ارزیابی چند مدل در پیش بینی سری های زمانی شاخص بارندگی استاندارد

خشکسالی یک رخداد هواشناسی تکرار شونده و موقتی است که ناشی از کاهش بارندگی نسبت به میانگین بلندمدت آن می باشد. با توجه به اهمیت پیش بینی خشکسالی و نقش آن در مدیریت منابع آب، در این مطالعه به ارزیابی مهارت شش نوع مدل استوکاستیک (AR، MA، ARMA، ARIMA غیرفصلی، ARIMA فصلی و ARIMA مکثر) در مدلسازی و پیش بینی سری های زمانی شاخص بارندگی استاندارد شده (SPI) پرداخته شد. برای دستیابی به این هدف، از داده های بارندگی ماهانه ی 10 ایستگاه سینوپتیک با اقلیم های خیلی مرطوب تا فراخشک (دوره ی آماری 2007-1973) استفاده شد. ابتدا از طریق انتقال احتمال تجمعی توزیع بهینه بارندگی به توزیع احتمال تجمعی نرمال استاندارد، مقادیر SPI در مقیاس های زمانی 3، 6 و 12 ماهه محاسبه شد. سپس، در یک فرآیند چند مرحله ای (شناسایی، برآورد پارامتر و آزمون کفایت مدل) توسعه ی مدل ها بر روی مقادیر SPI مربوط به دوره ی 1973 تا 2000 صورت گرفت و از بین مدل های داوطلب، مناسب ترین مدل استوکاستیک برای هر یک از مقیاس های زمانی تعیین شد. به منظور صحت سنجی مدل های منتخب، پس از انجام پیش بینی های یک تا دوازده گام به جلو مقادیر SPI برای دوره ی 2001 تا 2007، به مقایسه ی مقادیر و طبقات مشاهده شده و پیش بینی شده ی SPI پرداخته شد. نتایج ارزیابی دقت مدل ها در پیش بینی مقادیر SPI در ایستگاه های منتخب نشان داد در پیش بینی یک گام به جلو، در مقیاس 3 ماهه، مدل استوکاستیک ایستگاه بوشهر (70/0=r و 66/0=RMSE) و در مقیاس 6 ماهه و 12 ماهه، مدل استوکاستیک ایستگاه همدان نوژه (مقیاس 6 ماهه: 84/0=r و 41/0=RMSE؛ مقیاس 12 ماهه: 93/0=r و 30/0=RMSE) دارای بیشترین دقت در مقایسه با مدل استوکاستیک سایر ایستگاه ها می باشد. همچنین با افزایش مقیاس زمانی، خطای پیش بینی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و با افزایش گام زمانی دقت پیش بینی کاهش می یابد. نتایج ارزیابی دقت مدل ها در پیش بینی طبقات SPI بر مبنای آماره ی کاپا (K) نشان داد حداکثر توافق طبقات مشاهده شده و پیش بینی شده ی یک گام به جلو در مورد SPI3، SPI6 و SPI12 به ترتیب مربوط به ایستگاه بوشهر (46/0=K)، ایستگاه گرگان (66/0=K) و ایستگاه زاهدان (81/0=K) می باشد. همچنین با افزایش مقیاس زمانی، میزان توافق طبقات مشاهده شده و پیش بینی شده افزایش می یابد و با افزایش گام زمانی میزان توافق طبقات مشاهده شده و پیش بینی شده کاهش می یابد.