h. asakereh
-
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و هفتم شماره 2 (پیاپی 104، تابستان 1402)، صص 209 -222
شناسایی رفتار فراسنج بارش از مهم ترین اصول برنامه ریزی های مرتبط با منابع آب به شمار می رود. در این پژوهش تلاش شد تا با استفاده از داده های بارش روزانه 3423 ایستگاه همدید، اقلیم شناسی و باران سنجی برای دوره 1970 تا 2016 و با انجام میان یابی به روش کریجینگ روند تغییرات زمانی نمایه های فرین بارشی کشور در قالب تحلیل یاخته ای مورد بررسی قرار گیرد. در ادامه با استفاده از نمایه های صدکی (صدک کمتر از 10، کمتر از 25، 25 تا 75، 75 تا 90 و بالاتر از 90) و تحلیل رگرسیون، تغییرات فراوانی روزهای عضو هر یک از نمایه های چندکی در طول زمان محاسبه و در قالب نقشه ترسیم شد. نتایج نشان داد که در طول دوره مورد مطالعه 86/6 درصد از یاخته های مرتبط با روزهای توام با صدک دهم یا کمتر از آن در سطح کشور، روندی افزایشی داشته اند. از سوی دیگر، یاخته های مرتبط با روزهای توام با صدک نودم و بیش از آن نیز روندی افزایشی از خود نشان داده اند. با توجه به اینکه یاخته های توام با صدک های 25، 25-75 (بهنجار) و صدک 75 روندی کاهشی از لحاظ تعداد روزهای گروه خود به نمایش گذاشته اند، می توان استنباط کرد که شرایط بارشی کشور و روزهای همراه با بارش به سمت مقادیر حدی حرکت کرده و احتمال خشکسالی یا سیلاب های مخرب در کشور افزایش یافته است.
کلید واژگان: بارش، روند، صدک، رویداد فرین، ایرانIdentifying the behavior of precipitation is one of the most important planning principles related to water resources. In this research, an attempt was made to analyze the trend of time changes in extreme rainfall profiles of the country by using the daily rainfall data of 3423 synoptic, climatology, and rain gauge stations for the period from 1970 to 2016 and by performing interpolation using the kriging method. Then, using percentile profiles (percentile less than 10, less than 25, 25 to 75, 75 to 90, and above 90) and regression analysis, changes in the frequency of member days of each of the percentile methods over time were calculated and mapped. The results showed that during the studied period, 86.6% of cells associated with days with the tenth percentile or less in the country had an increasing trend. On the other hand, the pixels associated with days with the 90th percentile and more have shown an increasing trend. Considering that the pixels with the 25th, 25th-75th percentiles (normal), and 75th percentile have shown a decreasing trend in terms of the number of days in their group, it can be concluded that the country's rainfall conditions and the days with rainfall are towards the limit values has moved and the possibility of drought or destructive floods has increased in the country.
Keywords: Precipitation, Trend, Percentile, Extreme event, Iran -
بارش یکی از عناصر اصلی چرخه هیدرواقلیمی کره زمین است که چگونگی تغییرپذیری آن تابع روابط پیچیده و غیرخطی بین سامانه اقلیم و عوامل محیطی است. شناخت این روابط و انجام برنامه ریزی های محیطی بر مبنای آنها در حالت عادی امری دشوار بوده و در نتیجه طبقه بندی داده ها و تقسیم اطلاعات به دسته های متجانس و کوچک می تواند در این زمینه کمک کننده باشد. در پژوهش حاضر تلاش شد تا داده های بارش، ارتفاع ، شیب ، جهت دامنه ها و تراکم ایستگاهی برای 3423 ایستگاه همدید، اقلیم شناسی و باران سنجی ایران در دوره ی 1961-2015 به مدل های فازی (FCM) و شبکه عصبی خودسازمانده (SOM-ANN) وارد و ضمن انجام پهنه بندی بارشی- محیطی، خروجی های دو مدل از لحاظ دقت و کارایی مورد مقایسه قرار گیرد. نتایج حاصل از خروجی مدل ها، شرایط بارشی ایران را در ارتباط با عوامل محیطی به چهار پهنه تقسیم بندی کرده است. همچنین، بررسی شاخص های ارزیابی نشان داد هر دو مدل از دقت بالایی در امر طبقه بندی فراسنج بارش برخوردار هستند؛ با این حال مدل فازی از لحاظ دقت نتایج برتری نسبی به مدل شبکه عصبی دارد.
کلید واژگان: شبکه عصبی خودسازمانده، مدل فازی، پهنه بندی، بارش، ایرانPrecipitation is one of the main elements of the Earth's hydro-climatic cycle and its variability depends on the complex and non-linear relationships between the climate system and environmental factors. Understanding these relationships and doing environmental planning based on them is difficult. Therefore, classifying data and dividing information into homogeneous and small categories can be helpful in this regard. In the present study, an attempt was made to prepare precipitation, altitude, slope, slope direction, and station density data for 3423 synoptic, climatological, and gauge stations in Iran in the 1961-2015 years’ period. These data were entered into fuzzy (FCM), self-organizing map neural network (SOM-ANN) models and precipitation-spatial zoning. The outputs of the two models were compared in terms of accuracy and efficiency. The results obtained from the output of the models have divided the rainfall conditions of Iran into four zones concerning environmental factors. Evaluations also showed that both models had high accuracy in classifying precipitation parameters; However, the fuzzy model has a relative advantage over the neural network model in the accuracy of results.
