به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

فهرست مطالب سید حسین ثنایی نژاد

  • رضا شهرکی مجاهد، امین علیزاده*، سید حسین ثنایی نژاد، علیرضا فرید حسینی، آذر زرین

    با توجه به تاثیر مطالعات برف در مدیریت منابع آب و جلوگیری از مخاطرات ناشی از بروز سیل و ازآنجاکه مدل سازی رواناب ذوب برف به دلیل تغییرات بسیار در پراکندگی توده های برف با کمبود یا فقدان داده چگالی برف در حوضه آبریز مواجه بوده و ایجاد ایستگاه های اندازه گیری برف در ارتفاعات کاری سخت و پر هزینه است، در این مطالعه تلاش شده با ابداع معادله ای جدید و با استفاده از تکنیک های سنجش ازدور به روشی ساده تر و فیزیکی تر پارامتر فاکتور درجه-روز (α) را محاسبه کرده و سپس شبیه سازی با تعریف مقادیر محاسبه شده آن به روش های کلاسیک و جدید در کنار مقادیر سالانه و فصلی ضریب فروکش (k) برای مدل رواناب ذوب برف (SRM) انجام شده و نتایج حاصل مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. به منظور ارزیابی عملکرد مدل و پارامترهای آن، شبیه سازی برای دوره های واسنجی و درستی سنجی به ترتیب برای سال های آبی 2012_2011 و 2013_2012 انجام شد و از محصول پوشش برف MODIS (MOD10A1) جهت برآورد سطح پوشش برف و برای برآورد مقادیر تابش خالص از محصول تابش خالص NEO (CERES-NETFLUX-E) استفاده گردید. نتایج نشان داد بهترین روش شبیه سازی رواناب در دوره واسنجی (2011-2012) استفاده از روش محاسبه فاکتور درجه-روز جدید و کاربرد دو مقدار ضریب فروکش جریان فصلی با ضریب تبیین 72/0 و درصد اختلاف حجمی 17/4 است. در دوره اعتبارسنجی (2012-2013) نیز شبیه سازی رواناب با روش محاسبه فاکتور درجه-روز جدید و یک ضریب فروکش سالانه با ضریب تبیین 51/0 و درصد اختلاف حجمی 38/4 بهترین نتیجه را از نظر ارزیابی معیارهای دقت مدل ارائه کرد.

    کلید واژگان: ذوب برف, فاکتور درجه-روز, سنجش ازدور, MODIS, تابش خالص}
    Reza Shahraki Mojahed, Amin Alizadeh *, Seyyed Hossein Sanaei-Nejad, Alireza Faridhosseini, Azar Zarrin

    Snow studies drastically influences on managing water resources and preventing the dangers caused by floods. Moreover, the modeling of snow melt runoff is faced with the lack of snow density data in the basin due to many changes in the distribution of snow masses, and creating snow measurement stations at high altitudes are difficult and expensive work. Considering the issues, this study attempted to invent a new equation and use remote sensing techniques in a simpler and more physical way to determine the degree-day factor (α) and then the simulation was performed by defining its calculated values using classical and new methods along with the annual and seasonal values ​​of the recession coefficient (k) for the snow-melt runoff model (SRM). The outcomes were evaluated and compared. In order to evaluate the performance of the model and its parameters, simulations were performed for the calibration and validation periods for the water years 2011-2012 and 2012-2013, respectively, and the MODIS snow cover product (MOD10A1) was used to estimate the snow-covered area and to estimate the radiation values. NEO net radiation product (CERES-NETFLUX-E) was used. The results showed that the best method for simulating runoff in the calibration period (2011-2012) was the new degree-day factor calculation method and the two values of the seasonal recession coefficient with the coefficient of determination of 0.72 and the volume difference of 4.17. In the validation period (2012-2013), the runoff simulation method with the new degree-day factor method and an annual recession coefficient with a coefficient of determination of 0.51 and the volume difference of 4.38 provided the best results in terms of assessment of the model accuracy criteria.

    Keywords: Snowmelt, Degree-Day Factor, Remote Sensing, MODIS, Net Radiation}
  • سید حسین ثنایی نژاد*، خسرو سالاری
    بارش یکی از اصلی ترین اجزای چرخه هیدرولوژی است. علاوه بر این، توزیع بارش نقش بسیار مهمی را در توازن انرژی کره زمین و دسترسی بشر به منابع آبی ایفا می کند؛ اما بارندگی همواره برای بشر ثمربخش نیست. هرساله وقوع سیل در کشور ایران خسارات جانی و مالی بسیاری را به مردم و زیرساخت ها تحمیل می نماید. برای به حداقل رساندن این خسارت ها لازم است مقدار بارش های وقوع یافته اندازه گیری شود، تا بتوان برای کاهش خسارت ها برنامه ریزی کرد. ازآنجایی که اندازه گیری بارش با دقت مکانی و زمانی بالا هزینه بسیاری دارد، مدل های بسیاری برای تخمین مقادیر بارش توسعه یافته اند؛ اما برای استفاده از داده های خروجی این مدل ها لازم است ابتدا عملکرد آن ها مورد ارزیابی قرار گیرد. در این پژوهش به ارزیابی عملکرد دو محصول تخمین بارش PERSIANN-CCS و PDIR-Now با استفاده از بارش های تمامی ایستگاه های سینوپتیک کشور برای خسارت بارترین سیلاب های ایران در سال های 1396 الی 1398 اقدام گردید. برای ارزیابی عملکرد از شاخص های آماری PC، BIAS، FAR، POD، HSS، R2، ME، MAE و RMSE استفاده شد. نتایج به دست آمده بیان گر تغییرپذیری بالای شاخص ها در وقایع مختلف است. به طور میانگین ملاحظه شد که محصولات PERSIANN-CCS و PDIR-Now اگرچه دارای میانگین PC بالا هستند اما به ترتیب دارای ضریب تعیین 16/0 و 19/0 و RMSE برابر با 38/9 و 78/12 بوده که مقادیر بسیار مطلوبی نیستند. با توجه به شاخص های آماری خطا در تاریخ های موردبررسی ملاحظه می شود که این دو محصول برای تخمین مقادیر بارش تمامی ایستگاه ها عملکرد مناسبی نداشته و برای تخمین بهتر بارش های منجر به سیلاب های سنگین، بررسی های بیشتر پیشنهاد می شود.
    کلید واژگان: PERSIANN-CCS, PDIR-Now, بارش, سنجش ازدور, سیل}
    Seyyed Hossein Sanaei-Nejad *, Khosro Salari
    Precipitation is one of the main components of the hydrological cycle. Rainfall distribution plays a significant role in the Earth’s energy balance and human access to water resources, but rainfall is not always promising for humans. Floods cause a lot of human and financial losses to people and infrastructure all over the world annually. Planning for the damage reduction must be done with some measurements. It is necessary to record the amount of rainfall in high resolution, but measuring precipitation in high spatial and temporal resolution is a costly process. Scientists have developed many models to estimate precipitation values. It is necessary to evaluate the output data of these models and their performance before using them. In this study, the performance of two precipitation estimation products, PERSIANN-CCS and PDIR-Now, was evaluated against precipitation recorded in all synoptic stations of Iran for the devastating flood events from 2017 to 2019. For comparing precipitation estimations with the ground data, 9 indices (PC, BIAS, FAR, POD, HSS, , ME, MAE & RMSE) were used. The results showed high variability of indicators in different events. On average, PERSIANN-CCS and PDIR-Now products have a coefficient of determination of 0.16 and 0.19 and RMSE of 9.38 and 12.78, respectively. The values are not desirable, even though the average of PC is high. Moreover, the results showed that the PERSIANN-CCS and PDIR-Now products do not perform well due to the statistical indexes for all stations, and further researches for better heavy rainfall estimation are needed.
    Keywords: PERSIANN-CCS, PDIR-Now, Precipitation, Remote sensing, Flood}
  • مصیب مقبلی دامنه، مهدی غلامی شرفخانه، سید حسین ثنایی نژاد*، مجتبی صادق

    جداسازی دقیق اجزای تبخیر-تعرق یکی از شکاف های کلیدی تحقیقات در زمینه مدیریت آب در بخش کشاورزی است. شناخت این متغیر و همچنین مکانیزم جداسازی اجزای آن برای تعیین مقدار دقیق مولفه های معادله بیلان آب در رابطه با برنامه ریزی و مدیریت منابع آب، بهینه سازی تولید محصول، طراحی سامانه های آبیاری، ارزیابی عملکرد محصول، شناسایی تنش های گیاه و تاثیر خشکسالی و همچنین ارزیابی تاثیرات تغییراقلیم بر کارایی مصرف آب بسیار مهم است. در این پژوهش کارایی مدل دو منبعی TSEB برای جداسازی اجزای این متغیر ارزیابی شد. در همین راستا خروجی های این مدل با خروجی های روش استاندارد دو جزیی فایو-56 در مزرعه ذرت واقع در ایستگاه تحقیقات کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد، مقایسه و ارزیابی شد. برای این کار از چهار تصویر ماهواره لندست 8 در بازه کاشت تا برداشت گیاه ذرت در فصل کاشت بهار و تابستان سال 1400 استفاده شد. نتایج این مطالعه نشان داد علیرغم نزدیک بودن مقادیر کلی تبخیر-تعرق بین مدل TSEB و روش دو جزیی فایو-56 (مقدارR^2 برابر با 94/0)، بین جزییات این پارامتر اختلاف زیاد است (مقدارR^2 برای تعرق و تبخیر به ترتیب 46/0 و 75/0)، که بر اساس مطالعات سایر پژوهشگران این اختلاف می تواند به دلیل بیش برآورد مقدار تعرق و کم برآورد مقدار تبخیر در روش دو جزیی فایو-56 باشد و در اینجا چون روش دو جزیی فایو-56 مقادیر تعرق و تبخیر را تخمین می زند و می تواند با مقداری خطا همراه باشد، نمی توان به طور قطع گفت مدل TSEB دارای دقت کافی نیست. از طرفی مقایسه نسبت تعرق به تبخیر-تعرق در این پژوهش با نتایج سایر پژوهشگران نشان داد که خروجی های مدل TSEB در این پژوهش (77/0) در بازه مجاز (75/0 تا 88/0) می باشد و خروجی های قابل اعتمادی ارایه می کند.

    کلید واژگان: جداسازی تبخیر-تعرق, روش دو جزئی فائو-56, سنجش از دور, لندست 8, مدل دو منبعی TSEB}
    Mosayeb Moqbeli Damane, Mahdi Gholami Sharafkhane, Seyed Hossein Sanaeinejad *, Mojtaba Sadegh

    The accurate separation of evapotranspiration components is one of the key gaps in evapotranspiration research. Knowing this variable as well as the mechanism of separating its components to determine the exact value of the components of the water balance equation in relation to planning and managing water resources, optimizing crop production, designing irrigation systems, evaluating crop performance, identifying plant stresses and the impact of drought, and also evaluating the effects of climate change is very important on the efficiency of water consumption. In this research, the efficiency of Two-Source Energy Balance (TSEB) model was evaluated to separate the components of this parameter. In this regard, the outputs of TSEB model were compared and evaluated with the outputs of the standard FAO-56 dual crop coefficient method in the corn field located in the agricultural research station of Ferdowsi University of Mashhad. For this purpose, four Landsat 8 satellite images were used between planting and harvesting corn plants in the spring and summer planting seasons of 2021. The results of this research showed that despite the closeness of two methods (TSEB and FAO-56 dual crop coefficient method with R2=0.94) in terms of total values of evapotranspiration, there is a big difference between the two methods in terms of detail components (R2=0.46 for transpiration and R2=0.75 for evaporation). This difference can be due to the overestimation of the transpiration amount and underestimation of the evaporation amount in the dual crop coefficient method, and because the FAO-56 dual crop coefficient method estimates transpiration and evaporation values and it can be associated with some error, it cannot be said for sure that the TSEB model is not accurate enough. Also, comparing the ratio of transpiration to evapotranspiration in this research (0.77) with the results of other researchers (0.75-0.88) showed that the outputs of the TSEB model are within the permissible range and provide reliable outputs.

    Keywords: Evapotranspiration Partitioning, FAO-56 dual crop coefficient, Landsat 8, remote sensing, TSEB}
  • محمد فشائی*، سید حسین ثنائی نژاد، مرجان قوچانیان

    وقوع خشکسالی در کشاورزی صرفا با اندازه گیری تغییرات بارش قابل رصد نیست بلکه متغیرهای دیگری همچون رطوبت خاک نیز در آن نقش دارند. در میان روش های مختلف دورسنجی، طیف الکترومغناطیس مایکروویو محدودیت‏های فیزیکی سایر امواج رادیومتری در اندازه‏گیری رطوبت خاک را ندارد. با این تفاوت که داده‏های مایکروویو رطوبت خاک غالبا دارای ابعاد پیکسل بسیار بزرگ (بیش از 10 کیلومتر) هستند و این موضوع کاربرد آنها در مقیاس‏های کوچک را با مشکل مواجه می‏سازد. در این پژوهش به منظور محاسبه شاخص خشکی کشاورزی در مقیاس مزرعه، ابتدا با استفاده از داده‏های اندازه‏گیری میدانی رطوبت در محدوده دشت نیشابور طی سال‏های 1396 تا 1398، واسنجی داده‏های بازیابی رطوبت خاک سنجنده AMSR2 انجام شد. سپس با کمک تصاویر سنجنده مودیس روابط خطی ریزمقیاس نمایی تصاویر رطوبت خاک استخراج شده و ابعاد تصویر از 25 کیلومتر به 1000 متر کاهش یافت. در گام بعدی از شاخص خشکی کشاورزی SMADI که تلفیقی از خصوصیات پوشش گیاهی، رطوبت خاک و دمای سطح زمین است برای پایش خشکی کشاورزی در مقیاس مزرعه استفاده شد. به منظور ارزیابی نتایج، شاخص‏های آماری ضریب تعیین ()، میانگین قدرمطلق خطا (MAE) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) در سه کاربری اراضی منتخب شامل زراعت دیم (R1)، مرتع متوسط (R2) و مرتع فقیر (R3) بررسی شد. شاخص های MAE و RMSE در بازه 1.6 تا 4 و شاخص  در بازه 0.73 تا 0.84 قرار گرفت. نتایج نشان داد که الگوریتم استفاده شده در ریزمقیاس نمایی و همچنین برآورد شاخص خشکی کشاورزی SMADI به خوبی قادر به بازتاب اندرکنش‏های بین بارش، رطوبت خاک، پوشش گیاهی و تغییرات پروفیل دمایی کانوپی است و این ویژگی کاربرد آن را در تحلیل‏های هواشناسی کشاورزی توجیه و تقویت می‏کند.

    کلید واژگان: دمای سطح زمین, ریزمقیاس نمایی, کمبود آب گیاه, مایکروویو غیرفعال, AMSR2}
    M. Fashaee *, S.H. Sanaei Nejad, M. Quchanian
    Introduction

     Drought analysis in agriculture can not only be achieved by measuring precipitation changes but also by using other parameters such as soil moisture. Due to the fact that soil moisture affects plant growth and yield, it is often considered for monitoring agricultural drought. Remote sensing data are often provided from three sources: microwave, visible and thermal. Most satellite soil moisture-based algorithms rely on passive microwave images, active microwaves, or a combination of data from several different sensors. Among the various remote sensing methods, the microwave electromagnetic spectrum has fewer physical limitations than other spectrum in measuring soil moisture. However, microwave soil moisture data often have very large pixel dimensions (more than 10 km), making it difficult to use them on a small scale.

    Materials and Methods

     In this study, in order to calculate the agricultural drought index at the field-scale, AMSR2 Retrieval data were calibrated first using field moisture measurement data in the Neishabour plain during 2017 to 2019. During the research period, 560 soil samples (20 samples in 28 shifts) were collected and soil moisture was measured in the laboratory of the Department of Water Science and Engineering, Ferdowsi University of Mashhad. LPRM_AMSR2_ SOILM3_001 is one of the third level products of the AMSR2 sensor, which is produced on a daily basis with a spatial resolution of 25 × 25 km2. Land surface parameters including surface temperature, surface soil moisture and plant water availability were obtained by passive microwave data using the Land parameter Retrieval Method (LPRM). Then, by using Modis sensor images (NDVI and LST), linear downscaling equations were extracted. The dimensions of the AMSR2 images were reduced from 25 kilometers to 1000 meters using these equations. In next step, SMADI Agricultural Drought Index, which is a combination of vegetation characteristics, soil moisture and land surface temperature, was used to monitor agricultural drought at the field-scale. Statistical indicators such as coefficient of determination (R^2), mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE) were also used to evaluate the statistical performance.

