پیش بینی امواج گرمایی و دوره بازگشت آن در ایران با مدل زنجیره مارکف

یکی از عوامل مهم در تغییر شرایط محیط زندگی موجودات زنده امواج گرمایی است که زیست بوم ها را تحت تاثیر خود قرار داده و در صورت تداوم موجب بهم خوردن تعادل زیستی آن ها می شود. هدف این پژوهش پیش بینی امواج گرمایی و احتمال وقوع و عدم وقوع و دوره بازگشت آن ها با مدل زنجیره مارکف است. جهت دست یابی به این هدف آمار روزانه دمای حداکثر 1437 ایستگاه باران سنجی، اقلیمی و همدید بکار رفته است. طول دوره آماری از 1/1/1962تا31/12/2004 میلادی می باشد. این داده ها با روش میانیابی کریجینگ به داده های شبکه ای تبدیل شده و ماتریسی به ابعاد 7187×15695 ساخته است. در گام بعدی انحراف معیار داده ها محاسبه و سپس ماتریس داده ها استاندارد شد. به دلیل حجم زیاد داده ها کلیه محاسبات در این پژوهش با نوشتن برنامه های متعددی در محیط Matlab امکان پذیر شد. برای استخراج امواج گرمایی دماهایی که 2+ انحراف معیار بالاتر از میانگین بودند به عنوان موج گرما تعیین شدند. ابتدا احتمالات انتقال شرطی مشخص شد آنگاه با استفاده از مدل زنجیره ی مارکوف مرتبه ی اول با دو حالت موج و بدون موج، ماتریس فراوانی تشکیل و سپس به روش حداکثر درست نمایی ماتریس احتمال انتقال محاسبه شد. به منظور انجام عمل پیش بینی ماتریس احتمال مارکف با به توان رساندن مکرر به حالت ایستا (پایا) رسید. به این ترتیب احتمال وقوع امواج گرما در طولانی مدت پیش بینی شد. سپس با در دست داشتن عناصر p (احتمال وقوع موج گرما) وq (احتمال عدم وقوع موج گرما) از ماتریس پایا شده دوره های بازگشت امواج گرما از 2 تا 6 روز برای تمام ماه ها و فصول و سالانه محاسبه و نقشه های پیش بینی و دوره بازگشت 2 روز کشیده شد. نتایج نشان دادکه احتمال وقوع امواج گرمایی با تداوم 1 و 2 روز بیشتر و امواج پرتداوم احتمال وقوع بسیار ضعیف تری دارند. همچنین درطولانی مدت احتمال وقوع یک موج گرما 4 /1 درصد و احتمال عدم وقوع آن 6/ 98 درصد می باشد. بدین ترتیب دوره ی بازگشت موج گرمای روزانه حدود 72 روز و دوره بازگشت روز بدون موج گرما حدود 1 روز برآورد شد. بیشترین احتمال وقوع موج گرما در ماه ژانویه (دی) حدود 019/0 درصد با دوره بازگشت 51 روز و کمترین احتمال وقوع برای ماه اکتبر (مهر) حدود 01/0 درصد با دوره بازگشت 92 روز پیش بینی شد