تحلیل دو متغیره ریسک خشکسالی در غرب و شمال غرب ایران با استفاده از الگوریتم PSO و توابع مفصل

خشک سالی به عنوان یک وضعیت کمبود آب طولانی مدت، موضوعی چالش برانگیز در مدیریت منابع آب است. این پدیده یکی از بلایای طبیعی پرهزینه و کمتر شناخته شده است. پایش و پیش بینی خشک سالی ها، به ویژه تعیین دقیق زمان شروع و تداوم آن و همچنین تحلیل ریسک خشک سالی، اهمیت ویژه ای در مدیریت منابع آبی، تعیین الگوی کشت مناسب و برنامه ریزی جهت کاهش اثرات مخرب خشک سالی دارد. هدف از این پژوهش، تحلیل دومتغیره شدت و مدت خشک سالی های هواشناسی هشت ایستگاه واقع در غرب و شمال غرب ایران با استفاده از توابع مفصل، شاخص ریسک خشک سالی و الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) است. بدین منظور، برازش 10 تابع مختلف مفصل برای ایجاد توزیع توام متغیرهای شدت و مدت خشک سالی مورد آزمون قرار گرفت. همچنین ریسک خشک سالی بر اساس شاخص-های برگشت پذیری، آسیب پذیری، اعتمادپذیری و شاخص ریسک خشک سالی مورد ارزیابی قرار گرفت. بکار بردن توابع مفصل متعدد، محاسبه ریسک خشکسالی بر اساس شاخص های آن، بکار بردن الگوریتم PSO جهت تعیین ضرایب بهینه شاخص ها و استفاده از شاخص SPImod برای استخراج مشخصه های خشک سالی از اهم نوآوری های این تحقیق است، که برای اولین بار صورت گرفته است. در این تحقیق، از توابع مفصل به منظور ایجاد توزیع توام دومتغیره خشک سالی (شدت و مدت) در مناطق غرب و شمال غرب کشور استفاده شد. پس از محاسبه مقادیر شاخص بارش استاندارد شده اصلاحی (SPImod) در هر ایستگاه، متغیرهای شدت و مدت خشک سالی استخراج گردید. همچنین تابع مفصل برتر در هر ایستگاه پس از بررسی برازش 10 تابع مفصل مختلف بر اساس آماره های ارزیابی تعیین گردید. ریسک خشک سالی (DRI) بر اساس شاخص های برگشت پذیری، آسیب پذیری و اعتمادپذیری محاسبه شد. به منظور تعیین مقدار بهینه ریسک از الگوریتم PSO استفاده شد. در تحقیقات دیگری در سطح دنیا قبلا شاخص ریسک بر مبنای روش DRI و روش های دیگر ریسک محاسبه شده است، اما مبنای کار آنها الگوریتم PSO و شاخص SPImod نبوده است، همچنین در آن ها تعداد توابع مفصل کمتری بکار برده شده است. نتایج نشان داد در منطقه مورد مطالعه بین متغیرهای شدت و مدت خشک سالی هواشناسی همبستگی بالایی وجود دارد. سپس برازش چند خانواده از مفصل های دوبعدی به منظور ایجاد توزیع توام مدت و شدت خشک سالی مورد آزمون قرار گرفت و مناسب ترین تابع مفصل بر اساس آماره های میانگین مربعات خطا و حداکثر لگاریتم درستنمایی (Maximum log-likelihood) برای هر ایستگاه انتخاب شد. پس از ایجاد توابع توزیع توام مبتنی بر مفصل برتر در هر ایستگاه، برخی از خصوصیات احتمالاتی خشک سالی از قبیل احتمالات توام، دوره های بازگشت دومتغیره، احتمالات شرطی و دوره های بازگشت شرطی محاسبه شد. همچنین مقادیر دوره بازگشت کندال محاسبه و با تعریف استاندارد دوره بازگشت توام مقایسه شد. نتایج نشان داد که در یک سطح احتمال بحرانی معین، t، مقدار دوره بازگشت کندال بزرگ تر از دوره بازگشت استاندارد متناظر است و این تفاوت با افزایش مقدار t، افزایش می یابد. در ادامه جهت محاسبه مقدار ریسک خشک سالی، ابتدا مدت زمان خشک سالی برای هر ایستگاه با استفاده از شاخص SPImod استخراج گردید، سپس مقادیر شاخص های آسیب پذیری، اعتمادپذیری و برگشت پذیری محاسبه گردید و با استفاده از الگوریتم PSO مقادیر بهینه ضرایب w1، w2 و w3 برای ایستگاه های مورد مطالعه به ترتیب 08/0، 7/0 و 22/0 به دست آمد که به ازای ضرایب مذکور، شاخص ریسک هر ایستگاه کمینه می گردد. سپس مقدار بهینه شاخص ریسک خشکسالی که برای مقادیر وزن مذکور کمینه شده، برای هر ایستگاه محاسبه گردید. نتایج حاصل نشان داد که کمترین میزان ریسک مربوط به ایستگاه خرم آباد (برابر 565/0) و بیشترین آن مربوط به ایستگاه کرمانشاه (برابر با 617/)0 است.