    Results and Discussion

    By visual analysis of the role of vegetation and land unevenness, it was found that these two factors affect the regression relationships extracted for calibration of remote sensing data. The RMSE and MAE values for the regression equations used in the calibration process were calculated in the range of 1.6 to 4%, which can be considered acceptable in comparison with the mean values of the soil moisture data (15 to 20). The results showed that changes in SMADI index in three land use zones including rainfed cultivation (R1), medium rangeland (R2) and poor rangeland (R3) have experienced a similar trend to precipitation changes, illustrating that precipitation is one of the most effective factors in major changes in SMADI agricultural drought index fluctuations. It was also observed that SMADI index changes with a delay of 1 to 8 days compared to the precipitation changes in all three zones. In all three zones, the SMADI index followed a similar trend to in-situ soil moisture changes. At mot 80% of the changes in SMADI-R1 index can be explained by in-situ SM-R1, and the rest of the changes were related to other environmental factors or measurement error. This decreases to 68% in the R3 zone. It should be noted that soil moisture monitoring can more accurately reflect the impact of environmental factors on the changes in agricultural drought index such as SMADI than other variables; because the rainfall recorded at the meteorological station does not necessarily occur uniformly throughout the study area. On the other hand, any amount of precipitation will not necessarily lead to an effective change in soil moisture storage. This also renders assessment of the performance of agricultural drought indicators difficult.

    Conclusion

     Examination of statistical indices of coefficient of determination (R2), mean absolute error value (MAE) and root mean square error (RMSE) showed that the algorithm used in downscaling as well as estimating SMADI agricultural drought index is well able to reflect the interactions between precipitation, soil moisture, vegetation and changes in canopy temperature profile. This feature justifies and strengthens its application in agrometeorological analysis.

    Keywords: AMSR2, Downscaling, Land surface temperature, Passive Microwav, Water deficit}
  • محسن رحم دل*، زهره جوانشیری، سید حسین ثنائی نژاد

    داده های دیده بانی شده در ایستگاه های هواشناسی زیربنای طیف وسیعی از برنامه ریزی ها، مطالعات کاربردی و مدل سازی ها در زمینه ها و علوم مختلف هستند. استفاده از این داده ها در مطالعات و برنامه ریزی ها، بدون اطمینان از صحت داده ها و همگن بودن سری زمانی آنها می تواند به نوعی عدم قطعیت در نتایج منجر شود؛ بنابراین با توجه به اهمیت پارامترهای دما و بارش در برنامه ریزی های محیطی، در این مقاله سری های زمانی دمای کمینه و بیشینه و بارش روزانه در ایستگاه های هواشناسی کشور با رویکرد تحلیل اکتشافی و بررسی همگنی در  بازه زمانی 60 ساله (2018-1959) ارزیابی شدند. در بررسی ها مشخص شد در سری زمانی 60 ساله از بین 37 ایستگاه به طور متوسط دمای بیشینه روزانه به میزان 5%، دمای کمینه بیش از 7% و بارش روزانه، 2% داده گم شده دارند. در همین دوره بدون احتساب داده های سال 1959، برای پارامتر دمای بیشینه و دمای کمینه هرکدام هفت مورد و برای بارش نیز هشت مورد داده پرت تشخیص داده شد. در بررسی سری های زمانی، بدون احتساب ایستگاه طبس و از بین 36 ایستگاه، دمای روزانه 16 ایستگاه همگن تشخیص داده شد و در 20 ایستگاه نیز یک، دو یا سه نقطه شکستگی در سری زمانی مشخص شد. برای بارش نیز در همین دوره 5 ایستگاه ناهمگن شناخته شدند.

    کلید واژگان: بارش, دما, ناهمگنی, فراداده, بسته نرم افزاری کلایماتول}
    Mohsen Rahmdel *, Zohreh Javanshiri, Seyed Hossein Sanaei Nejad

    In-situ observations underlie a wide range of planning, applied studies and modeling in various fields and sciences. Using this data in studies and planning without ensuring the accuracy and homogeneity of them can lead to uncertainty in the results. The major problems that researchers face are the poor data quality, missing data, outliers and in-homogeneity in time series. Therefore, in this paper, the minimum and maximum daily temperature series and daily rainfall series were analyzed at 37 weather stations in Iran for outliers and homogeneity over the period 1959-2018. In this regard, the World Meteorological Organization in cooperation with the Climatology Commission has provided instructions for data homogenization (e.g. WMO/TD Document No. 1186, Guidelines on climate metadata and homogenization; WMO Document No. 1203, WMO Guidelines on the Calculation of Climate Normal).     The main steps in data homogenization are: Metadata analysis and data quality control; Creating a reference series; Detection of break points; Data correction.     To do this, in the initial clustering, according to the previous activities and studies in this field which have mostly used empirical and quantitative methods, including principal components and cluster analysis, Iran was divided into 5 clusters based on the climatic characteristics. After initial clustering, the daily maximum and minimum temperatures and daily rainfall series were statistically analyzed using SPSS software and the percentage of missing data was determined for each station. Then, Climatol package in R software was used to study outliers, in-homogeneity and homogenization. In each cluster, the series are re-clustered based on the variability of desired parameter, and for each station, the other stations with similar variability belonging to that cluster are considered as reference stations.     Based on this algorithm, first the desired series is estimated and standardized by reference series using type (II) regression method. After estimating the series, the standardized anomaly series are calculated, in which the difference between the observed and estimated values is calculated. For detecting outliers, two steps were followed. Original data corresponding to the standardized anomalies greater than the prescribed thresholds were detected as outliers. In the second step, in order to confirm the outliers, the detected outliers in the first step were compared with the values of the days before and after for temperature series. If they differed significantly, they would be accepted as outliers and deleted. For the precipitation series, the atmospheric condition of the desired dates would be checked. For detection of in-homogeneity, the standard normal homogeneity test (SNHT) was performed on the monthly series. If the SNHT test statistic was greater than the prescribed threshold, the series was split at the point of the maximum SNHT and all the data before the break point were transferred to a new series with the same geographic coordinates. This process was repeated until all series were homogeneous. If break points were confirmed by metadata, they would then be accepted as non-climatic breaks. Finally, all the missing data in every homogenous series are estimated using same estimation procedure. The only difference is that the fragments of series are used as references. Given the large number of missing and suspicious data in 1959, we considered the beginning of the statistical period from 1960. Investigations have shown that on some dates, all stations in a cluster lack data, possibly due to glitches in the MESSIR-CLIM system of Meteorological Organization through which data is received. In such cases, the average data of the days before and after the mentioned stations was used to estimate the data on that dates. MESSIR-CLIM is the database of IRIMO including climatic database management system that is based on PostgreSQL. The main functions of the system receive and store all kinds of weather and climatic data. The system is able to collect and process massive amounts of information and provide meteorological products (such as charts, maps, tables, and reports).     For the maximum temperature in the stations of the Caspian region (Cluster 4), 18 dates and for the minimum temperature, 13 dates in the mountainous areas (Cluster 5), in all the cluster stations were missing data.     The maximum and minimum temperature and daily precipitation series for 37 weather stations of Iran have an average of 5%, 7% and 2% missing values, respectively. In the 60-year time series (1959-2018) after deleting the 1959 data, the percentage of missing data at maximum and minimum daily temperature and daily precipitation decreased by an average of about 0.3%. In this time series, excluding 1959 data, 7 outliers were detected for the maximum temperature parameter. For the minimum temperature, this number reached 7 and for the precipitation parameter, 8 outliers were identified. In 8 cases, due to the lack of atmospheric data on the desired dates, it was not possible to make a definitive judgment about the accuracy of precipitation data outliers. In terms of daily temperature series, with the exception of Tabas station, out of 36 stations, 16 stations were homogeneous and 20 stations had one or two or three breakpoints. For the precipitation parameter, 5 in-homogeneous stations were identified.    Unfortunately, due to the lack of a comprehensive metadata bank, there was no definitive reason for many of these fractures at some stations.

    Keywords: Precipitation, Temperature, In-homogeneity, Metadata, Climatol package}
  • محسن رحم دل، سید حسین ثنائی نژاد*، زهره جوانشیری، آزاده محمدیان
    داده های دیده بانی شده در ایستگاه های هواشناسی زیربنای گستره وسیعی از برنامه ریزی ها، مطالعات کاربردی و مدل سازی ها در زمینه ها و علوم مختلف می باشند و استفاده از این داده ها در مطالعات و برنامه ریزی ها بدون اطمینان از صحت (Accuracy) و همگن بودن (Homogeneity) داده ها می تواند منجر به نوعی عدم قطعیت (Uncertainty) در نتایج به دست آ مده شود. بنابراین با توجه به اهمیت پارامترهای دما و بارش، در این مقاله سری های زمانی دمای کمینه و بیشینه و بارش روزانه در ایستگاه های هواشناسی کشور با رویکرد تحلیل اکتشافی و بررسی ناهمگنی در دوره زمانی 30 ساله (2018-1989) مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی ها نشان داد در سری های زمانی 30 ساله از بین 134 ایستگاه به طور میانگین ایستگاه های هواشناسی کشور در مورد دمای بیشینه 3 درصد، دمای کمینه 4 درصد، و بارش روزانه دارای 2 درصد داده گم شده می باشند. در این سری زمانی برای پارامتر دمای بیشینه تعداد 63 مورد داده پرت تشخیص داده شد، که 53 مورد آن مربوط به ایستگاه ژیوفیزیک دانشگاه تهران بود. برای دمای کمینه این عدد به 50 مورد رسید که 11 مورد آن متعلق به ایستگاه ژیوفیزیک دانشگاه تهران می باشد. برای پارامتر بارش در این دوره تعداد 13 مورد داده پرت تشخیص داده شد، که 5 مورد آن به ایستگاه ژیوفیزیک دانشگاه تهران مربوط است. برای پارامتر دمای روزانه در این دوره (بدون احتساب ایستگاه ژیوفیزیک)، 89 ایستگاه همگن و 44 ایستگاه دارای یک یا دو نقطه شکستگی بودند و برای پارامتر بارش نیز در همین دوره، 15 ایستگاه ناهمگن شناخته شدند.
    کلید واژگان: همگن سازی, الگوریتم کلایماتول, فراداده, داده های گم شده, داده های پرت}
    Mohsen Rahmdel, Seyed Hossein Sanaeinejad *, Zohreh Javanshiri, Azadeh Mohamadian
    In-situ observations underlies a wide range of planning, applied studies and modeling in various fields and sciences, and using this data in studies and planning without ensuring the accuracy and homogeneity of them, can lead to uncertainty in the results. Major problems that researchers face are the poor quality data, missing data, outliers and in-homogeneity in time series. Inappropriate co-locating of stations, human errors in reading and recording data, errors in measuring equipment, changes in measurement tools, different methods of observation, non maintenance and calibration of equipment, constructions around the stations, changes in the type of instruments and sensors for atmospheric parameters measurements and station relocation during the statistical period are problems that affect the accuracy and homogeneity of the meteorological data. Therefore, in this paper, the minimum and maximum daily temperature series and daily rainfall series at 134 weather stations in Iran were analyzed for outliers and homogeneity over the period 1989-2018. First, Iran was divided into 5 clusters based on climatic characteristics. After clustering, the daily maximum and minimum temperatures and daily rainfall data were statistically analyzed using SPSS software and the percentage of missing data was determined separately for each station. Then, Climatol package in R software was used to study outliers, in-homogeneity and homogenization. In each cluster, the series are re-clustered based on the needed parameter, and for each station, the other stations belonging to that cluster are considered as reference stations. Based on this algorithm, first the desired series is estimated and standardized by reference series by type (II) regression method. After estimating the series, the standardized anomaly series is calculated, in which the difference between the observed and estimated values is calculated. For detecting outliers, two steps were followed. Original data corresponding to standardized anomalies that were greater than the prescribed thresholds, were detected as outliers. In the second step, in order to ensure the correct detection of the outliers, for temperature series the detected outliers in the first step were compared with the values of the days before and after. If they differed significantly, they would be accepted as outliers and deleted. For the precipitation series, the atmospheric condition of the desired dates were checked. For detection of in-homogeneity, the standard normal homogeneity test (SNHT) was performed on the monthly series. If the SNHT test statistic was greater than the prescribed threshold, the series was split at the point of maximum SNHT and all the data before the break were transferred to a new series with the same geographic coordinates. This process was repeated until all series were homogeneous. If break points were confirmed by metadata, they would then be accepted as non-climatic breaks. Finally, all the missing data in all homogeneous series and subseries infilled with the same data estimation procedure using only the reference of their own other fragments. The maximum, minimum temperaturs and precipitation series for 134 weather stations of Iran have an average 3%, 4% and 2% missing values, respectively. In this time series, 63 outliers were detected for the maximum temperature parameter that 53 of them were related to the Geophysics station of the University of Tehran. For the minimum temperature, this number reached 50 that 11 of them belong to the Geophysics station and for the precipitation parameter 13 outliers were identified that 5 of them are related to the Geophysics station. For the daily temperature series (excluding Geophysics station), 89 stations were homogeneous and 44 stations had one or two break points, and for the precipitation series, 15 stations were identified as in-homogeneous.
    Keywords: Homogenization, Climatol algorithm, Metadata, Outliers, Missing data}
  • محمد فشائی، سید حسین ثنایی نژاد*

    رطوبت خاک از اهمیت ویژه ای در مطالعات منابع آب و کشاورزی برخوردار است. طیف الکترومغناطیس مایکروویو، محدودیت‏ های فیزیکی سایر امواج رادیومتری در اندازه ‏گیری رطوبت خاک را ندارد، اما غالبا دارای ابعاد پیکسل بسیار بزرگ (بیش از 10 کیلومتر) هستند. در این پژوهش به منظور کاربرد داده‏ های رطوبت خاکی دورسنجی در مقیاس مزرعه، با استفاده از داده ‏های اندازه‏ گیری میدانی رطوبت خاک در محدوده دشت نیشابور طی سال ‏های 1396 تا 1398، واسنجی داده ‏های بازیابی سنجنده AMSR2 انجام شد. معلوم شد تغییرات ارتفاعی و پوشش گیاهی از جمله عوامل کلیدی تاثیرگذار بر دقت واسنجی به شمار می ‏آیند. مبتنی بر نظریه اینرسی حرارتی و با کمک تصاویر سنجنده مودیس، اندرکنش‏ های میانگین روزانه رطوبت خاک و اختلاف دمای روزانه سطح زمین در دو سنجنده MODIS و AMSR2 بررسی شد و با استفاده از آن روابط خطی ریزمقیاس نمایی تصاویر رطوبت خاک برای تبدیل ابعاد تصویر از 25 کیلومتر به 1000 متر به دست آمد. بررسی شاخص ‏های آماری R^2 با کمینه 0.73 و بیشینه 0.84، MAE و RMSE با دامنه تغییرات 1.6 تا 4، نشان داد که الگوریتم استفاده شده در ریزمقیاس نمایی به خوبی قادر به بازتاب اندرکنش‏ های بین بارش، رطوبت خاک، پوشش گیاهی و تغییرات پروفیل دمایی کانوپی بوده و این ویژگی کاربرد آن را در تحلیل ‏های هواشناسی کشاورزی تقویت می‏ کند.

    کلید واژگان: سنجش از دور, رطوبت خاک سطحی, شاخص پوشش گیاهی, امواج مایکروویو, AMSR2}
    Mohammad Fashaee, Seyed Hossein Sanaei Nejad *

    Soil moisture is of particular importance in the study of water resources and agriculture. The microwave electromagnetic spectrum does not have the physical limitations of other radiometric spectral in measuring soil moisture, but they often have very large pixel dimensions (more than 10 km). In this study, in order to apply soil moisture remote sensing data at the farm scale, using field soil moisture measurement data in the Nishabour plain during 2017-2019, calibration of AMSR2 retrieval data was performed. It turned out that altitude and vegetation changes are among the key factors affecting calibration accuracy. Based on the theory of thermal inertia and with the help of MODIS sensor images, the interactions of the average daily soil moisture and the daily surface temperature difference between the two MODIS and AMSR2 sensors were investigated. Using it, downscaling linear relationships of soil moisture images were obtained to convert the image dimensions from 25 km to 1000 m. Validation of R2 statistical indices with a minimum of 0.73 and a maximum of 0.84, MAE and RMSE with a range of 1.6 to 4, showed that the algorithm used in the downscaling is well able to reflect the interactions between rainfall, soil moisture, vegetation and changes in canopy temperature profile and this feature reinforces its application in agrometeorological studies.

