محیط طبیعی، دوره نهم، شماره بیست و ششم. 160-145 ص ص.

    15- ملایی، ع. تلوری، ع. وشفیعی، ا. 1385. بررسی و تعیین الگوی توزیع زمانی بارش در استان کهگیلویه و بویر احمد با استفاده از روش احتمالاتی Huff . هفتمین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران، اهواز. 11ص.

    16- نورا، ن. خاک سفیدی، ع. و رضیئی، ط. 1389. مقایسه روش های پیلگریم و هاف برای تعیین الگوی توزیع زمانی بارش در ایستگاه سینوپتیک زابل. مجله پژوهش های حفاظت آب و خاک. جلد هفدهم. شماره سوم.  143-160 ص ص.

    17- نوری قیداری، م. ح. 1391. استخراج منحنی­ های شدت- مدت- فراوانی از داده ­های روزانه بارش با استفاده از تئوری فرکتال. نشریه آب و خاک(علوم و صنایع کشاورزی)، جلد 26، شماره 3. صفحه­ های 718 تا 726.

    18- یوسفی ملکشاه، م. قضاوی، ر. و ساداتی نژاد، ج. 1398. بررسی تاثیر تغییرات اقلیم آینده بر تغییرات دما، بارندگی و منحنی های شدت مدت فراوانی در مناطق خشک(مطالعه موردی حوضه تهران- کرج). اکو هیدرولوژی. دوره 6، شماره 2، صفحه 445-431.

    1. Anie John, S. and Brema, J. 2018. Analysis of rainfall by Intensity- Duration- Frequency(IDF) Curves for Vamanapuram River Basin, Kerala. 2018. International Journal of Civil Engineering and Technology, Vol. 9, Issue7, 403-411.

    20.Carlier, E., El Khattabi, J. 2016. Impact of global warming on intensity- duration- frequency (IDF) relationship of precipitation: A case study of Toronto, Canada. Journal of Modern Hydrology,6, 1-7.

    1. Galiatsatou, P. and Iliadis, C. 2022. Intensity- Duration- Frequency Curves at ungauged sites in a changing climate for sustainable storm water networks. Sustainability 14, 1229. 1-24.

    22.Gratien, T., Kundwa, M. J., Bakunzibake, P., Buani, P. and Habyarimana, J. L. 2019.  Development of rainfall intensity duration frequency curves for hydraulic design aspect. Journal of Ecology & Natural Resources 3(2): 1-14.

    1. Martel, J. L. Brissetee, F. P. Picher, P. L. Troin, M. and Arsenault, R. 2021. Climate change and rainfall intensity – duration- frequency curves: Overview of science and guidelines for adaptation. J. Hydrol. Eng, 26(10) : 1-18.

    24.Ologhadien, I. 2019. Assessment of the impact of climate change on intensity duration frequency equation in Benin City, Nigeria. International Journal of Hydrology, Vol.3. Issue 2.: 107-113.

    1. Roshan, A. Sedghi, H. Sharifan, R. A. and Porhemmat, J. 2019. Climate Change impacts on intensity duration frequency curves of precipitation: A case study of Shiraz synoptic station, Iran. Journal of Agrometeorology 21(2): 159-165.
    2. Tapia, R. P. Leiva, F. G. Pineda, R. V. Ingram, B. Sanguesa, C. and Vallejos, C. 2020. A rainfall intensity data rescue initiative for central Chile utilizing a Pluviograph strip charts reader(PSCR). Water, 12,1887. 1-15.