ترکیب روش های درون یابی و محصولات بارش ماهواره ای TRMM به منظور افزایش دقت نقشه های همبارش در استان مازندران

سابقه و هدف:

 تخمین مکانی و تشخیص پاراکندگی بارش، عمدتا توسط روش های زمین آمار و تصاویر ماهواره ای انجام می شود. امروزه اقبال زیادی از محصولات بارش ماهواره ای در تهیه نقشه های همبارش شده است. این محصولات با استفاده از تصاویر ماهواره ای به تخمین بارش در نقاط فاقد داده می پردازد و معمولا با خطای زیادی همراه بوده و نیاز به واسنجی دارند. روش های درون یابی نیز با استفاده از داده های واقعی ثبت شده به تخمین بارش می پردازند. بنظر می رسد ترکیب روش های درون یابی و تصاویر ماهواره ای می تواند در افزایش دقت نقشه های همبارش بخصوص در مناطق با توپوگرافی پیچیده مانند استان مازندران موثر باشد.

در این پژوهش در راستای ارزیابی روش های مختلف تخمین بارش استان مازندران و ترکیب تصاویر ماهواره ای با روش های درونیابی از داده های 21 ایستگاه سینوپتیک و باران سنجی و از 24 تصویر ماهانه و 2 تصویر سالانه ماهواره ی TRMM در سال های 2012 و 2015 استفاده شد، که تفکیک مکانی این ماهواره 25/0*25/0 درجه می باشد. روش های درون یابی مورد بررسی شامل کریجینگ، وزنی عکس فاصله بوده و همچنین دقت محصولات بارش ماهواره TRMM نیز بررسی شد. به علاوه برای افزایش دقت نقشه های همبارش از رابطه رگرسیون خطی چندگانه برای ترکیب تصاویر ماهواره ای با متغیرهای کمکی طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع استفاده شد. ارزیابی روش ها با استفاده از شاخص های میانگین مربعات خطا و میانگین خطای اریب و تحلیل رگرسیونی صورت گرفت. همچنین نقشه های هم بارش سالانه استان نیز برای دو سال 2012 و 2015 ترسیم و تحلیل شد.

در این پژوهش 5 مدل تیوری نیم تغییرنما بر داده ها برازش داده شد که مدل های نمایی و کروی به عنوان مناسب ترین مدل نیم تغییرنما انتخاب شدند. همچنین ضریب تعیین مدل نیم تغییرنمای منتخب و نسبت تغییرات ساختار دار به تغییرات کل وضعیت نسبتا مناسب ساختار مکانی داده های بارش را نشان داد و دامنه تاثیر داده های بارش در حدود 80 کیلومتر بدست آمد. ضرایب همبستگی پارامترهای کمکی و بارش در اکثر ماه ها نتایج قابل قبولی ارایه داد و تقریبا در بیش از 50 درصد ماه های مورد بررسی معنادار بود که در نتیجه ضرایب تعیین معادله رگرسیونی گرادیان چهار بعدی نیز مقادیر راضی کننده را نشان داد بطوریکه متغیرهای کمکی مورد استفاده بین 10 تا بیش از 70 درصد از تغییرات بارش را توجیه نمودند. بررسی شاخص ارزیابی خطا نشان داد که روش های درون یابی و داده های شبکه ماهواره ای TRMM تخمین مناسبی از بارش استان نداشته و استفاده از متغییرهای کمکی در روش گرادیان خطی چهار بعدی توانسته باعث کاهش خطای تخمین گردد به طوری که خطای تخمین بارش را 20 تا 40 درصد کاهش داد. بررسی شاخص اریبی نشان داد که داده های شبکه بارش TRMM برخلاف همبستگی خوب با داده های مشاهده ای تا حدود 5 برابر بیشتر از سایر روش های درونیابی دارای خطای کم برآوردی است اما ترکیب داده های شبکه TRMM با سایر متغیرهای کمکی در روش گرادیان 4 بعدی خطای اریبی را به صفر رساند. تحلیل رگرسیونی روش های مختلف درونیابی نیز حاکی از برتری چشمگیر روش گرادیان 4 بعدی بود که شیب خط روش گرادیان 4 بعدی بیش از 3 برابر روش های زمین آماری بوده که نشان دهنده درک دقیقتر روش گرادیانی در تشخیص حلقه های کم بارش و پربارش منطقه است.

نتایج بدست آمده حاکی از برتری روش گرادیان 4 بعدی در تخمین مکانی بارش در استان مازندران بوده و نقش متغیرهای کمکی در افزایش دقت نقشه های همبارش را نشان داد به طوری که استفاده از روش منتخب سبب کاهش 30 درصدی خطای تخمین روش های زمین آماری و کاهش 40 درصدی خطای شبکه TRMM شد. نتایج این پژوهش نشان داد که ترکیب محصولات بارش ماهواره ای با روش های درون یابی منجر به تخمین دقیقتر بارش ارتفاعات و نقاط فاقد داده ثبت شده بارش خواهد شد.