Keywords: Self-organizing map neural network, Fuzzy model, Zoning, Precipitation, Iran -
بارش یکی از مهم ترین فراسنج های آب و هوایی است که چگونگی پراکنش و مقادیر آن در نواحی مختلف، برایند روابط پیچیده خطی و غیرخطی بین عناصر جوی - فرایندهای اقلیمی و ساختار فضایی محیط سطح زمین است. طبقه بندی داده ها و قرارگیری آنها در پهنه های کوچک و متجانس می تواند در بهبود درک این روابط پیچیده و نتایج حاصل از آنها موثر باشد. در پژوهش حاضر با استفاده از داده های بارش سالانه 3423 ایستگاه همدیدی، اقلیم شناسی و باران سنجی ایران در دوره 1961 - 2015 و داده های ارتفاع، شیب، جهت شیب و تراکم ایستگاهی تلاش شد تا چگونگی پراکنش بارش کشور در ارتباط با عوامل محیطی پهنه بندی شده و مورد تحلیل قرار گیرد. بدین منظور بعد از استاندارد سازی و آماده سازی ماتریس داده ها، تعداد بهینه خوشه ها مشخص و مجموعه داده ها به مدل شبکه عصبی- فازی (ANFIS-FCM) وارد شد. بررسی نتایج نشان داد که مقادیر شاخص های و MAE به ترتیب 0/76 و 0/23 بوده که حاکی از دقت مناسب مدل است. همچنین مشخص شد در پهنه های چهارگانه خروجی مدل، عوامل محیطی از اثرگذاری بالایی در پراکنش فضایی فراسنج بارش برخوردار هستند. در پهنه های اول و سوم، ترکیب عوامل ارتفاع و شیب زیاد به همراه مجاورت جغرافیایی با سامانه های بارشی، موجب شده متوسط مقدار بارش سالانه در این پهنه ها به ترتیب 318 و 181 میلی متر باشد؛ در حالی که با تضعیف نقش عوامل محیطی در خوشه های دوم و چهارم، متوسط بارش سالانه به حدود 100 میلی متر کاهش یافته است.
کلید واژگان: شبکه عصبی، منطق فازی، تابع عضویت، خوشه بندی، بارش، ایرانPrecipitation is one of the most significant climatic parameters; its distribution and values in different areas is the result of complex linear and nonlinear relationships between atmospheric elements-climatic processes and the spatial structure of the earth's surface environment. Classification of data and placing them in small and homogeneous zones can be effective in improving the understanding of these complex relationships and their results. In the present study, zoning and analyzing the distribution of rainfall in Iran concerning environmental factors was performed using the annual precipitation data of 3423 synoptic, climatological, and gauge stations in the country during the period from 1961 to 2015 and the altitude, slope, aspect, and station density data. After standardization and preparation of the data matrix, the optimal number of clusters was determined and the data set was entered into the neural-fuzzy network model (ANFIS-FCM). The results showed that the values of R2 and MAE indices were 0.76 and 0.23, respectively which indicate the appropriate accuracy of the model. It was also found that in the four output zones of the model, environmental factors have a high impact on the spatial distribution of precipitation. In the first and third zones, the combination of high altitude and slope factors along with geographical proximity to precipitation systems has caused the average annual rainfall in these zones to be 318 and 181 mm, respectively. The mean annual rainfall has decreased to about 100 mm by the weakening of the role of environmental factors in the second and fourth clusters.