    Keywords: Remote Sensisng, Surface soil moisture, Microwave Spectra, Downscaling, AMSR2}
  • بهاره میرکماندار*، سید حسین ثنائی نژاد، حجت رضایی پژند، محبوبه فرزندی

    تاثیر اقلیم بر الگوهای رفتاری تغییرات دما در روش های موجود مورد توجه قرار نگرفته است. با رسم دقیق منحنی تغییرات روزانه ی دما در یک روز عادی نشان می دهد که توزیع این متغیر نرمال نیست و یک منحنی چوله به راست است. بنابراین استفاده از ضرایب مساوی برای برآورد میانگین دمای روزانه خطا دارد. این مقاله الگوهای جدیدی را برای برآورد میانگین دمای روزانه درسه ناحیه مختلف اقلیمی ایران و ایستگاه های نمونه مربوطه ارایه داده است. به این منظور خوشه بندی اقلیمی که مطابق آن کشور ایران به سه خوشه ساحلی، کوهستانی و بیابانی و نیمه بیابانی تقسیم شده، انتخاب و نمونه گیری سیستماتیک برای تعیین ایستگاه های منتخب صورت گرفت. سپس الگوی های رگرسیونی خطی پس از غربال و آماده سازی  بر داده ها برازش داده شد. نتایج ارایه شده وجود عرض از مبدا را در تمام الگوها تایید می کند. که دامنه آن برای سه خوشه و ایستگاه های نمونه از 735/1- تا 26/0 می باشد. ضریب استاندارد شده (Beta) متغیرهای پیشگو، بیانگر نابرابری وزن این متغیرها در تمامی الگوها است. این ضریب در الگوی برآورد میانگین دمای روزانه خوشه ساحلی برای متغیرهای دمای کمینه و بیشینه به ترتیب 2/48% و 8/51% می باشد. این مقادیر نشان می دهد دمای بیشینه نسبت به دمای کمینه حساس تر است. بیشترین تاثیر دمای بیشینه با مقدار 1/63% در خوشه کوهستانی برای برآورد میانگین دمای روزانه دیده می شود. واسنجی و قیاس الگوهای ارایه شده در این مقاله با الگوی مرسوم برآورد میانگین دمای روزانه نشان از توانایی بالای الگوهای پیشنهادی در برآورد این میانگین دارد. میانگین مربع خطا (MSE) معیار واسنجی و مقایسه الگوهاست. بیشترین اختلاف برآورد میانگین دمای روزانه میان الگوی مرسوم با الگوی ارایه شده برای خوشه کوهستانی بوده که 24% می باشد.

    کلید واژگان: الگوی رگرسیونی, دمای بیشینه, دمای کمینه, میانگین دمای روزانه, نمونه گیری سیستماتیک}
    Bahareh Mirkamandar *, Hossein Sanaeinejad, Hojat Rezaee Pazhand, Mahboobeh Farzandi
    Introduction

    The behavior of daily changes in temperature is not straightforward. We first drew the curve of this variable on a normal day. It can be seen that the distribution of this variable was not normal. The curve of this variable was a skewed curve to the right. Therefore, the equal coefficients could be used only as approximation for estimating daily average temperature. Climatic conditions of the meteorological stations were also another parameter to be considered. This research presents a new method for estimating daily average of temperature in three climatic regions of Iran. The patterns for the sample stations in each climatic region were presented separately.

    Materials and Methods

    E. Eccel (2012) developed algorithms to simulate the relative humidity of the minimum daily temperature in 23 weather stations in the ALP region of Italy. In this research, the base pattern was calibrated by temperature and precipitation measurement. Ephrath, et al. (1996) developed a method for the calculation of diurnal patterns of air temperature, wind speed, global radiation and relative humidity from available daily data. During the day, air temperature was calculated by:  (1)   (2)     where S (t): Dimensionless function of time, DL: Day Length h, LSH: the time of maximum solar high h, ta: Current air Temperature, P: the delay in air Tmax with respect to LSH h. Farzandi, et al. (2012) presented more accurate patterns for estimating daily relative humidity from humidity of Iranian local standard hours and daily precipitation variables, the minimum, maximum and average daily temperature in coastal regions. The purpose was to present linear and nonlinear patterns of daily relative humidity separately for different months (12 patterns) and annually in coastal regions (the Caspian Sea, the Persian Gulf, and the Oman Sea). Rezaee-Pazhand, et al. (2008) introduced new patterns for estimating daily average temperature in arid and semiarid regions of Iran. Final pattern has interception and new coefficients for estimate daily average of temperature. (3)   Veleva, et al. (1996) showed that the atmospheric temperature-humidity complex (T-HC) of sites located in a tropical humid climate cannot be well characterized by annual average values. Better information is given by the systematic study of daily changes of temperature (T) and relative humidity (RH), which can be modeled with linear and parabolic functions. Farzandi et al. (2011) divided Iran into three climatic clusters used in the present work. First a classification which provides climatological clustering. This clustering was used the data of annual relative humidity, temperature, precipitation, altitude, range of temperature, evaporation and three indices of De Martonne, Ivanov and Thornthwaite. Iran was partitioned into three clusters i.e. coastal areas, mountainous range and arid and semi-arid zone. Several clustering methods were used and around method was found to be the best. Cophenetic correlation coefficient and Silhouette width were validation indices. Homogeneity and Heterogeneity tests for each cluster were done by L-moments. The “R”, software packages were used for clustering and validation testes. Finally clustering map of Iran was prepared using “GIS”. The data of 149 synoptic stations were used for this analysis. Systematic sampling was done to select sample stations. The linear regression model was fitted after screening and data preparation. A model was presented for estimating daily average of temperature in each climatic region and sampling stations in each cluster. The best models were presented by reviewing the required statistics and analyzing the residuals. The calibration and comparison of the presented patterns in this paper with commonly applied models were undertaken to calculate the mean squared error. “SPSS.22” software was used for analysis.

    Results and Discussion

    The coefficient of determination (R2) and the Fisher statistics show that the patterns have a good ability to estimate the daily average of temperature. The daily average temperature pattern confirmed an interception in the equations. Standardized coefficients showed that predictor variables were not weighted in all of the patterns. The average values of the residuals in each pattern was zero. According to the graphs, stabilization of variance can be seen based on the residual on each pattern in each cluster. The mean squared error  is a measure of the applicability of patterns. The accuracy of the estimating daily average temperature by the recommended models in three climates was confirmed by calculating the mean squared error. The proposed patterns of this study had less error than common patterns.  Thus, the patterns have a good ability to estimate daily average temperature.

    Conclusion

    The maximum temperature in calculating daily average of temperature is more effective than the minimum temperature. The standardized coefficient (Beta) of the daily average temperature patterns in coastal cluster was 48.2% for the minimum temperature and 51.8% for the maximum temperature. The largest influence of the maximum temperature was 63.1% in mountainous cluster for estimating daily average temperature. Range of the interception in the equations was from -1.735 to 0.26. The independent assumption of the residual was confirmed with the acceptable value of Durbin-Watson statistics. The average of the residuals in each patterns was zero. According to the graphs stabilization of variance can be seen based on the residual on the each pattern in each cluster. The proposed patterns were calculated according to mathematical principles but the common patterns did not consider these mathematical principles. The mean squared error (MSE) of the proposed patterns are less than common patterns. Therefore, the patterns presented in this study are more powerful than common patterns. The largest difference between the proposed patterns and the common patterns for estimate the daily average of temperature was 24% in mountainous cluster. Climatic clustering was done for states.  The monthly and annual average temperature can be reliably estimated by using the data of sample stations in each state. These findings can be used to estimate daily, monthly and annual average of relative humidity in three climates and sample stations. In addition, one can employ the method for estimating daily, monthly and annual average of relative humidity and temperature based on around climatological clustering of Iran and other stations. Annual relative humidity, temperature, precipitation, altitude, range of temperature, evaporation can also be applied to estimate daily, monthly and annual average of temperature and relative humidity more accurately.

    Keywords: Daily average of temperature, Maximum temperature, Minimum temperature, Regression model, systematic sampling}
  • هادی غفوریان، سید حسین ثنایی نژاد*، مهدی جباری نوقابی

    ارزیابی و واسنجی داده های سنجش از دور به عنوان منبع جدید برآورد بهتر و دقیق تر بارش در مناطق مختلف امری ضروری است. بر همین اساس در پژوهش حاضر، داده های ماهانه بارش  15  ایستگاه سینوپتیک در  5  اقلیم ایران (خشک، نیمه خشک، مدیترانه ای، مرطوب و بسیارمرطوب) به عنوان مبنا در دوره زمانی  20  ساله  1998  تا  2017  انتخاب گردید. داده های بارش ماهانه ماهواره ای (TMPA(3B43_V7 مورد ارزیابی قرار گرفته و با کمک مدل حاصل ضربی واسنجی شدند.  ارزیابی نتایج با کمک شاخص های R2،MBE،MAE و RSME انجام پذیرفت.  بر اساس نتایج مقادیر تصحیح نشده، شاخص R2 از 0.6 برای ایستگاه آبعلی تا  0.89  برای ایستگاه کوهرنگ متغیر بود.  در مناطق خشک داده های ماهواره ای بیش برآورد و در مناطق مرطوب کم برآورد داشتند.  پس از اعمال تبدیل لگاریتمی و مدل حاصل ضربی بر داده ها، پارامتر ماهانه C جهت تصحیح داده های ماهواره ای برای اقلیم های مختلف به دست آمد.  پس از تصحیح، شاخص های ارزیابی به ویژه در معیار MBE  کاهش قابل ملاحظه ای یافت.  به طوری که مقادیر این خطا در پیکسل های متناظر ایستگاه های بم، شهرضا، بجنورد و اراک  (با اقلیم های خشک و نیمه خشک)  به ترتیب به  0.3- ،  0.6،  0.3-  و  0.5-  میلی متر کاهش یافت و در ایستگاه نیشابور به صفر رسید.  درصد کاهش انحراف خطا در اقلیم های خشک، نیمه خشک، مدیترانه ای، مرطوب و خیلی مرطوب به ترتیب  88.7،  95.3،  68.4،  38.4  و  63.9  درصد به دست آمد.  بر اساس نتایج، مدل تصحیح به ویژه در مناطق خشک قابلیت استفاده را دارد.

    کلید واژگان: بارش, تصحیح خطا, داده TMPA, سنجش از دور}
    Hadi Ghafourian, Seyed Hossein Sanaei Nejad *, Mahdi Jabbari Nowghabi
    Introduction

    Due to the importance of precipitation in various aspects of human life, precipitation data are largely applicable in different fields of study. Therefore, accurate measurement of precipitation is considered to be crucialin various fields such as agriculture, water resources, and industrymanagement. Due to the problems related to generalization of point precipitation to regional precipitation, alternative methods have been proposed forthe measurement of this variable. In many cases, short reference period, inadequate density of stations and poor quality of data collected from precipitation measurement networks have challenged the analysis of this climate variable. In order to overcome these problems, it is necessary to identify alternative sources, evaluate and use them to estimate the amount of precipitation. The present study primarily seeks to evaluate precipitation data from the TMPA and provide calibration data for arid, semi-arid, Mediterranean, humid, and very humid regions of Iran on a monthly scale.

    Materials and Methods

    In the present study, monthly precipitation data of 15 synoptic stations in 5 regions of Iran (arid, semi-arid, Mediterranean, humid and very humid) were selected as reference data and monthly precipitation data from the TMPA (3B43-v7) were corrected based on them. To ensure reliability of results and reduce errors,stations were selectedrandomly from 15 separate provinces with different topographic conditions. A 20-year reference period (1998-2017) was selected for the study. Collected satellite data have a monthly temporal resolution and a spatial resolution of 0.25 degrees covering 50th parallel south to 50th parallel north. Table 1 shows features of the selected stations and their corresponding pixels. Pre-processing included quality control, homogeneity test, and data accuracy test. Usinga long-term reference period of 20 years, different statistical criteria to evaluate satellite data and a correction relationindependent from ground data are among the advantages of this research. In this study, a more efficient method is used to determine errors and one of the most modern methods of calibration is also used. Followingthe application of log transformation and multiplicative model, monthly C parameter was calculated to rectify satellite data collected from different climates. Results were evaluated using R2 (Coefficient of Determination), MBE, MAE and RMSE.

    Results and Discussion

    Findings indicated that the distribution of initial data obtained from TMPA satellite in a monthly scale is similar to the distribution of pattern obtained from ground data (due to a correlation of above 75% (R2>0.6)). Satellite data collected from arid areas are usually overestimated, while data collected from humid areas are generally underestimated. However, determination coefficients (R2) of different climates show a strong correlation between these two sources of data. The initial TMPA data have estimated the monthly precipitation of Bam, Piranshahr and Abali stations with the least amount of error. The highest level of errors were obtained from Marivan, Bandar Anzali, and Koohrang stations. In other words, the highest level of errors have occurred in the very humid region. Calibration of TMPA data collected from the 5 different climates indicated that correction of TMPA monthly data would improve valuesestimated from satellite images. Mean bias error (MBE) was reduced by 88.7, 95.3, 68.4, 38.4 and 63.9 percentin arid, semi-arid, Mediterranean, humid and very humid climates, respectively. Values of the correction parameter (C) in the arid climate indicate that a reduction factor has been applied to rectify satellite data collected in each month of the year. In the semi-arid climate, reduction factorswere obtained for each months of the year. A reduction factor is also required to rectify data collected in the warmest months of the year (June, July, and August) in the Mediterranean climate. Due to the low precipitation of these months, overestimation seems reasonable in these areas. A reduction factor should also be applied in the humid climate for 6 months of spring and summer.Considering the precipitation rate in these areas, decreasing precipitation rate in these seasonsresults in overestimation and error. Due to the significant precipitationrate in the cold months of the year (autumn and winter), decreasing factorand underestimation are expected to occur. In the very humid climate, a reduction factor should be appliedin the warmest months of the year (June, July, and August). Due to the low precipitation rate of these months and higherfrequency of cloudy days, overestimation will be reasonablein these areas. Due to underestimationin the coldest months of the year (autumn and winter), coefficients higher than one must be corrected.

    Conclusion

    Based on the results, the model used to correct precipitation in all 5 climates have reduced errors in precipitation measurement. However, this improvement was more obvious in arid and semi-arid climates. Sincea large part of Iran havean arid and semiarid climate, this calibration model is highly recommended. In addition, the final correction model does not depend on ground data and thus, applying the calibration modelto areas other than the specified stations will also be useful.

    Keywords: Error Correction, Precipitation, Remote Sensing, TMPA data}
  • هادی غفوریان، سید حسین ثنایی نژاد*، مهدی جباری نوقابی

    بارندگی به عنوان یکی از مهم ترین متغیرهای ورودی برآورد بیلان یک حوضه آبریز، همواره مورد توجه قرار گرفته است. ارزیابی و تصحیح داده های سنجش از دور بارش به عنوان مکمل داده های بارش زمینی در ایران که بیشترین وسعت آن را مناطق خشک و نیمه خشک تشکیل می دهد، ضروری می باشد. بر همین اساس در این پژوهش، داده های بارش 6 ایستگاه سینوپتیک در 3 اقلیم ایران (فراخشک، خشک و نیمه خشک) به عنوان مبنا در دوره زمانی 20 ساله (1998-2017) انتخاب گردید. داده های بارش ماهانه ماهواره ای (TMPA-3B43) (به صورت فصلی) مورد ارزیابی قرار گرفته و با کمک مدل حاصل ضربی تصحیح شدند. ارزیابی نتایج با کمک شاخص های ضریب همبستگی (R)، میانگین انحراف خطا (MBE)، میانگین قدرمطلق خطا (MAE) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) انجام پذیرفت. بر اساس نتایج مقادیر تصحیح نشده، ضریب همبستگی از 79/0 برای ایستگاه گرمسار تا 95/0 برای ایستگاه رامهرمز متغیر بود. در هر سه اقلیم داده های ماهواره ای دارای بیش برآورد بودند. پس از اعمال مدل حاصل ضربی بر داده ها، پارامتر فصلی V جهت تصحیح داده های ماهواره ای برای اقلیم های مختلف به دست آمد. پس از تصحیح، شاخص های ارزیابی به ویژه در معیار میانگین انحراف خطا با کاهش قابل ملاحظه ای مواجه شدند. مقادیر این خطا در پیکسل های متناظر ایستگاه های گرمسار، بشرویه، ساوه به ترتیب به 1/0 برای فصل بهار، 4/0 برای فصل پاییز و 7/0 برای فصل زمستان برحسب میلی متر کاهش یافتند. با توجه به نتایج پارامتر تصحیح در هر سه اقلیم مورد مطالعه، در فصل پاییز بیشترین بیش برآوردی مشاهده شد. برای ایستگاه های قزوین (نیمه خشک)، گرمسار (فراخشک) و ساوه (خشک) در این فصل به ترتیب با ضرایب تصحیح 64/0، 67/0 و 79/0 بیشترین تصحیح اعمال شد. بر اساس نتایج به دست آمده، می توان از مدل واسنجی استفاده شده برای تصحیح داده های فصلی سنجش از دور در مناطق خشک بهره برد.

