بررسی روند و رفتار بارشی شهر شاهرود با استفاده از مدل های آماری و تحلیل طیفی

سری های زمانی که در مطالعات اقلیمی مورد بررسی قرار می گیرند، دارای ویژگی و رفتارهای متفاوتی از جمله روند، نوسان، افت و خیز و جهش هستند. هر سری زمانی ممکن است حاوی یک سری ویژگی ها و رفتارهای پنهانی باشند که با روش ها و مدل سازی های ساده آماری قابل استخراج نباشند. در این راستا تکنیک تحلیل طیفی یک ابزار توانمند در شناسایی و آشکارسازی افت و خیزهای نهان و آشکار در سری زمانی است. این تکنیک با تبدیل رفتار سری زمانی از حالت نوسانات زمانی (بعد زمانی) به بعد فرکانسی، چرخه ها یا افت و خیزهای موجود در سری را که با توابع ساده آماری مانند خودهمبستگی و میانگین متحرک و غیره نمود ندارند، را آشکار می سازد. در این مقاله جهت شناسایی رفتار بارش شهر شاهرود از میانگین بارش سالانه 60 ساله(2012- 1953)، بر اساس روش های توزیع آماری، شناسایی روند، مدل سازی روند و در نهایت شناسایی چرخه ها با استفاده از روش تحلیل همساز(هارمونیک) و تحلیل طیفی و با کمک از نرم افزارهای Matlab، Minitab و SPSS استفاده شده است. برای شناسایی دقیق تر رفتار مذکور میانگین بارش سالانه را به دو دوره 30 ساله تقسیم نموده و بعد از محاسبات هر دوره، دوره ها با هم مقایسه شدند. لذا بعد از شناسایی اولیه رفتار بارش، سری زمانی بارش از قلمرو زمانی به قلمرو فرکانسی تبدیل شد. سپس واریانس هر فرکانس(هرجفت سینوس و کسینوس یک فرکانس یا همساز می باشد)، و سهم واریانس هر چرخه از تغییرات واریانس کل بدست آمد. در مرحله بعدی دوره نگار و دوره های بازگشت برای هر یک از چرخه ها محاسبه و تغییرات تصادفی متغیرها(نوفه یا نویز) برای هر یک از دوره های منتخب استخراج گردید. نتایج نشان داد توزیع بارش شاهرود نرمال نیست و بهترین توزیع قابل برازش بر بارش شاهرود توزیع ویبول است. خروجی جهت و مقدار روند با استفاده از روش های ناپارامتری و پارامتری متفاوت می باشد به نحوی که بر اساس روش های ناپارامتری غیر خطی کندال و خطی اسپیرمن روند مثبت و مقدار آن به ترتیب 176/0 و 140/0 میلیمتر در سال ولی در روش پارامتری خطی، روند منفی با ضریب سالانه 0352/0- میلیمتر می باشد. همچنین نتیجه مدل سازی روند با استفاده از روش ناپارامتری مبین کاهش حجم سالانه بارندگی به مقدار 685/0- میلمتر است. این مقدار در روش مدل سازی خطی و نمایی مثبت می باشد. نتایج تحلیل طیفی وجود دو چرخه با ضریب اطمینان 95% در فرکانس های 03/0 و 17/0 با دوره بازگشت تقریبی 15 و 3 ساله برای میانگین بارش سالانه 60 ساله(2012- 1953)، یک چرخه با ضریب 95% در فرکانس 05/0 با دوره بازگشت 5/7 ساله برای میانگین بارش 30 سال اول دوره آماری(1982- 1953) و یک چرخه با ضریب 99% در فرکانس 47/0 با دوره بازگشت یک ساله برای میانگین بارش 30 سال دوم دوره آماری (2012- 1983) می باشد. همچنین خودهمبستگی های منفی در هر سه دوره بیانگر وجود نوفه آبی می باشد بدین معنی خط صفر پیوسته از چرخه اول تا آخرین چرخه به صورت پیوسته سیر صعودی را طی می کند.