Keywords: Neural network, Fuzzy logic, Membership function, Clustering, Precipitation, Iran -
در پژوهش حاضر با استفاده از داده های روزانه 385 ایستگاه همدید، اقلیمشناسی و باران سنجی سازمان هواشناسی کشور و ایستگاههای باران سنجی وزارت نیرو طی بازه زمانی 2016-1966 جنبه های پنهان بارش و رژیم بارشی ناحیه خزری مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا نقشههای بارش روزانه با تفکیک مکانی 3 × 3 کیلومتر ایجاد شد و برای هر پیکسل ایجاد شده در نقشه، افت و خیز سینوسی بارش 12 ماه سال براساس روش همسازها بررسی گردید. به منظور شناسایی الگوهای مکانی بارش براساس سهم تناوب های مختلف و نیز پهنه بندی آن از شگرد تحلیل خوشه ای استفاده شد. سپس نمایه یکنواختی و فصلی بارش برآورد شد. نتایج نشان می دهد، بیش ترین ضریب تغییرپذیری ماه به ماه بارش در خط ساحلی دریای خزر می باشد. این وضعیت گویای تغییرات فراوان ماه به ماه و عدم ثبات فصل بارشی در این مناطق است، با دور شدن از خط ساحلی ضریب تغییرات نیز به تدریج کاسته می شود بهطوری که، کمینه آن در بخش هایی از ارتفاعات البرز می باشد. این امر گویای فعالیت سامانههای متنوع باران زایی و یا حداقل تداوم سامانه های باران زا در این نقاط و ثبات فصل بارشی است. نمایه یکنواختی نشانگر این است، در بخش های ساحلی دریای خزر توزیع بارش متمرکزتر است و با پیشروی بهسمت مناطق جنوبی ناحیه توزیع زمانی بارش یکنواخت تر می گردد. نمایه فصلی بارش بیانگر وجود سه نوع رژیم بارش است. کم ترین وسعت مکانی مربوط به رژیم بارش یکنواخت می باشد، که در بخش های کوچکی از ارتفاعات البرز دیده می شود. گسترده ترین رژیم بارشی مربوط به رژیم یکنواخت با یک فصل مرطوب تر است. این رژیم بارشی در شرق و غرب ناحیه و جنوب دریای خزر مشاهده می شود. رژیم سوم که به رژیم عمدتا فصلی با یک فصل خشک کوتاه مربوط می باشد، خط ساحلی دریای خزر، بخش هایی از ارتفاعات تالش و بخش کوچکی از شرق ناحیه را پوشش می دهد.
کلید واژگان: رژیم بارش، ناحیه خزری، نمایه ضریب تغییرات، نمایه فصلی، نمایه یکنواختیIntroductionPrecipitation is one of the most important climatic variables playing a decisive role for different purposes. Temporal changes in precipitation affect many climatic and environmental phenomena (such as runoff, floods, air temperature, and humidity) as well as many human activities (such as agriculture and housing). The precipitation regime includes all characteristics and statistics of precipitation in relation to its distribution throughout the year, and the temporal distribution of precipitation according to the months or seasons of the year is called the "Precipitation Regime".
Materials and MethodsThe daily data of 385 stations were obtained from Iran Meteorological Organization and the Ministry of Energy for the period of 2016-1966 (51 years). The hidden aspects of precipitation and precipitation regime of the Iranian coast of Caspian Sea were studied. At first, these stations were used in order to create maps with a spatial resolution of 3 × 3 km, and the general specifications of the monthly and annual precipitation were presented. Sinusoidal behaviors of monthly precipitation in each pixels were then investigated. Accordingly, first to sixth harmonics were extracted. Finally, the cluster analysis method was used based on the Euclidean distance and the "Ward" method of linkage to identify the spatial patterns of precipitation based on the contribution of different periodic and its zoning. Then, the homogeneity and seasonal index of precipitation was estimated.
Results and DiscussionThe results show that the mean annual precipitation is higher on the coastline, especially in the southwest of the Caspian Sea, and decreases as it passes from the coast. In the southwest parts of the Caspian Sea, maximum precipitation occurs in the autumn. At the Alborz highlands, the maximum and minimum precipitation fall during winter and summer, respectively. The monthly precipitation coefficient of variation indicates that with seasonal changes from winter to spring, precipitation changes in the Caspian region are declining, and with changes in seasonal precipitation from summer to autumn, precipitation changes are in the ascendant. The largest variability coefficient of the month to month of the precipitation (60 to 70 percent) was calculated at the coastline of the Caspian Sea. This shows notable month to month precipitation changes and seasonal instability in these areas. The coefficient of variation is gradually reduced by distance from the coastline. The lowest coefficient of variation was obtained in the southern parts of the Caspian Sea (the Alborz altitudes) between 15% and 30%. This suggests a small difference in rainfall over the course of the months. In other words, they indicate the activity of various rainy systems, or at least the continuity of rainy systems in these areas, and the stability of the precipitation season. The homogeneity index indicates that the precipitation distribution is more concentrated in the coastal areas of the Caspian Sea, and it becomes more uniform with the advance towards the southern parts of the area (part of the Alborz heights). The seasonal precipitation index of the Caspian Sea region indicates three types of precipitation regime. The lowest spatial extent (6.28%) is related to the uniform precipitation regime, found in small parts of the Alborz heights. The most abundant regime has a wetter season. This precipitation regime, which includes 76.13% of the Iranian coast of Caspian Sea, is observed in the eastern and western regions of the Caspian Sea. The third regime (13.25% of the study area), which is mainly seasonal with a short dry season, covers the Caspian Sea coastline, parts of the Talesh heights, and a small part of the eastern region.
ConclusionThe results revealed that the precipitation classes obtained based on the seasonal index were closer to the reality due to the similarity of these classes with the average monthly and annual precipitation. Therefore, this index seems to be the most optimal tool for determining precipitation regimes in the Caspian region. According to this precipitation regime classification, there are three classes of precipitation regime in the Caspian region. The existence of these three classes indicates the presence and activity of different synoptic and local systems in the Caspian region.
Keywords: Precipitation regime, Caspian region, Coefficient of variation Index, Seasonal Index, Homogeneity Index
- 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.