    کلید واژگان: بارش فصلی, تصحیح خطا, داده ماهواره ای, مدل حاصل ضربی}
    Hadi Ghafourian, Seyed Hossein Sanaei Nejad *, Mehdi Jabbari Nooghabi

    Rainfall always has been considered as one of the most important variables for estimating the balance of watershed. The evaluation and correction of precipitation data as a supplement to the ground data in Iran, which it most regions is located in arid and semi-arid zone, is necessary. In this study, the precipitation data from 6 synoptic stations in 3 climate of Iran (extra arid, arid and semi-arid) were selected as the basis for the period of 20 years (1998-2017). The satellite monthly precipitation data (TMPA-3B43) was corrected with the multiplicative model, and results were evaluated by using R, MBE, MAE, and RSME indices. Based on uncorrected results, the correlation coefficient (R) varied from 0.79 for Garmsar station to 0.95 for Ramhormoz station. In all three climates, satellite data had overestimated values. After applying the multiplicative model, a seasonal parameter has been obtained for satellite data correction. All evaluation indices, especially the MBE, were significantly reduced after the correction. The lowest values for this error in the corresponding pixels of Garmsar, Boshrouyeh, Saveh stations were reduced to 0.1(spring), 0.4(autumn), and 0.7(winter) respectively. According to the results of the correction parameter in all three studied climates, the highest overestimate was observed in the autumn season. Also, this correction coefficient was 0.64, 0.67, and 0.79 for Qazvin(semi-arid), Garmsar(extra-arid), and Saveh(arid) stations, respectively. Based on the obtained results, the calibration model can be used to correct the seasonal data of the remote sensing in dry regions.

    Keywords: Seasonal precipitation, bias correction, Satellite data, Multiplicative Model}
  • مرتضی کفاش، سید حسین ثنائی نژاد*

    دستیابی به تصاویر ماهواره ای با قدرت تفکیک مکانی و زمانی بالا به صورت هم زمان یکی از چالش های جدی محققان در حوزه سنجش از دور و کاربردهای آن بوده است. در سال های اخیر، محققان تلاش جدی برای حل این مسئله انجام داده اند. استفاده از تکنیک تلفیق مکانی و زمانی تصاویر، ایده ای بوده که در چند سال اخیر مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. در این مطالعه با استفاده از الگوریتم تلفیق مکانی-زمانی تصویر (STI-FM) و تصاویر دمای سطح زمین سنجنده مودیس، تولید تصاویر شبه لندست دمای سطح زمین در بازه های کمتر از قدرت تفکیک زمانی لندست (16 روزه) و بر روی منطقه ای از اراضی زمینی مختلف، مورد بررسی قرار گرفت. الگوریتم STI-FM شامل دو گام اصلی می باشد. ابتدا ضرایب رابطه خطی بین دو تصویر دمای سطح زمین مودیس در زمان های 1 و 2 تعیین می شود و در گام دوم این ضرایب به تصویر دمای سطح زمین لندست در زمان 1 اعمال می شود تا تصویر شبه لندست در زمان 2، پیش بینی شود. نتایج نشان داد که رابطه خطی قوی بین دو تصویر مودیس در زمان های 1 و 2 وجود دارد (ضرایب تعیین 85/0 و 95/0). ارزیابی کیفی و کمی تصاویر مصنوعی دمای سطح زمین انجام شد؛ و مشخص شد که توافق بصری بالا و رابطه قوی بین تصاویر دمای سطح زمین واقعی و مصنوعی بر روی پوشش های مختلف زمینی وجود دارد؛ ضرایب R2 و RMSE به ترتیب در محدوده 74/0-94/0 و 44/1-52/2 قرار گرفتند.

    کلید واژگان: تلفیق مکانی-زمانی, مودیس, لندست, دمای سطح زمین, سنجش از دور}
    Morteza Kaffash, Seyed Hossein Sanaei Nejad *

    Achieving satellite images with high simultaneously spatial-temporal resolution has been one of the serious challenges faced by researchers in the field of remote sensing and its applications. In recent years, researchers have made serious efforts to solve the problem. In this study, producing Landsat like land surface temperature images with less than 16 day temporal resolution and over different land covers, using spatio-temporal image fusion algorithm (STI-FM) and MODIS Land surface temperature images, was investigated. The STI-FM technique consist of two main steps. First establishing a linear relationship between two consecutive MODIS LST images acquired at time 1 and time 2; then utilizing the above mentioned relationship as a function of a Landsat-8 LST image acquired at time 1 in order to predict a synthetic Landsat -8 LST image at time 2. The results showed strong linear relationship between the two consecutive MODIS images at times 1 and 2 (R2 in the range 0.85-0.95). The synthetic LST images were evaluated qualitatively and quantitatively and it was found that there is a high visual and strong agreements with the actual Landsat-8 LST images over different land covers. For example R2 and RMSE values were ranged 0.74-0.94 and 1.44-2.52, respectively.

    Keywords: spatio-temporal fusion, MODIS, Landsat, Land surface temperature, remote sensing}
  • مهسا سامتی، سیدحسین ثنائی نژاد*، فیروزه ریواز، بیژن قهرمان

    خشکسالی به عنوان یکی از زیان بارترین بلایای طبیعی، از جمله پدیده هایی است که هم تغییرات مکانی و هم تغییرات زمانی آن حائز اهمیت است. تحلیل توام مکانی-زمانی خشکسالی ها بطور قطع، یکی از روش های موثر در پایش و ارزیابی خشکسالی ها به منظور تشخیص به موقع این رویداد و جلوگیری از اثرات مخرب بعدی خواهد بود. روش های زمین آمار مکانی-زمانی از جمله روش هایی هستند که با وارد نمودن بعد زمان در معادلات خود به این گونه تحلیل ها می پردازند. در این تحقیق، با استفاده از داده های بارش ماهانه 48 ایستگاه هواشناسی، باران سنجی و اقلیم شناسی شمال شرق کشور طی دوره ی آماری 1981-2012، شاخص خشکسالی SPI در مقیاس 12 ماهه محاسبه گردید. سپس چهار نوع تابع تغییرنگار مکانی-زمانی بکار گرفته شد و از طریق معیارهایMSE در برآورد پارامترهای مدل و معیار MSPE در پیش بینی مقادیر مشاهده نشده مقایسه شدند. مدل ضربی-جمعی به عنوان بهترین مدل شناخته شد. با بکارگیری این مدل، مقادیر شاخص SPI در سال 2012 توسط روش کریجینگ مکانی-زمانی برآورد شده و نقشه های ماهانه آن با نقشه های مقادیر مشاهداتی مقایسه شدند. از نتایج تحلیل مشخص شد که مدل توانسته است به خوبی وضعیت های خشکسالی و ترسالی را شناسایی نماید. بنابراین به کمک روش های تحلیل توام می توان شاخص خشکسالی را برای موقعیت ها و زمان های دلخواه، پیشگویی کرد. اعتبارسنجی متقابل توابع تغییرنگار مکانی-زمانی و مکانی محض نشان داد عمکرد توابع مختلف تفاوت چشمگیری با یکدیگر نداشته و این مدل ها نتوانسته اند دقت مدل های مکانی را افزایش دهند.

    کلید واژگان: خشکسالی, زمین آمار, کریجینگ, تغییرنگار ضربی-جمعی}
    Mahsa Sameti, hossein sanaei*, Firoozeh Rivaz
    Introduction

    Drought is a very complex natural phenomenon which changes with time and space. Spatial and temporal variations of drought are analyzed separately. Geostatistical methods can be used for spatiotemporal analyses to find related spatial and temporal pattern changes. These methods, which use the spatio-temporal data, considering the spatial position of the data relative to each other, also take into account their temporal dependence. If needed, they can estimate values of their variable at any location and any time. Moreover, the drought spatial variations in the studied region can be drawn at every desired period. On the other hand, it is expected that intervening of the time dimension in the equations of these methods, as compared to the purely spatial methods, provide more precision in estimating the values of drought indices, which is studied in this research.

    Materials and Methods

    Monthly rainfall data of 48 stations in the northeast of Iran for the period of 1981-2012 were used in this study. The SPI drought index is calculated for the 12-month time scale. Data were divided into two groups of training data from 1981-2011 and experimental data of 2012. After analyzing the data regarding their stationarity and isotropic assumptions, the spatiotemporal data were formed and their spatiotemporal empirical variogram was drawn. Furthermore, the purely spatial and temporal variograms for the zero space and time steps were also drawn. Then, four models of the spatiotemporal variogram functions were applied on the training data. The performance of these models was tested and compared by estimating the parameters of the model based on the Square Error (MSE). Moreover, three-dimensional fitted variograms were drawn for different models. Mean The best spatiotemporal variogram model was selected by comparing the models prediction with experimental data using the Mean Square Prediction Error (MSPE). Using spatiotemporal kriging method, the predicted values of experimental data were interpolated ​​and that of the observed values ​​were interpolated by kriging method. Cross validation on experimental data was also performed using RMSE, MAE, ME and COR. Then spatiotemporal and purely spatial variogram models were investigated and compared.

    Results and Discussion

    The results showed that the 12-month SPI index had no spatial trend but had a decreasing trend against the time. Hence, a simple regression equation was used for fitting the trend of the data. After detrending the data, the SPI index values were considered as the dependent variable, while the time was taken as the independent variable. On the other hand, drawing the variogram in different directions (0°, 45°, 90°, and 135°) had no significant effect relative to each other, and the hypothesis of isotropic state was accepted. The plots of purely spatial and temporal variograms showed that the spherical variogram for space and the linear variogram for the time would have the best fitting. The empirical 3-D and 2-D spatiotemporal variograms of the training data were plotted. The empirical 3-D variogram showed that the data had reached to its temporal sill in a 1-year time lag, and had reached to its spatial sill, in about 25-kilometers, which are in conformity with the purely spatial and temporal variograms. The comparison of different variogram functions showed that the MSE values of the separable, metric, product-sum and sum-metric models were 0.00139, 0.00295, 0.00111, and 0.00112, respectively, the last two of which had fewer errors. Drawing the spatiotemporal variogram of these functions showed that the spatiotemporal variogram of product-sum and sum-metric models have more similarity to the sample one. Regarding the selection of the best model, the MSPE statistics of the product-sum and sum-metric models were 0.281 and 0.389, respectively. Therefore, the product-sum model could be selected as the best model. The least rate of errors was found in the exponential variogram model for space, and in the linear variogram for the time. The parameters of the nugget effect, partial sill and range for the spatial variogram would be 0.00, 0.063, and 5.78, and for the temporal variogram would be 0.00, 0.635, and 1.044, respectively. After predicting values of 12-month SPI in 2012 by the product-sum variogram model and adding the values of the trend, they were interpolated by using the spatiotemporal kriging, and the observed values were interpolated by the use of kriging. The obtained plot from the predicted values had great similarity with that of the observed values, which indicates the appropriate capability of the model in predicting the unobserved values. The cross-validation of different spatiotemporal and the spatial models with 25 and 47 neighborhoods showed that the performance of the models had no significant differences relative to each other, and they also had no better performance relative to the purely spatial model.

    Conclusion

    The results of this study showed that the product-sum model had a better performance among different spatiotemporal variogram models in predicting the 12-month SPI values of 2012. However, the performances of different spatiotemporal models were quite close to each other. There is no significant difference that could be observed between spatiotemporal and purely spatial models. Also, it is proposed to use the dynamic spatiotemporal models and the results to be compared with the classical models.

    Keywords: Drought, Geostatistics, Kriging, Product-sum, Spatiotemporal}
  • مهسا سامتی، سید حسین ثنایی نژاد*، بیژن قهرمان، فیروزه ریواز
    سابقه و هدف

    خشکسالی به عنوان پیچیده ترین و خطرناک ترین بلایای طبیعی است که هم در مکان و هم طی زمان تغییر می کند. گرمایش جهانی در سال های اخیر باعث تشدید این گونه رویدادهای حدی شده است. از این رو استفاده از شاخص های خشکسالی که هر دو اثر بارش و دما را در نظر می گیرند و نیز استفاده از روش های توام فضایی- زمانی که گسترش یافته ی آمار مکانی هستند، احتمالا می تواند باعث پایش بهتر خشکسالی ها و در نتیجه افزایش دقت پیش بینی ها گردد. در این روش ها ساختار همبستگی داده ها توسط توابع کوواریانس فضایی-زمانی مشخص می شود. هدف از این تحقیق بکارگیری و مقایسه ی چند تابع تغییرنگار فضایی-زمانی برای پیش بینی و پهنه بندی فضایی-زمانی خشکسالی با استفاده از شاخص SPEI در مقیاس 12 ماهه می باشد.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق از داده های ماهانه بارندگی و دمای 48 ایستگاه در شمال شرق کشور طی دوره ی آماری 1981-2012 برای محاسبه ی مقادیر شاخص SPEI در مقیاس 12 ماهه استفاده شده است. تحلیل اکتشافی داده ها از نظر فرض های مانایی و همسانگردی نیز مورد بررسی قرار گرفت. داده ها به دو گروه داده های آموزشی و آزمایشی سال 2012 تقسیم شدند. توابع کوواریانس فضایی-زمانی تفکیک پذیر، متریک، متریک-جمعی و ضربی-جمعی با تعیین بهترین ترکیب از تغییرنگار های کروی، خطی و نمایی برای هریک از تغییرنگار های فضایی و زمانی بر روی داده های آموزشی برازش داده شدند. بهترین مدل با استفاده از معیارهای آماری MSE و MSPE، انتخاب و پارامترهای مورد نیاز آن برآورد شدند. در نهایت با استفاده از کریجینگ فضایی-زمانی، داده های آزمایشی پیش بینی و پهنه بندی شده و با نقشه ی مقادیر مشاهداتی مقایسه شدند. اعتبارسنجی متقابل مدل های فضایی-زمانی و فضایی محض از طریق معیارهای آماری COR، ME، MAE و RMSE با بکارگیری 25 و 47 همسایگی انجام گرفت.

    یافته ها

    بررسی مانایی داده های فضایی-زمانی، مانایی در فضا را نشان داد. رسم میانگین سری زمانی داده ها هم یک روند کاهشی را نشان داد که توسط یک رابطه ی رگرسیونی ساده با بکارگیری مقادیر شاخص SPEI به عنوان متغیر وابسته و زمان به عنوان متغیر تبیینی مدل گردید و داده ها روندزدایی شدند. تغییرنگار فضایی داده ها در چهار جهت صفر، 45، 90 و 135 درجه، تفاوت زیادی را بین چهار تغییرنگار نشان نداد و بنابراین فرض همسانگردی مورد پذیرش قرار گرفت. برای تعیین ساختار همبستگی داده ها از مدل های تفکیک-پذیر، متریک، متریک-جمعی و ضربی-جمعی استفاده شد. مقایسه ی مدل ها از طریق معیار MSE نشان داد دو مدل ضربی-جمعی و متریک جمعی خطای کمتری نسبت به دو مدل دیگر دارند. مقایسه ی این دو مدل در پیش بینی مقادیر مشاهده نشده از طریق معیار MSPE، مدل ضربی-جمعی را با تغییرنگار خطی برای هر دو فضا و زمان به عنوان مدل برتر انتخاب نمود. پس از برآورد پارامترهای مدل و با بکارگیری کریجینگ فضایی-زمانی، مقادیر شاخص SPEI برای داده های آزمایشی پیش بینی و نقشه ی فضایی-زمانی آنها ترسیم شد. شباهت نقشه ی مقادیر پیش بینی شده و نقشه ی مقادیر مشاهداتی نشان داد عملکرد خوب در پیش بینی مقادیر مشاهده نشده را نشان داد. اعتبارسنجی مدل های تغییرنگار فضایی-زمانی و فضایی محض نیز نشان داد عملکرد مدل های مختلف بسیار نزدیک به یکدیگر بوده است.

    نتیجه گیری

    نتایج این تحقیق نشان داد مدل کوواریانس فضایی-زمانی ضربی-جمعی نسبت به مدل های دیگر توانایی خوبی در پیش بینی مقادیر مشاهده نشده دارد و به کمک این گونه مدل ها می توان مقادیر متغیر مورد نظر خود را در هر موقعیت فضایی و هر مقطع زمانی پیش بینی نمود. هم چنین اعتبارسنجی مدل ها نشان داد مدل های مختلف فضایی-زمانی و فضایی محض تفاوت چشمگیری نسبت به یکدیگر نداشته و دقت مدل ها نیز نسبت به حالت فضایی محض افزایش پیدا نکرده است.

    کلید واژگان: خشکسالی, شاخص بارش-تبخیروتعرق استاندارد شده, مدل ضربی-جمعی, کریجینگ فضایی-زمانی}
    Mahsa Sameti, Sayed Hossein Sanaei Nejad *, Bijan Ghahreman, Firoozeh Rivaz
    Background and objectives

    Drought is one of the most complex and dangerous natural disasters that changes both in space and time. Global warming has intensified such extreme events in recent years. Thus, the use of drought indices that consider both the effects of precipitation and temperature, as well as the use of joint spatio-temporal methods, which are the extensions of spatial statistics, can probably lead to better drought monitoring and thereby increasing the accuracy of predictions. The data correlation structure is determined by the spatio-temporal covariance functions in these methods. The aim of this study is to use and compare a number of spatio-temporal variograms for predicting and spatio-temporal mapping of drought by using the 12- month SPEI index.

    Materials and methods

    In this research, the monthly rainfall and temperature data of 48 stations in the northeast of Iran during the statistical period of 1981-2012 were used to calculate the SPEI index in a 12-month time scale. The exploratory analysis of the data was studied in terms of stationarity and isotropy assumptions. The data were divided into two groups of training and experimental data of 2012. The separable, metric, sum-metric and product-sum spatio-temporal covariance functions were fitted to determine the best combination of spherical, linear and exponential variograms for each of the spatial and temporal variograms on training data. The best model was selected using the MSE and MSPE statistical criteria, and the required parameters were estimated. Finally, using spatio-temporal kriging, the experimental data were predicted, mapped, and compared with the map of the observed values. Cross-validation of spatio-temporal and purely spatial models was done via COR, ME, MAE and RMSE statistical criteria by using 25 and 47 neighborhoods.

    Results

    The test of the stationarity of spatio-temporal data showed the spatial stationary. Drawing of the average time series data showed a decreasing trend, which was modeled by a simple regression with the use of SPEI index values as dependent variable and time as an explanatory variable, and the data were detrended. The spatial variogram in four directions of 0°, 45°, 90° and 135° did not show a significant difference between the four variograms and the assumption of isotropy was therefore accepted. The separable, metric, sum-metric and product-sum models were used to determine the correlation structure of data. The comparison of models by means of MSE criteria showed that product-sum and sum-metric models have less error as compared with the other two models. Comparison of these two models in the prediction of unobserved values selected the product-sum model as the better model with the linear variogram for both the space and time via the MSPE criteria. After estimating the model parameters and using spatio-temporal kriging, the SPEI values were predicted for the experimental data and their spatio-temporal maps were plotted. The similarity of the map of the predicted values and that of observed values indicated the good performance of the model in predicting the unobserved values. Cross-validation of spatio-temporal and purely spatial models also showed that the performances of various models were very close to each other.

    Conclusion

    The results of this study showed that the product-sum spatio-temporal covariance model has a good ability to predict the unobserved values as compared to other models, and with the aid of these models, the values of the desired variable can be predicted in any spatial location and at any time scale. Also, cross-validation of the models showed that the different spatio-temporal and purely spatial models do not differ significantly from one another, and the precision of the models have not increased as compared to the purely spatial state.

    Keywords: Drought, Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index, Product-sum model, Spatio-temporal kriging}
  • مجتبی شکوهی، سید حسین ثنایی نژاد*، محمد بنایان اول

    تغییر اقلیم به همراه گرمایش جهانی منتج به افزایش وقوع پدیده های نامطلوب آب و هوایی شده که می تواند سبب کاهش عملکرد محصول شده و امنیت غذایی را به خطر اندازد. به منظور بررسی اثر تغییر اقلیم بر خطر پذیری مناطق تولید عمده گندم دیم از لحاظ قرار گیری در معرض خطر وقوع پدیده های نامطلوب، از 13 شاخص اقلیمی-کشاورزی که بر مبنای خروجی مجموعه مدل های CMIP5 و سناریوهای RCP8.5 و RCP2.6 است، استفاده شد. برای رقم زودرس و دیررس در پایان قرن، احتمال وقوع تنش های حرارتی در مرحله گل دهی و پرشدن دانه افزایش خواهد یافت، به گونه ای که این تنش ها به پدیده غالب در تمام مناطق تبدیل خواهند شد. در تمام مناطق و در دوره پایه، احتمال وقوع حداقل یک پدیده نامطلوب برای رقم زودرس و دیررس به ترتیب بیش از 20 و 90 درصد انتظار می رود و این احتمال در آینده برای رقم زودرس و دیررس به ترتیب به بیش از 40 و 94 درصد افزایش می یابد. احتمال وقوع همزمان تنش حرارتی و رطوبتی در مرحله گل دهی در آینده نسبت به دوره پایه، متناسب با کاهش تنش رطوبتی برای سناریوهای مختلف کاهش می یابد. در آینده مناطقی که با خطر وقوع حداقل دو پدیده نامطلوب مواجه هستند نسبت به مناطقی که با خطر وقوع حداقل یک پدیده مواجه هستند در کل افزایش بیشتری نسبت به دوره پایه خواهند داشت. با نزدیک شدن به پایان قرن، مناطق بیشتری در معرض خطر وقوع حداقل یک و دو پدیده نامطلوب قرار خواهند گرفت.

    کلید واژگان: امنیت غذایی, سناریوهای RCP, شاخص های اگروکلیمایی, مدل های CMIP5}
    Mojtaba Shokouhi, Seyed Hossein Sanaei Nejad *, Mohammad Bannayan Aval

    Climate change and global warming has increased climatic unfavorable events that could reduce crop yields and endanger food security. 13 agro-climatic indices which are based on the outputs of CMIP5 models and RCP emission scenarios, were used to investigate the effect of climate change on areas at risk of adverse events. Occurrence probability of heat stresses will be increased during the flowering and grain-filling for early and late cultivars at the end of the century so that these stresses will become the dominant adverse events in all areas. The occurrence probability of at least one adverse event is more than 20 and 90 percent for early and late cultivars, respectively in all areas for the baseline conditions, and this probability is expected to increase by more than 40 and 94 percent for early and late cultivars, respectively under future climate scenarios. Proportional to the reduction of water stress for different emission scenarios, the probability of simultaneous occurrence of heat and water stress at the flowering stage will decrease in future as compared to the baseline. In future, areas where are at risk of at least two adverse event occurrences will increase further, as compare to those where are at risk of at least one adverse event occurrence. Toward the end of the century, more areas will be at risk of at least one and two adverse event occurrences.

    Keywords: Agro-climatic indices, CMIP5 models, Emission scenarios RCP, Food security}
  • مجتبی شکوهی*، سید حسین ثنایی نژاد، محمد بنایان اول

    یکی از پیامدهای تغییر اقلیم افزایش ریسک وقوع رخداد های وخیم اقلیمی است که باعث اختلال در تولید مواد غذایی خواهند شد و انتظار می رود فراوانی آنها در جهان افزایش یابد. تغییر اقلیم بر محیط تولید محصولات زراعی ازجمله مناطق عمده تولید گندم دیم (Triticum aestivum L.) در ایران (استان های اردبیل، کردستان، کرمانشاه ،گلستان، همدان و زنجان) اثرگذار خواهد بود و می تواند در این مناطق امنیت غذایی را با خطر مواجه سازد. احتمال وقوع پدیده های نامطلوب اقلیمی تاثیرگذار بر عملکرد محصول طی مراحل مختلف رشد و نمو برای سه رقم زود رس، دیررس و میان رس تعیین شد. برای تعریف پدیده های نامطلوب از شاخص های اگروکلیمایی (13 شاخص) در مقیاس روزانه که بر مبنای خروجی مجموعه مدل های به روز CMIP5 و سناریوهای انتشار RCP8.5 و RCP2.6 است، استفاده شد. خروجی روزانه هفت مدل GCM انتخابی متناسب با منطقه برای دو دوره زمانی 2045-2065 و 2080-2100 با روش تصحیح خطای نگاشت هم فاصله تابع توزیع تجمعی EDCDFm تصحیح و سپس بکارگیری شد. بیشترین افزایش دمای متوسط طی دوره رشد مربوط به سناریوی RCP8.5 در دوره 2080-2100 و رقم دیررس به مقدار 1/3 درجه سانتی گراد خواهد بود. تاریخ مناسب کاشت برای تمام سناریوها در آینده نسب به دوره پایه دیرتر رخ داده و به اواخر پاییز منتقل می شود. به علت افزایش متوسط دما طی دوره رشد مراحل گل دهی و رسیدن زودتر رخ داده و درنتیجه متوسط طول دوره رشد برای تمام سناریوها در مقایسه با دوره پایه کوتاه تر می شود. متوسط مجموع تبخیر و تعرق محصول (ETc) طی دوره رشد در اکثر ایستگاه ها کاهش می یابد. با توجه به مطلوب تر شدن کاهش نسبی عملکرد (YD) و تابش خورشیدی موثر طی دوره رشد برای اکثر ایستگاه ها می توان گفت که این شاخص های عملکردی محصول نسبت به دوره پایه بهبود می یابند. اما آنچه در این میان نامطلوب به نظر می آید افزایش فراوانی وقوع پدیده های نامطلوب نسبت به دوره پایه است و نکته نگران کننده تر افزایش احتمال وقوع حداقل یک، دو و سه پدیده نامطلوب طی دوره رشد است که می تواند شرایط اقلیمی را به ضرر تولید گندم تغییر دهد. انتخاب یک رقم زودرس جهت کاشت در آینده در مقایسه با رقم های دیررس و میان رس، رقم مناسب تری خواهد بود و می تواند شرایط اقلیمی آینده را به نفع تولید گندم دیم در اکثر مناطق به ویژه مناطق سردسیر تغییر دهد.

    کلید واژگان: تصحیح خطای EDCDFm, سناریوهای انتشار RCP, شاخص های اگروکلیمایی, مدل های CMIP5}
    Mojtaba Shokouhi*, Seyed Hossein Sanaei Nejad, Mohammad Bannayan Aval
    Introduction

    Adverse and extreme  agro climatic events will disrupt food production and these  changes are expected to increase in the world. The wheat is Iran's dominant diet, especially in the form of bread. It is important as a food product that has an impact on food security. Climate change can affect wheat production in major areas of rainfed wheat production in Iran, with social and economic consequences. Therefore, it is important for policy makers and scientists  to evaluate the effects of climate change on the agricultural sector and food security. Crop models cannot take into account the effects of severe weather events (such as heavy rainfall, heat stresses) on the final yield of the crop. It could be useful to  utilize  agro climatic indices to provide more comprehensive projections of the impact of climate change on  agro climatic conditions. The purpose of this study was  evaluating the  probability of occurrence of adverse and extreme  agro climatic events at different stages of wheat development using  agro climatic indices.

    Materials and Methods

    The focus of this study is on main areas of rainfed wheat production in Iran (Kurdistan, Kermanshah, Golestan, Zanjan, Hamedan, and Ardebil provinces). According to the latest statistics and information from the Ministry of Agricultural Jihad, more than 55% of wheat production  achieve in these areas. The evaluations are based on the outputs of seven CMIP5 models and RCP8.5 and RCO2.6 emission scenarios for the period 2045-2065 and 2080-2100.  The equidistant quintile-based mapping method (EDCDF) was applied to bias correct the outputs of CMIP5 models .The proposed method of Allen et al. (1998) was  utilized to estimate daily crop evapotranspiration, soil moisture and relative reduction in crop yield under soil water shortage to describe the major adverse conditions for wheat production;  the set of 13 indicators was used to cover the major causes of low yields of winter wheat.

    Result and discussion

     The average temperature during the growing season will be increased by 3.1 °C for the late cultivar and RCP8.5 scenario during the period 2080-2100 compared to the baseline. The appropriate sowing dates will occur later for all scenarios relative to the baseline and shift to late autumn. Due to the increased average temperature during the growth period, anthesis and maturity dates will occur earlier relative to the baseline and subsequently the average growth period for all scenarios is shorter than the baseline. Average total crop evapotranspiration (ETc) during the growing season will be reduced in most stations. The average relative reduction in crop yield (YD) and the average total effective solar radiation will be more favorable than the baseline.  Thus, it can be said that these crop yield indicators are better than the baseline. However, increasing frequency of adverse events will be undesirable and the most unsettling possibility is the increase in the likelihood of occurrence of at least one, two and three adverse events during the growing season that can be extremely unfavorable climatic conditions for the production of wheat. The close connection between the likelihood of adverse events  and the duration of growth period (such as moisture and heat stresses) is obvious so that the longer growth period,  is more likely to be exposed to high temperatures and moisture stresses. An early cultivar will be a more suitable cultivar for sowing compare to late and medium-ripening cultivar which can change future climate conditions in favor of rainfed wheat production in most areas, especially cold regions.

    Conclusion

    In this study, the probability of occurrence of adverse and extreme  agro climatic events during the growing season of wheat was determined, which is usually not well considered in crop models. However, it is well known that the impacts of such extreme events can be substantial. The results of this study showed that, despite high uncertainty in the climate projections within CMIP5 models, the probability of occurrence of at least one (or more) adverse event during the growth period for each cultivar will increase compared to the baseline for the same cultivar. So that, the longer growth period, the greater likelihood of occurrence of at least one (or more) adverse event.

    Keywords: Agro-climatic indices, CMIP5 models, EDCDF biases correction, Emission scenarios RCP}
  • نگار سیابی، سید حسین ثنایی نژاد*، بیژن قهرمان

    روش های اندکی به امکان سنجی استفاده از برونداد مدل های پیش بینی عددی در تخمین مقادیر از دست رفته تصاویر سنجش ازدور پرداخته اند. بدین منظور در تحقیق حاضر علاوه بر ارزیابی الگوریتم SPA در بازسازی تصاویر، امکان استفاده از برونداد مدل پیش بینی عددی MM5 در تخمین مقادیر مفقود تصاویر سنجش ازدور بررسی شد. این مطالعه با استفاده از سری زمانی تولیدات LST مودیس در سال های 2000 تا 2010 میلادی و برای منطقه شمال شرق ایران انجام شده است. نتایج شبیه سازی ها بر اساس شاخص های اعتبارسنجی RMSE، AD و R2 با یکدیگر مقایسه شدند. ارزیابی های کمی نشان دادند که روش SPA با مقدار میانگین خطای 48/1 درجه سلسیوس، 95/1= RMSE و 79/0=R2 دقت مناسب و عملکرد خوبی در تخمین مقادیر مفقود دارد. اعتبار سنجی و مقایسه الگوریتم ها در حالت پایه (آزمون 1) و حالت استفاده از برو نداد مدل MM5 (آزمون 2) نشان دادند که در صورت نبود تصاویر کمکی مناسب سنجش ازدور می توان از خروجی مدل MM5 در الگوریتم های هیبرید و بازسازی تصاویر استفاده نمود. ارزیابی بصری تصاویر بازسازی شده نشان داد که اجرای الگوریتم SPA برای هر دو آزمون، در بافت تصاویر مورد مطالعه الگوی مکانی مصنوعی ایجاد نکرد و روند تغییرات مکانی LST حفظ شد.
    روش های اندکی به امکان سنجی استفاده از برونداد مدل های پیش بینی عددی در تخمین مقادیر از دست رفته تصاویر سنجش ازدور پرداخته اند. بدین منظور در تحقیق حاضر علاوه بر ارزیابی الگوریتم SPA در بازسازی تصاویر، امکان استفاده از برونداد مدل پیش بینی عددی MM5 در تخمین مقادیر مفقود تصاویر سنجش ازدور بررسی شد. این مطالعه با استفاده از سری زمانی تولیدات LST مودیس در سال های 2000 تا 2010 میلادی و برای منطقه شمال شرق ایران انجام شده است. نتایج شبیه سازی ها بر اساس شاخص های اعتبارسنجی RMSE، AD و R2 با یکدیگر مقایسه شدند. ارزیابی های کمی نشان دادند که روش SPA با مقدار میانگین خطای 48/1 درجه سلسیوس، 95/1= RMSE و 79/0=R2 دقت مناسب و عملکرد خوبی در تخمین مقادیر مفقود دارد. اعتبار سنجی و مقایسه الگوریتم ها در حالت پایه (آزمون 1) و حالت استفاده از برو نداد مدل MM5 (آزمون 2) نشان دادند که در صورت نبود تصاویر کمکی مناسب سنجش ازدور می توان از خروجی مدل MM5 در الگوریتم های هیبرید و بازسازی تصاویر استفاده نمود. ارزیابی بصری تصاویر بازسازی شده نشان داد که اجرای الگوریتم SPA برای هر دو آزمون، در بافت تصاویر مورد مطالعه الگوی مکانی مصنوعی ایجاد نکرد و روند تغییرات مکانی LST حفظ شد.

    کلید واژگان: ابر ناکی, الگوریتم, داده مفقود, LST, MM5}
    Negar Siabi, Seyed Hossein Sanaeinejad, Bijan Ghahraman

    1

    Introduction

    Land Surface Temperature (LST) is an important parameter in controlling surface heat and water exchange with the atmosphere (Li, Tang, Wu, Ren, Yan, Wan, Trigo, & Sobrino, 2013). Remote sensing images are now one of the most important data sources for estimating LST (Hengl, Heuvelink, Perˇcec Tadi´c, & Pebesma, 2012). But the presence of pollutants in the air, cloudiness and failure of the sensors result in the huge data loss, which is called image gaps. So far, several methods have been proposed to estimate the missing values. These methods are divided into three categories: spatial, temporal or spatio-temporal. Time-based methods for estimating missing data are mathematical calculations, the most famous of which are Savitzky and Golay filters (1964). In addition to simple solutions, more sophisticated methods such as Brooks, Thomas, Wynne, and Coulston )2012) and harmonic analysis of Zhou, Jia, and Menenti )2015) were also introduced and implemented on various remote sensing products. Simple interpolation methods such as the nearest neighborhood, SP-Line method, and Inverse Distance Weighing (IDW) are spatial methods. In most of these algorithms, the weighted average is used. Compared to the simple interpolation methods, the approaches that utilize auxiliary data are more of a researcher's interest. Chen, Zhu, Vogelmann, Gao, and Jin (2011) proposed a neighborhood Similar Pixel Interpolation method (NSPI). Zhu, Liu, and Chen (2012) presented the improved NSPI method named Geostatistical Neighborhood Similarity Pixel Interpolation using geostatistics. Gerber, de Jong, Schaepman, Schaepman-Strub, and Furrer (2018) proposed a spatio-temporal algorithm based on subsetting method for estimating the missing values of MODIS NDVI data. The estimation results are influenced by factors such as the structure of the algorithm, the used scenarios, the type of variable, and the region of study. Finding the right fitting image on cloudy days or providing a long time series are also among the most important factors influencing the results of these methods Kandasamy, Baret, Verger, Neveux, and Weiss (2013). To solve this problem, time series from other satellites are mostly used. These images may differ with the target images in terms of spectral structure and have negative effect on the algorithms performance. Only a few researches like Jang, Kang, Kim, Lee, Kim, Kim, Hirata (2010) have used numerical prediction models outputs in producing continuous spatial-temporal remote sensing data. They concluded that the outputs of numerical prediction models could be used on cloudy days.
    The aim of this study is to evaluate the approach proposed by Gerber, de Jong, Schaepman, Schaepman-Strub, and Furrer (2018) to reconstruct MODIS LST images and also to study the feasibility of using MM5 model outputs as an auxiliary data for estimating missing values of the images.
    2

    Materials and Methods

    The study area is North Khorasan, Khorasan Razavi, and Southern Khorasan provinces, northeast of Iran, located between 55 to 61 degrees east and 30 to 38 degrees north. The total area of the region is 313,000 square kilometers and the overall climate is semi-arid to dry Ahmadian, Sheibani, Araqi, Shirmohammadi, and Mojarad (2001).
    Two types of data were used in this study. 1- LST images, which are produced by Level 3 MODIS (MOD11A2) with a spatial resolution of one square kilometer and a time interval of 8 days. 2- MM5 model Output data, which were images with spatial resolution of 0.5 × 0.5 degrees for the period of 2000-2010. The data was prepared based on the latitude and longitude of the study area from NASA and NOAA internet pages. In the present study, the Subset-Predict Algorithm (SPA) proposed by Gerber et al. (2018) was selected as the basic method. They used the spatio-temporal approach to estimate the missing values of remote sensing images. This approach  is suitable for a data set with a four-dimensional array structure. In this approach, the missing values are predicted in two main steps: 1. Subset, 2. Forecasting lost values based on subsets. This approach was implemented for MODIS LST images. MATLAB software was used to do this. The inputs of the algorithm were an original image and a series of auxiliary images. In this research, two types of tests were designed to estimate missing values. The first test was performed using time series information of LST MODIS and the second test using MM5 output data. In this study, the Root Mean Square Error (RMSE), Mean Difference (AD), and Determination Coefficient (R2) were used to evaluate the performance of the SPA approach in two different situations.
    3

    Results and Discussion

    The results of simulations show that the SPA method has a good accuracy. The average value of the obtained error is 1.487 degrees Celsius. Meanwhile, Kilibarda, Hengl, Heuvelink, Gräler, Pebesma, Perčec Tadić, and Bajat (2014) reported a mean error of ± 2.5 degrees Celsius in reconstruction of LST images of 2011. Implementing SPA algorithm with the MM5 outputs is less accurate than test 1. This can be due to the uncertainty of the MM5 model in predicting the surface temperature. The visual test of the images showed that the spatial pattern of the LST trend was preserved in estimating the missing values, and the algorithm did not impose artificial pattern on the images. This algorithm has been able to easily reset missing values in most places by maintaining a spatial pattern on the edges and also inside the gaps. Only in the quartile section of the right and above the gap area, the temperature pattern was different from the original LST image. Moreover, in this case, using the MM5 model output, the spatial pattern reflects the temperature trend better than the remote sensing time series.
    The spatial distribution map of the mean error in the gap region showed that in most pixels, the error value is in the range of 0 to 2 degrees Celsius. Also, an error of more than 6 degrees Celsius is seen in a small number of pixels in the center of the gap. This may be due to the structure of the method and the subsetting in the neighborhoods or because of the extreme changes in the topography in the area. In contrast to the approach proposed by Chan and Shen (2001), SPA method was accurately simulating missing values at both edges. Given that the maximum error location is in both the center of the gap center, there is likely to be a structural problem in the SPA algorithm that needs further investigation.
    Validation of the method revealed that test 1 RMSE value is less than test 2. This means that the accuracy of the algorithm is greater in test 1. According to the AD index, in both cases, the SPA algorithm underestimated the missing values. Also, the implementation of the algorithm with the test 1 scenarios with the correlation coefficient was 0.8% more than test 2.
    4

    Conclusion

    In this study, the spatio-temporal SPA method proposed by Gerber et al. (2018) was used to estimate the missing values of MODIS LST and image reconstruction in the years 2000-2010 in the north east of Iran. The results of the SPA method in both cases showed that the chosen method was able to accurately estimate the missing values. They also showed that the obtained error values were within the acceptable range in the temperature data (Ferguson & Wood, 2010). Implementing the SPA algorithm was also less accurate than test 1 with the help of MM5 output maps. The algorithm did not impose an artificial pattern on the images. This algorithm has been able to retrieve missing values by maintaining a spatial pattern on the edges and also inside the gap. On the contrary, many of the existing documentation methods, such as Chen et al. (2004), can't estimate all of the missing pixels.
    Error spatial distribution maps show that the highest simulation error relates to a number of pixels in the central region of the gap. The results of this study showed that in the absence of sufficient information for temperature in a region, data from the MM5 model can be used to fill in the missing data pixels and maintain the spatio-temporal continuity of the remote sensing images.

    Keywords: Algorithm, Cloudiness, LST, Missing Data, MM5}
  • دل آرام هوشمند، کاظم اسماعیلی*، علیرضا فرید حسینی، سید حسین ثنایی نژاد، داور خلیلی
    این مطالعه با هدف ارزیابی اثرات بالقوه ی تغییر اقلیم بر منابع آبی حوضه ی آبریز سد سلمان فارسی با استفاده از ابزار ارزیابی آب و خاک(SWAT)  انجام شد. داده های اقلیمی از سه مدل گردش عمومی GCM تحت دو سناریوی RCP2.6 و RCP8.5 در دوره ی زمانی آینده (2050-2020(بعد از واسنجی مدل SWAT به آن وارد و تغییرات رواناب، آب آبی، جریان آب سبز و ذخیره ی آب سبز شبیه سازی شد و سپس با دوره ی پایه ی (2008-1978) مورد مقایسه قرار گرفت. کارآیی مدل در شبیه سازی پاسخ هیدرولوژیکی حوضه توسط معیار های ارزیابی عملکرد مدل در ایستگاه آب سنجی تنگ کارزین به عنوان خروجی حوضه، در دوره ی واسنجی (مقادیر NSE و R2 به ترتیب برابر 77/0 و 80/0) و صحت سنجی (مقادیر NSE و R2 به ترتیب برابر 57/0 و 67/0) تایید می شود. نتایج پیش بینی مدل های اقلیمی حاکی از افزایش تکرار بارش های شدیدتر و کاهش وقایع بارش با شدت کم در دوره ی آینده نسبت به گذشته و همچنین افزایش دمای حداقل و حداکثر در حوضه می باشد. این تغییرات منجر به افزایش سالانه ی رواناب و آب آبی ناشی از افزایش وقایع حدی و پتانسیل سیل خیزی حوضه و همچنین افزایش جریان آب سبز ناشی از افزایش دما و بارش در دوره ی آینده می شود. یافته های این تحقیق می تواند برای مدیران و سیاستگذاران منابع آب جهت ارائه ی برنامه ها و راهکارهای مدیریتی در مواجه با تغییرات اقلیمی مفید باشد.
    کلید واژگان: آب آبی, آب سبز, شبیه سازی هیدرولوژیکی, مدل گردش عمومی جو, مدل SWAT}
    Delaram Houshmand, Kazem Esmaili *, Alireza Faridhosseini, Seyyed Hossein Sanaei Nejad, Davar Khalili
    This research aims to assess the potential impacts of climate change on water resource in the headwater basin of Salman Farsi dam in Fars province using Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Climate projections from three Global Circulation Models (GCMs) under two Representative Concentration Pathways (RCP2.6 and RCP8.5) during future period (2020-2050) were incorporated into the calibrated SWAT model and changes in simulated runoff, blue water, green water flow, and green water storage were compared to the baseline period (1978-2008). SWAT model efficiency in simulating hydrological response of the basin was confirmed by performance evaluation indices in Tang-e-Karzin hydrometric station which is located at the outlet of basin in the calibration (NSE=0.77, R2=0.80) and validation (NSE=0.57, R2=0.67) periods. The GCMs projections indicate increasing the frequency of severe precipitation events and reducing precipitation events with low intensity in the future as compared to the baseline period, and also increasing the minimum and maximum temperature in the basin. These changes lead to an annual increase in runoff and blue water due to increase in extreme events and flood producing potential of the basin, as well as an annual increase in green water flow due to increase in temperature and precipitation over future.The findings of this research can be helpful for water resource managers and policymakers to provide management plans and strategies to encountering climate change.
    Keywords: Blue water, General Circulation Model, Green Water, Hydrological simulation, SWAT}
  • محبوبه فرزندی، سید حسین ثنایی نژاد*، بیژن قهرمان، مجید سرمد
    بارش و دما از مهم ترین متغیرهای هوا و اقلیم شناسی هستند. طول دوره آماری اهمیت بسزایی در دقت تحلیل این دو متغیر دارد. حجم نمونه کمتر از 100 سال نمی تواند نوسانات دراز مدت را به خوبی منعکس کند. طولانی ترین آمار مربوط به دما و بارش ماهانه مشهد نزدیک به 125 سال (از حدود 1893 الی 2017) است. متاسفانه این آمار مفقودی دارد. ترمیم داده های مفقود و افزایش دقت برآورد آن ها هدف این پژوهش است. ایستگاه هایی از کشورهای مجاور به عنوان ایستگاه های مبنا انتخاب شدند. ابتدا داده های مفقود با برازش ده الگوی رگرسیونی چندگانه برای بارش ماهانه (با ضرایب تعیین 63/0 تا 81/0) و شش الگو برای دمای ماهانه (986/0تا 993/0) ترمیم شدند. سپس برای کاهش خطاها، پارامترهای الگوهای رگرسیونی با روش های GA و ACO بهینه شدند. افزون بر این دو روش ANN و SVR نیز به منظور الگوسازی این داده ها نیز به کار گرفته شدند. نتایج نشان داد  GA و ACO دقت برآورد داده های مفقود بارش را نسبت به روش های رگرسیونی فوق به طور چشمگیری افزایش می دهد. کمترین RMSE بین تمام الگوهای رگرسیونی بارش 79/9 میلی متر است. این معیار با روش GA به 560/2 میلی متر و با ACO به 559/2 کاهش می بابد. کمترین RMSE بین الگوهای رگرسیونی دما 986/0 میلی متر است. این معیار با روش ANN به 726/0 میلی متر و با SVR نیز به 551/0 کاهش می بابد. مقایسه ترمیم دما و بارش نشان می دهد که روش های تکاملی برای بارش و روش های یادگیری ماشین برای دما عملکرد بهتری دارند.
    کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک, داده مفقود, رگرسیون بردار پشتیبان, شبکه عصبی مصنوعی, کلونی مورچگان}
    M. Farzandi, H. Sanaeinejad *, B. Ghahraman, M. Sarmad
     
    Introduction
    Temperature and precipitation are two of the main variables in meteorology and climatology. These are basic inputs in water resource management. The length of the statistical period plays a pivotal role in the accurate analysis of these variables. Observation data at Iran's first synoptic station from 1330 (1951) is available at the Iranian Meteorological Organization website The historical monthly precipitation and temperature of five stations in Iran is available since 1880 with missing data. These data measured by the Embassy of the United States and Britain from the Qajar period and recorded in World Weather records books. These synoptic stations include Mashhad, Isfahan, Tehran, Bushehr, and Jask. The monthly missing data were predominantly recorded during World War II (1941-1949). Unfortunately, these data have missing. Therefore, the accuracy of simulating these variables is very important.  The current research aimed to predict the missing values of monthly temperature and precipitation in Mashhad station. The stations in the neighboring countries were selected due to the distance to Mashhad, relationship, and completeness of data since 1880, as the predictive variables. Monthly precipitation of Ashgabat from Tajikistan and Sarakhs, Kooshkah, Bayram Ali, Kerki and Repetek from Turkmenistan were selected as an independent variable in the making of Missing Rainfall in Mashhad. Also, the temperature of Ashgabat, Bayram Ali, Gudan, Sarakhs, and Tajan were selected to restore the monthly temperature of the Mashhad station. This research has fitted ten multiple regression models to monthly rainfall of Mashhad station and has fitted 6 multiple regression to the monthly temperature of Mashhad. then the parameters of these patterns are optimized by genetic and Ant Colony algorithm. Also, the Artificial Neural Network (MLP) model and Support vector regression have been selected and implemented in order to simulate monthly precipitation and temperature data of Mashhad.
    Materials and Methods
    In statistical modeling, regression analysis is a set of statistical processes for estimating the relationships among variables. It includes many techniques for modeling and analyzing several variables when the focus is on the relationship between a dependent variable and one or more independent variables (or 'predictors'). Genetic algorithm (GA) is a metaheuristic inspired by the process of natural selection that belongs to the larger class of evolutionary algorithms (EA). Genetic algorithms are commonly used to generate high-quality solutions to optimization and search problems by relying on bio-inspired operators such as mutation, crossover, and selection. Ant colony optimization algorithm (ACO) is a probabilistic technique for solving computational problems which can be reduced to finding good paths through graphs. This algorithm is a member of the ant colony algorithms family, in swarm intelligence methods, and it constitutes some metaheuristic optimizations. Artificial neural networks are one of the main tools used in machine learning. As the “neural” part of their name suggests, they are brain-inspired systems which are intended to replicate the way that we humans learn. Neural networks consist of input and output layers, as well as (in most cases) a hidden layer consisting of units that transform the input into something that the output layer can use. They are excellent tools for finding patterns which are far too complex or numerous for a human programmer to extract and teach the machine to recognize. In machine learning, support vector machines (SVMs, also support vector networks) are supervised learning models with associated learning algorithms that analyze data used for classification and regression analysis. Given a set of training examples, each marked as belonging to one or the other of two categories, an SVM training algorithm builds a model that assigns new examples to one category or the other, making it a non-probabilistic binary linear classifier (although methods such as Platt scaling exist to use SVM in a probabilistic classification setting).
    Results and Discussion
    At the first stage, several multiple regressions were fitted to monthly precipitation (with coefficients ranging from 0.63 to 0.81) and six patterns for monthly temperature (0.986-0.993). Afterward, GA and ACO were applied to improve the accuracy of the selected regression models by optimizing their parameters. At the next stage, ANN and SVR were used to estimate the monthly missing values separately. Finally, the results of the previous stages were compared using the root mean square error (RMSE), and the optimal models were applied to determine the missing values of monthly temperature and precipitation of Mashhad. The results showed that the Genetic Algorithm and Ant Colony increase the accuracy of the estimation of missing rainfall data significantly more than the previous methods. The lowest error criterion (RMSE) between regression patterns is 9.8 millimeters. By genetic algorithm, this criterion is reduced to 2.56 mm, and by ant colony algorithm to 2.559.
    Conclusion
    Comparison of the above methods in restoration temperature and precipitation shows that evolutionary methods (GA and ACO) are the best for estimating the missing monthly precipitation and machine learning methods (ANN and SVR) are the best to imputation missing data of monthly temperature.
    Keywords: Ant colony, Artificial neural network, Genetic algorithm, Missing data, Support vector regression}
  • آیدا هاشمی نسب، حسین انصاری*، سید حسین ثنایی نژاد

    هدف این مطالعه، کاربرد مدل نیمه توزیعی ظرفیت نفوذ متغیر (VIC) جهت برآورد رواناب، تبخیر تعرق و رطوبت خاک در حوضه آبریز نیشابور -برای سال های 1364 تا 1393 در مقیاس ماهانه است. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که مدل VIC در مکانیزم شبیه سازی رواناب نسبت به پارامترهای شکل منحنی ظرفیت نفوذ و عمق لایه دوم خاک حساس تر است. ابتدا مدل VIC با استفاده از مقایسه داده های رواناب شببیه سزی شبده با خروجی حوضه برای سال های 74 - 1372 واسنجی شد. نتایج حاکی از عملکرد بالای مدل در شبیه سازی جریان خروجی حوضه می باشد. به طوری که مقادیر R2 و NSE به ترتیب برابر 85 / 0 و 99 / 0 به دست آمد. همچنین، مدل VIC با داده های رواناب ایستگاه حسین آباد جنگل و تبخیر تعرق شبیه سازی شده با مدل SWAT و الگوریتم SEBAL صحت سنجی شد. مقادیر R2 و NSE برای رواناب برابر 8 / 0 و 9 / 0 است. نتایج نشان دهنده توافق بیشتر تبخیر -تعرق شبیه سازی شده مدل VIC با داده های مدل SWAT می باشد و مقادیر R2 و NSE به دست آمده به ترتیب برابر 76 / 0 و 7 / 0 است. با توجبه به نتایج بدست آمده، می توان از مدل VIC در شبیه سازی متغیر های مورد نیاز در مطالعات منابع آب و هواشناسی استفاده کرد.

    کلید واژگان: حوضه آبریز نیشابور, شکل منحنی ظرفیت نفوذ, مدل VIC, مدل فازی}
    Aida Hashemi Nasab, Hossein Ansari *, Seyyed Hassan Sanai Nezhad

    The purpose of this study is to use a semi-distributed VIC model to estimate monthly runoff, actual evapotranspiration and soil moisture in the Neyshabour basin for the period of 1985 to 2014. Results of sensitivity analysis showed that in the mechanism of simulating runoff, the VIC model is more sensitive to infiltration capacity parameter and second soil layer. First, the VIC model was calibrated using a simulated runoff data comparison with the basin outlet for the years 1995-1993. The results indicate the high performance of the model in simulating the flow of the basin outlet. So that the values of R2 and NSE were 0.85 and 0.99, respectively. Also, the VIC model was verified with runoff data of Hossein Abad Jangal station and simulated evapotranspiration with SWAT and SEBAL algorithm. Values of R2 and NSE for runoff were 0.8 and 0.9. The results indicate that the simulated VIC model is more compatible with SWAT model data, and the values of R2 and NSE are 0.76 and 0.7, respectively. According to the obtained results, the VIC model can be used to simulate the variables required in water resources and meteorological studies.

    Keywords: Fuzzy model, Infiltration capacity shape, Neyshabour basin, VIC model}
  • زهرا صادقی، سعیدرضا خداشناس *، سید حسین ثنایی نژاد، مهدی مفتاح هلقی

    مطالعه حاضر با هدف بررسی اعمال سناریوهای بهره برداری بر روی سد گلستان جهت کاهش پهنه سیل و خسارت سیل در پایین دست سد، انجام شد. بدین منظور هیدروگراف ورودی به سد گلستان، برای دوره بازگشت های 25، 50، 100 و 200 ساله با در نظر گرفتن فاصله اطمینان بدست آمد. برای روندیابی هیدروگراف های سیل در مخزن و محاسبه هیدروگراف خروجی از سد از روش پالس ذخیره ای استفاده گردید. هم چنین از تلفیق سامانه اطلاعات جغرافیایی(GIS) و مدل هیدرولیکی HEC-RAS جهت پهنه بندی سیلاب های مختلف استفاده شد. در نهایت خسارت وارد به اراضی اطراف رودخانه در هر سناریو بدست آمد. نتایج نشان داد که اختصاص حجمی از مخزن سد گلستان جهت کنترل سیل، برای سیلاب هایی با دبی اوج هیدروگراف تا 2000 مترمکعب بر ثانیه اثرگذار است و با افزایش دبی اوج هیدروگراف ورودی، عملا خالی نگه داشتن سد تاثیری چندانی در کاهش دبی اوج هیدروگراف خروجی از سد نخواهد داشت. به طوری که در سیل های با دبی اوج 500 مترمکعب بر ثانیه می توان با اعمال سناریوهای بهره برداری پهنه سیل را نسبت به حالت مخزن پر تا 100 درصد کاهش داد.

    کلید واژگان: رودخانه گرگان رود, سد گلستان, کنترل سیل, HEC- RAS, GIS}
    Z. Sadeghi, S.R. Khodashenas*, S.H. Sanaeinejad, M.Meftah Halghi

    The aim of this study is investigation the application of operation scenarios on Golestan dam to reduce the inundated area and the flood damages at downstream of dam. So considering confidence interval, the inflow hydrographs for Golestan dam were calculated for 4 return periods (25, 50, 100, 200 year). Then these hydrographs were routed through Puls method in order to obtain the outflow hydrographs passing through dam spillway. Also, the integrated of Geographical Information System (GIS) and the HEC-RAS hydraulic model were used to produce a flood map for different floods. Finally, the damage to land around the river was estimated in each scenario. The results showed that assigning a flood control volumes in Golestan dam is effective only for floods whit peak discharge up to 2000 m3/s. And as the flood peak discharge increases, the effect of dam on flood controlling decreases, even if you keep the dam empty. So that, by the application of operation scenarios, flood inundated area can be reduced to 100% in the floods whit peak discharge up to 500 m3/s.

    Keywords: Discharge, Flood controlling, GIS, Golestan dam, HEC- RAS}
  • مجتبی شکوهی، سید حسین ثنایی نژاد، محمد بنایان اول
    ارائه راهکارهای مناسب سازگاری و کاهش اثرات تغییر اقلیم در هر منطقه ملزم به پیش بینی های صحیح تغییرات اقلیمی در آن منطقه است. که خود این پیش بینی ها به شدت متکی به خروجی مدل های GCM است. اما وجود تعداد زیادی از این مدل ها و خروجی های متفاوت آنها در هر منطقه، باعث سردرگمی محققان در انتخاب آنها می شود. در این راستا عملکرد 21 مدل به روز GCM از CMIP5 بر اساس نمره مهارت ارزیابی شد و در ادامه پیش نگری از تغییرات دما و بارش طی سال های 2045-2065 و 2080-2100 تحت سناریوهای انتشار جدید RCP2. 6 و RCP8. 5 ارائه شد. از روش نگاشت هم فاصله ی تابع توزیع تجمعی، برای تصحیح خطای شبیه سازی مدل ها استفاده شد. ارزیابی منطقه ای شبیه سازی دما و بارش مدل های اقلیمی CMIP5 نشان داد، شبیه سازی ها با خطا همراه است و می بایستی قبل از استفاده تصحیح شوند. اگرچه تصحیح خطای سبب کاهش خطای غیرسیستماتیک شد اما خطای سیستماتیک در شبیه سازی مدل ها همچنان قابل توجه است. به دو طریق می توان نتایج شبیه سازی مدل ها را بهبود بخشید، اولا، لحاظ کردن تمام گروه های یک مدل در تحلیل ها و دوما یافتن ترکیبی بهینه از مدل ها متناسب با منطقه. از این رو ترکیبی بهینه از مدل ها متناسب با منطقه انتخاب شد (مدل های انتخابی). بالاترین متوسط مقدار نمره مهارت برای شبیه سازی متوسط سالانه بارش و دما به ترتیب 04/0 و 38/. مربوط به مدل های انتخابی، در بین ایستگاه ها بود. عدم قطعیت در پیش نگری های تغییرات دما و بارش در قرن حاضر، تحت تاثیر انتخاب سناریوی انتشار، دوره زمانی و مدل ها است.
    کلید واژگان: تصحیح خطا خطای سیستماتیک سناریوی انتشار RCP نمره مهارت}
    Mojtaba Shokouhi, Seyed Hossein Sanaei, Nejad, Mohammad Bannayan Aval
    Introduction
    Achieving sustainable practices of mitigation and adaptation to climate change requires accurate projections of climate change in each region. In this regard, Coupled Model Inter-comparison Project (CMIP) over the past 20 years has shown a good performance. Therefore, new CMIP5 climate models are expected to be bases for many climate change studies. These models use a new set of emission scenarios called Representative Concentration Pathway (RCP) to project climate change. Climate change is expected to impact wheat production and food security in Iran. So far, no study has not been conducted to regionally project climate change based on new CMIP5 models and RCP scenarios over the major wheat-producing areas in Iran. Our objective was to evaluate the performance of CMIP5 climate models in simulating temperature and precipitation in these areas. In addition, different combinations of climate models were evaluated to select appropriate models in these areas.
    Materials and Methods
    According to the latest data, nearly 60% of rainfed wheat is produced within our study area. The mean monthly temperature and precipitation data were provided by Meteorological Organization of Iran for synoptic stations. Period of 1975-2005 was considered as a historical period (baseline period). We evaluated outputs from 21 GCMs from CMIP5 climate models for monthly values of total precipitation and mean surface air temperature. One in ten ensembles of each GCM model was evaluated as available. We used model outputs for two emission scenarios i.e. RCP-2.6 and RCP-8.5, for the future periods of 2045–2065 and 2080-2100 to project temperature and precipitation changes. We assigned the models into two groups, high resolution (models less than 2° latitude/longitude, high-re; 11 models) and low resolution (models greater than 2° latitude/longitude, low-re, 10 models). Output GCM models were used for a grid in which recorded data are available. We applied the equidistant quintile-based mapping method (EDCDF) to correct bias of monthly precipitation and temperature simulated by models in the historical period (1975-2005) and, then in the future periods. We also used the root mean square error (RMSE), the coefficient of correlation and the skill scores (SS) to evaluate the model performance.
    Result and
    Discussion
    Average of all ensembles of an individual model outperformed the other ensembles in simulating the historical climate. This superiority is largely caused by the cancellation of offsetting errors in individual ensembles of a model, and also reduces the effects of natural internal climate variability in simulations. Taylor diagram showed, contrary to a simulation of temperature, simulations of precipitation have great variability than observations and the standard deviation of simulated precipitation values was less than that of observations for most used models. The models simulated temperature much better than precipitation across the region. Contrary to precipitation, the simulated temperature did not show a significant difference among the models. Several combinations of models resulted in an improvement in precipitation and temperature simulations. Therefore, a combination of models can be used in regional climate change assessment studies. The models performance for simulating the historical climate was evaluated based on skill score (SS) and Δ (the Euclidian distance from perfect skill, point (1, 1, 1, . . . , 1)). Many different combinations of 21 GCM models were evaluated, which combination of 7 models as selected models yielded a lower Δ and higher skill scores. For multimodal ensemble (MME) mean (All, high-re, low-re and Selected, models) Δ value was less than that for individual models. SS values in the simulation of precipitation were more than -3 for 75% of models during the high precipitation months. Uncertainty in the simulation of precipitation during the low precipitation months was more than that of high precipitation months and it was even much more in southern areas (especially in August and September). Uncertainties in temperature and precipitation changes projections were affected by the scenario, the time period and models selected. All models showed biases indicating the fact that direct use of such models in climate change studies (without bias correction) is not recommendable. Although the use of statistical methods for bias correction resulted in a significant reduction of nonsystematic biases, systematic biases were not considerably influenced. Precipitation will increase in northern areas toward the end of the century and a higher reduction in precipitation is anticipated in the southern areas. The average, long-term (2080–2100) temperature increase was 5.5°C under RCP-8.5. Further, temperature increase will be greater in the southern regions.
    Conclusion
    Performance of 21 GCMs from CMIP5 climate models were evaluated in major rainfed wheat-production areas in Iran and temperature and precipitation changes were projected under RCP-2.6 and RCP-8.5. Taking into account all GCM’s initial conditions (if they are available) leads to a better performance. Simulations of models exhibited biases, so models output must be corrected before they can be used in regional climate change assessment studies. Although bias correction resulted in a significant reduction of nonsystematic biases, systematic biases were not significantly affected. The MME (All, high-re, low-re and Selected, models) consistently outperformed individual models for both precipitation and temperature suggesting that a smaller group of models can be used in regional climate change assessment. We recognized a subset of 21 models (7 selected models) based on performance that combination of them can provide the best performance and plausible future projections.
    Keywords: Biases correction, Emission scenarios RCP, Skill Score (SS), Systematic biases}
  • مصیب مقبلی دامنه، سید حسین ثنایی نژاد
    تبخیر و تعرق یکی از مولفه های مهم در بحث بیلان آب می باشد که با روش های متعددی اندازه گیری و برآورد می گردد. ازآنجاکه این روش ها عمدتا شامل اندازه گیری به صورت نقطه ای بوده و نیازمند داده های اندازه گیری شده زمینی زیادی می باشند، دارای محدودیت هستند. در این پژوهش، مقادیر تبخیر و تعرق پتانسیل با استفاده از روش پریستلی- تیلور و تکنیک سنجش از دور در منطقه فریمان در استان خراسان رضوی، برای 8 روز در سال های 1393 و 1394 و 1395 با استفاده از تصاویر سنجنده لندست 8 تخمین زده شد. جهت تعیین صحت برآورد بدست آمده، نتایج این مطالعه با روش فائو پنمن- مانتیث (روش مرجع برای تخمین تبخیر و تعرق پتانسیل) مقایسه گردید. مقایسه نتایج بدست آمده از روش پریستلی- تیلور با روش فائو پنمن- مانتیث نشان می دهد که ضریب تبیین 0. 91 (R2) و همچنین خطای جذر میانگین مربعات 0. 78 (RMSE) ، میلی متر در روز می باشد. این نتایج بیانگر دقت بالای روش پریستلی- تیلور در تخمین مقدار تبخیرو تعرق پتانسیل در اقلیم نیمه خشک می باشد.
    کلید واژگان: تبخیرو تعرق پتانیسل, پریستلی- تیلور, سنجش از دور, خراسان رضوی}
    Mosayeb Moqbeli Dameneh, Seyed Hossein Sanaeinejad
    Evapotranspiration is one of the important components of water balance which is measured and estimated by several methods. Since these methods mainly involve point-by-point measuring and requiring a large amount of grounded data, so they have limitations. In this study, potential evapotranspiration for 8 days in 2014, 2015 and 2016 was estimated using the Priestley-Taylor method and remote sensing technique in Fariman area in Khorasan Razavi province using Landsat 8 Operational Land Imager (OLI). To determine the accuracy of the estimates, the results of this study were compared with the FAO Penman-Monteith method (the reference method for estimating potential evapotranspiration). Comparison of the obtained results by the Priestley-Taylor method with the FAO Penman-Monteith method showed that the R2 and Root Mean Square Error (RMSE) are 0.91 and 0.78 mm/d, respectively. This result indicates that the high accuracy of this method in estimating potential evapotranspiration in a semi-arid climate.
    Keywords: Potential evapotranspiration, Priestley-Taylor, Remote sensing, Khorasan Razavi}
  • مژده سلیمی فرد *، سید حسین ثنایی نژاد، عادل سپهر، لیلا ثابت دیزاوندی

    کشور ایران با قرار گرفتن در منطقه خشک جهان همواره در معرض وقوع پدیده خشکسالی قرار دارد. متوسط بارش در کشور کمتر از یک سوم متوسط بارش سالانه جهان است و این میزان نیز از توزیع زمانی و مکانی مناسبی برخوردار نیست. از جمله روش-های بررسی خشکسالی استفاده از شاخص های هواشناسی می باشد که با استفاده از داده های ایستگاه های هواشناسی محاسبه می-گردند. یکی از مهمترین مشکلات استفاده از این شاخص ها در ایران پراکندگی نامناسب ایستگاه ها یا کمبود داده می باشد. در مقابل این روش ها، فن آوری سنجش از دور قادر به جمع آوری داده از نواحی وسیع توسط سنجنده های مختلف است. در این مطالعه به منظور بررسی همه جانبه خشکسالی در استان خراسان رضوی در سال های 2001 تا 2010، از شاخص ترکیبی بررسی خشکسالی(SDI) استفاده گردید. این شاخص با استفاده از اطلاعات 3 شاخص، وضعیت پوشش گیاهی(VCI)، وضعیت دمایی(TCI) و وضعیت بارش(PCI) از طریق روش آنالیز مولفه اصلی(PCA) محاسبه گردید. به منظور صحت سنجی شاخص-(SDI)، رابطه همبستگی این شاخص با شاخص(SPI) در بازه های زمانی3، 6 و 9 ماهه در طی فصل رشد بررسی شد، مقایسه ای میان مجموع بارش سالیانه و میانگین بلندمدت بارش در 10 ایستگاه سینوپتیک در این استان انجام شد و همچنین رابطه همبستگی دو شاخص(VCI) و (SDI) با میزان عملکرد دیم دو گیاه گندم و جو نیز بررسی شد. نتایج این مطالعه حاکی از بروز خشکسالی در سال های 2001، 2002، 2006 و 2008 در استان خراسان رضوی بود. نتایج بررسی صحت سنجی نیز حاکی از وجود همبستگی(R) بالا میان دو شاخص(SDI) و (SPI) می باشد. همچنین نتایج این مطالعه نشان داد که شاخص ترکیبی(SDI) علاوه بر پایش همه-جانبه خشکسالی هواشناسی و بالا بردن دقت مکانی پایش این پدیده قادر به شناسایی خشکسالی کشاورزی نیز می باشد.

    کلید واژگان: خشکسالی, داده های NDVI, داده های دمای سطح زمین, سنجنده TRMM, شاخص ترکیبی خشکسالی(SDI)}
    Mozhdeh Salimi fard*, Seyed Hossein Sanaei, nejad, adel sepehr, leila sabet dizavandi

    Iran located in arid and semi-arid area has many parts with high susceptibility to drought. The average rainfall of Iran is less than a third of the average annual rainfall in the world which has an inappropriate spatial -temporal distribution. Meteorological indices can be used for drought monitoring calculated by situations data. One of the main problems for applying these indices in Iran is inappropriate distribution of station and lack of data. In other hand, remote sensing technology is able to extract data from remote area. In this study in order to analyze drought risk in Khorasan Razavi province Synthesis Drought Index (SDI),”between 2001 to 2010” was applied. Vegetation Condition Index (VCI), Temperature Condition Index (TCI) and Precipitation Condition Index (PCI) through Principal Component Analysis (PCA) were measured for estimating SDI. For assessing the accuracy of SDI, correlation between these indicators and SPI (3, 6, 9-month) have been studied during the growing season, comparison was also done between total annual rainfall and long-term average rainfall in 10 synoptic stations in the studied area, as well as correlation between two indices VCI and SDI with the yield of rainfed wheat and barley. The results indicated that drought has been occurred in years 2001, 2002, 2006 and 2008 in the Khorasn Razavi province. The result of validation showed high correlation between SDI and SPI. Also the results showed that the Synthesis Drought Index in addition to monitor meteorological drought with ability of enhanced spatial resolution could be applied for identifying agricultural drought.

    Keywords: Drought, NDVI data, Land surface temperature, TRMM sensors, Synthesized Drought Index (SDI)}
  • نگار سیبانی، سید حسین ثنایی نژاد، بیژن قهرمان
    در مواجه با خطر سیل و یا خسارات ناشی از خشکسالی، برآورد میزان بارش و الگوی تغییرات مکانی آن در یک منطقه گسترده، یکی از چالش های مهم در علوم هواشناسی، کشاورزی و هیدرولوژی است. اندازه گیری محلی بارندگی در مناطق دور افتاده به دلیل هزینه زیاد و محدودیت های عملیاتی دشوار است. بدین علت در تحقیق حاضر به منظور تعیین الگوی مکانی-زمانی بارش و امکان تلفیق داده ها، سه نوع مختلف از تولیدات بارندگی شامل داده های ماهواره ای (TRMM3B42)، داده های حاصل از مدل پیش بینی عددی جوی (MM5) و اندازه گیری های زمینی (نقشه های حاصل از روش زمین آمار (KED))، مورد مطالعه قرار گرفتند. این مطالعه در بازه زمانی سال های 2000 تا 2010 میلادی و برای منطقه شمال شرق ایران به صورت ماهانه، فصلی و سالانه انجام شد. داده ها با استفاده از شاخص اعتبارسنجی RMSE و الگوریتم تشابه با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان دادند که یکی از ضعف های روش زمین آمار نبودن اطلاعات کافی در ارتفاعات بالای (1500) متر منطقه است. همچنین دقت تصاویر ماهواره ای در فصل های گرم بیشتر بود؛ بطوریکه در ماه آگوست مقدار 7/1 RMSE = به دست آمد. در فصل زمستان (ماه ژانویه) بیشترین مقدار 02/14 RMSE = حاصل شد که این امر عملکرد ضعیف تولیدات ماهواره ای TRMM در مناطق پوشیده از یخ را نشان می دهد. در اعتبارسنجی مدل MM5 بیشترین و کمترین مقدار RMSE به ترتیب 64/6 و 05/1 به دست آمد. علاوه بر این مدل MM5 تا حدود زیادی در شبیه سازی مقادیر بارندگی سالانه بیش برآورد داشت. نتایج تحلیل های مکانی- زمانی الگوریتم تشابه نیز نشان دادند که عملکرد مدل MM5 در مقیاس ماهانه و فصلی و تعیین مناطق بارندگی بهتر از تصاویر ماهواره ای TRMM بود. همچنین هر سه محصول الگوی مکانی بارندگی در مقیاس فصلی و سالانه را به خوبی نشان دادند.
    کلید واژگان: الگوریتم تشابه, بارندگی, TRMM}
    Negar Siabia, Seyed Hossein Sanaei Nejadb, Bijan Ghahramanc
    1.
    Introduction
    Precise estimates of rainfall in areas with complex geographical features in the field of
    climatology, agricultural meteorology and hydrology is very important. TRMM satellite
    is the first international effort to measure rainfall from space reliably (Smith, 2007).
    Another set of data that has become available in recent years is the output of numerical
    prediction models. Akter and Islam (2007) used MM5 model for weather prediction
    especially for rainfall in Bangladesh. They compared MM5 outputs with 3B42RT
    production of TRMM, rain gage and radar data and concluded that MM5 is reliable for
    rainfall prediction. Ochoa et al. (2014) compared 3B42 product of TRMM with
    simulated rainfall data by WRF model. Their results showed that TRMM data is more
    applicable for presenting spatial distribution of annual rainfall. In addition to the
    methods of statistical comparison, the similarity algorithm (Herzfeld & Merriam, 1990)
    was also used in this study. This algorithm compares a large number of data
    simultaneously, which can be in the form of maps or models output. In Iran, very few
    studies have compared the output of numerical prediction models with TRMM products
    of rainfall. The aim of this study was to evaluate and compare the rainfall data using
    similarity algorithm for different locations and time periods in order to fill a gap in the
    space-time data.
    2. Material and
    Methods
    The study area consisted of North Khorasan, Khorasan Razavi and South Khorasan
    provinces in North East of Iran, which is geographically located between the longitudes
    of 55 to 61 degrees and latitudes of 30 to 38 degrees. The climate of the area is arid and
    semi arid. Total area is approximately 313000 square kilometers. In this study, three
    types of data were used. Ground-based observations used from synoptic and rain-gauge
    stations of Meteorology Organization. The seventh series products of TRMM 3B42 sensor containing three hours TRMM rainfall data with a spatial resolution of 0.25
    degree were downloaded for free from the site of NASA. MM5 model outputs which
    were in the form of images with a spatial resolution of 0.5× 0.5 degrees for the period of
    2000-2010 were also obtained from NASA and NOAA .In this study, KED as a
    geostatistical method was used to interpolate rainfall. For running geostatistics
    algorithms, GS and ArcGIS software were used. Similarity algorithm was executed
    for each grid point map and the similarity values were derived. After standardization by
    calculating the similarity value for the entire study area, F network model for similar
    map was created. In similarity algorithm, closest values to zero indicate a good
    similarity between the input maps in a specific location and higher values indicate
    weaker similarity. Standardization algorithms, similarity and analytical software
    programming in MATLAB were performed for each grid point of the map.
    3.
    Results And Discussion
    RMSE values for MM5 model were higher in the warm months. The highest RMSE
    values were obtained in late spring and early summer. This result proved that in the
    summer, rainfall was predicted less accurately than in the cold months in winter. RMSE
    values for TRMM showed a reverse pattern with MM5 model output. Maximum
    amount of RMSE for TRMM was obtained in January with 14 mm per month. The
    reason for this may be because microwave energy scattering from frozen ice on the
    ground. The scattering from rain or frozen rain in the atmosphere is similar. Similarity
    values in the area were scattered with uniform distribution that represents the least
    significant inter-annual variation is cold seasons. For the warm seasons, in the south and
    north of the area, similarity values vary from 1 to 2. Results showed that inter-annual
    variations of rainfall in warm seasons and in central areas is high. One of the reasons for
    these results can be errors in the observed data.
    By examining the time series of TRMM images using similarity algorithm, we found
    that in the cold season, the south zone of the study area had similarity values 0.05 to 0.1
    with a uniform distribution of values. However, higher similarity values were obtained
    for the northern and central areas where the distribution of similarity values was not
    uniform.
    Due to these facts, it can be concluded that rainfall production of TRMM data was
    relatively good in the cold season in south and relatively week in north and central parts
    of the region. In the warm season the least amount of similarity could be seen in the
    northeast part of the study area. But generally, TRMM estimated rainfall fairly in the
    warm season.
    4.
    Conclusion
    The validation results of MM5 model rainfall and TRMM monthly rainfall images
    showed that the model predicted rainfall amounts in the cold months better than in the
    warm months. However unlike the MM5 model, remote sensing images had the highest
    error in cold months. The reason was the presence of snow and ice on the ground in the
    cold months of winter. Considering inter-annual and seasonal changes, it became clear
    that there is much difference between inter-annual remote sensing image changes and the actual amounts of rainfall (KED). Nevertheless the model inter-annual changes were
    consistent with real data. Inter-annual changes of the model and the station data (KED)
    were higher in cold season.
    KED methods also retained spatial variability of rainfall as well as remote sensing data
    and model output. The estimates, especially above 1500 meters in the central regions,
    had low precision in the products. The results showed that in the absence of adequate
    rain gages in the region, MM5 output model and TRMM data could be used to fill the
    gaps.
    Keywords: MM5, Precipitation, Similarity algorithm, TRMM}
  • مژده سلیمی فرد، سید حسین ثنایی نژاد *، مهدی جباری نوقابی، لیلا ثابت دیزاوندی
    مسئله تغییر اقلیم همیشه به عنوان یکی از مسائل مهم در مطالعات علمی شناخته می شود و به همین دلیل محققان بسیاری در زمینه علل و ماهیت آن تحقیق کرده اند. اغلب عوامل تاثیر گذار اقلیمی مربوط به رخدادهای حدی هواشناسی است، که در این میان پارامتر درجه حرارت از جمله مهمترین پارامترها جهت تبیین و شناخت تغییر اقلیم می باشد. در این مطالعه به بررسی و ارزیابی دماهای حدی به عنوان شاخصی برای آشکارسازی تغییر اقلیم در استان خراسان رضوی پرداخته شد. بدین منظور 15 شاخص حدی دما جهت بررسی تغییرات حدی محاسبه شد. داده های مورد نیاز جهت محاسبه این شاخص ها شامل داده های روزانه حداکثر و حداقل دما بودند که از 9 ایستگاه سینوپتیک فعال در سطح استان طی بازه زمانی سالهای 2015-1990 برداشت شدند. پس از بررسی صحت و همگنی داده ها، شاخص های مذکور محاسبه شدند و به منظور بررسی معناداری روند از آزمون ناپارامتریک من-کندال در این مطالعه استفاده شد. نتایج این مطالعه نشان داد که میانگین سالانه دمای حداکثر و حداقل روزانه در سطح استان در حال افزایش می باشد که شیب افزایش در دمای حداکثر نسبت به دمای حداقل بزرگتر می باشد. نتایج بررسی روندها نیز مشخص نمود که به طور کلی شاخص های حدی گرم دارای روند افزایشی و شاخص های سرد دارای روند کاهشی در منطقه می باشند. این در حالی است که در بین شاخص های سرد تنها دو شاخص شب های سرد(TN10P) و روزهای سرد(TX10P) دارای روند نزولی معنادار و در بین شاخص های گرم، 5 شاخص روزهای تابستانی(SU25)، شب های حاره ای(TR20)، گرمترین شب ها(TNx)، شب های گرم(TN90P) و روزهای گرم(TX90P) دارای روند صعودی معنادار در اکثریت ایستگاه های مورد مطالعه بودند. به طورکلی نتایج این مطالعه حاکی از افزایش دما در سطح استان بود که افزایش بروز پدیده های حدی به خصوص پدیده های حدی گرم در طی 20 سال گذشته گویای وقوع تغییر اقلیم در سطح منطقه می باشد.
    کلید واژگان: تغییر اقلیم, شاخص های حدی, دما, روند تغییرات, من-کندال}
    Mozhdeh Salimi Fard, H. Sanaei Nejad *, Mehdi Jabari Noghabi, Leila Sabet Dizavandi
    In recent years, there is an increasing concern in weather and climate extremes, since they may cause serious disasters to human society and nature and seem to more sensitive to climate change than the mean value. The rise in greenhouse gas emissions arising from increased industrialization and urbanization has, in recent years, contributed significantly to global warming. This global warming leads to the change of climatic extreme index and increases the intensity and frequency of occurrence of extreme climate events. Extreme events are relatively rare, unpredictable and often brief but they are highly destructive. Many studies show that climate extremes cause significant damage to crop growth and final yields, and the various frequencies and intensities of extreme events result in differing degrees of soil erosion and flooding. Climate variability is largely influenced by temperature change, which is particularly important through its role in the global climate system and energy cycles. Analyses of observed temperature in many regions of the world have already shown some important changes in the extremes. To predict future change in extremes understanding the recent past is essential. The objective of this study was to investigate the spatial and temporal distribution of temperature extremes in Khorasan Razavi province during 1990–2015 based on 15 climate indices proposed by the Expert Team on Climate Change Detection and Indices and to detect the effect of climate change
    Keywords: Climate Change, Extreme indices, Temperature, Changing trend, Mann-Kendall}
نمایش عناوین بیشتر...
سامانه نویسندگان
  • دکتر سید حسین ثنایی نژاد
    ثنایی نژاد، سید حسین
    استاد
اطلاعات نویسنده(گان) توسط ایشان ثبت و تکمیل شده‌است. برای مشاهده مشخصات و فهرست همه مطالب، صفحه رزومه ایشان را ببینید.
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال