بخشی از مقاله
مقدمه
بارش یکی از عوامل مهم تولید محصولات کشاورزی بویژه زراعتهای دیم در ایران میباشد. علاوه بر این شدت بارش نیز نقش مهمی در زه کشی اراضی کشاورزی و شهری، ایجاد فرسایش، کنترل سیلاب، منابع آب بویژه سدسازی، پل سازی و شهرسازی ایفا میکند. شناخت پراکنش بارش از نظر زمانی و مکانی میتواند ما را در طراحی و مدیریت بهینه پروﮊههای مختلف کشاورزی، آبخیزداری و منابع آب یاری کند. اقلیم بارش در نقاط مختلف ایران و جهان کم و بیش مطالعه شده است
(٧،٣، ١١، ١٢، ١٩). بررسی این مطالعات نشان میدهد که متغیرهای بکار برده شده در این متون اگر چه همه از نوع هواشناسی (بویژه بارش) و جغرافیایی بوده است و لیکن نــوع و
مکاتبه کننده: یعقوب دینپژوه
تعداد متغیرهای مربوط به بارش در هر مطالعه، بیشتر با سلیقه محقق انتخاب شده است. مثلا گوتمن و همکاران (١٩٩٣) هفت متغیر و ذوالفقاری و ساری صراف(١٣٧٧) هشت متغیر را در این رابطه انتخاب و بررسی نموده اند. این دو مطالعه متغیرهای متفاوتی را نسبت به همدیگر مورد تجزیه و تحلیل قرار داده اند و تنها وجه مشترک این دو در بارش سالانه و ارتفاع ایستگاه بوده است. جهانبخش و ذوالفقاری(١٣٧٩) نیز بنا به تشخیص خود هفت متغیر از نوع دیگر را برای بررسی انتخاب کردهاند.
این مسئله موجب میشود که حدود بدست آمده در منطقهبندی انجام شده در نهایت با تغییر نوع و یا تعداد متغیرها، حتی با اعمال یک نوع روش تجزیه دادهها مانند تجزیه خوشهای، به هم بخورد. در ایران جهانبخــش و ذوالفقـــاری (١٣٧٩) حداکثــر
1 . Precipitation climate 2 . Regionalization 3 . Homogeneity 4 . Growth Curve
٨١٠ مجله علوم کشاورزی ایران، جلد ٣٤، شماره ٤، سال ١٣٨٢
بارشهای روزانه را در محدوده شمال غرب تا جنوب غرب کشور، ذوالفقاری و ساری صراف (١٣٧٧) بارشهای ماهـانــه و فصلی شمال غرب ایران و غیور و مسعودیان (١٣٧٧) میزان یکنواختی بارش را در سطح کشور مطالعه نمودهاند. در یک مطالعه با ارزش، علیجانی (١٣٧٤) سطح کشور ما را با توجه به ویژگیهای مهم بارش و با استفاده از روش سینوپتیک، به شش ناحیه بارشی تقسیم نموده است. اگرچه او نام متغیرهای مورد استفاده را ذکر نکرده است، ولی اذغان نموده است که عامل توپوگرافی را دخالت نداده است. در تازهترین مطالعه جهانبخش و ذوالفقاری (١٣٨١) نسبت به پهنه بندی بارشهای روزانه ٢٢ ایستگاه سینوپتیک در غرب ایران در ٨ ماه مرطوب سال (اکتبر تا مه) اقدام کردهاند. آنها یک دوره آماری ٢٠ ساله
(١٩٩٠-١٩٧١) را برای این منظور انتخاب نمودند. ایشان با روش تجزیه به عاملها غرب ایران را به پنج ناحیه متمایز تفکیک کردند. جهانبخش و ذوالفقاری نشان دادند که الگوهای مراکز کم ارتفاع ، فرودهای موج کوتاه جوی و محورهای آنها، مراکز کم فشار زمینی، جبههها و زبانههای کم فشار در هر پهنه بارشی ایران، تفاوتهای معنیداری را با همدیگر نشان میدهند
(٢). در خارج نیز اهروندرفر (١٩٨٧) اقلیم بارش را در اتریش، ماهراس و کولیوا ماشرا (١٩٩٠) در بالکان، گوتمن (١٩٩٣) و
گوتمن و همکاران (١٩٩٣) در ایالات متحده، مالانتس و فین
(١٩٩٠) در حوضه آبریز ایجزر١ واقع در غرب بلژیک و شمال فرانسه، بازالیروا (١٩٩٥) در اوگاندا و رجنمورتل (١٩٩٥) در بوتسوانا بررسی نموده اند. در تازه ترین مطالعه اسمیترز و شولز
(٢٠٠١) روش جدیدی را برای تخمین رگبارهای کوتاه مدت در افریقای جنوبی با استفاده از گشتاورهای خطی٢ ارائه نمودهاند.
نکته قابل تامل در این مطالعات، انتخاب تعداد و نوع متغیرها، به منظور استفاده از آن در تعیین اقلیم بارش بوده است.
عدم وجود یک قاعده کلی در تعیین نوع و تعداد متغیرهای بکار رفته در این گونه تحقیقات انگیزهای برای این مطالعه بوده است. در این بررسی از روش پیشنهادی کرزانوفسکی(١٩٨٧)
موسوم به روش پروکراستس٣ برای انتخاب متغیرهای مهم
1. IJzer 2 . L-Moments 3. Procrustes
دخیل در تعیین اقلیم بارش ایران، استفاده شده است. با توجه به دانش ما بنظر می رسد، چنین مطالعهای تاکنون در ایران انجام نشده است. اهداف اصلی این تحقیق عبارتند از: ١- تعیین متغیرهای مهم در اقلیم بارش ایران با روش پروکراستس.
٢- تعیین اقلیم بارش ایران از روی متغیرهای منتخب و مقایسه آن با اقلیم بارش بدست آمده از روی همه متغیرهای کاندیدا.
٣- بررسی همگنی هر اقلیم با توجه به مقدار بارش سالانه آن و با روش گشتاورهای خطی ٤ – رسم منحنیهای رشد، برای متغیر بارشهای سالانه ایران و برای هر ناحیه.
مواد وروشها
دادههای ٥٧ متغیر جغرافیایی- اقلیمی در ٧٧ ایستگاه هواشناسی ایران (١٩٥١ تا ١٩٩٨) که مرتبط با بارش نیز بودهاند، جمعآوری شد. ایستگاههای منتخب حداقل٣٠ سال آمار کامل داشتهاند. در موارد مورد نیاز دادههای برخی ایستگاهها با ایجاد همبستگی خطی ساده، با ایستگاهی که بالاترین ضریب همبستگی را با دادههای ایستگاه مورد نظر داشت، تطویل شد. دادههای ناقص نیز با روش عکس مجذور مختصات (٤) بازساری شدند. در این پژوهش برای تمام ایستگاهها دوره آماری یکسان (١٩٩٨-١٩٥٦) در نظر گرفته شد. شکل ١ ناحیه مورد مطالعه را نشان میدهد. در جدول ١ نام و مشخصات ایستگاههای مورد مطالعه و در جدول ٢ نام و مشخصات ٥٧ متغیر بکار رفته در این مطالعه، نشان داده شده است. اگرچه در انتخاب متغیرهای کاندیدا، تاکید روی متغیرهای استفاده شده در مطالعات قبلی، انجام یافته در این زمینه، بوده است و لیکن برخی از متغیرهای دیگر نیز با وجود عدم استفاده در مطالعات پیشین، که در ارتباط با موضوع بوده و قابل دسترس نیز بودهاند، جمع آوری و مورد استفاده واقع شد.
در انتخاب متغیرهای اقلیمی-جغرافیایی همه متغیرها (به تعداد p و اینجا معادل ٥٧) دخیل در تعیین اقلیم بارش در نظر گرفته شد. این متغیرها در آغاز کار پژوهش، استاندارد شدند. سپس تجزیه به مولفههای اصلی٤ روی دادهها انجام شد. نظر به اینکــه
4 . Principal Component Analysis (PCA)
دینپژوه و همکاران: انتخاب متغیرها به منظور پهنهبندی اقلیم... ٨١١
جدول١- نام و مشخصات ایستگاههای هواشناسی مورد مطالعه.
ردیف نام ایستگاه دوره آماری طول جغرافیایی عرض جغرافیایی ارتفاع
(متر)
دقیقه درجه دقیقه درجه
١ اهواز ١٩٩٨-١٩٥٧ ٤٠ ٤٨ ٢٠ ٣١ ٥/٢٢
٢ بندر انزلی ١٩٩٨-١٩٥١ ٢٨ ٤٩ ٢٨ ٣٧ ٢٦-
٣ اردبیل ١٩٩٨-١٩٥١ ١٧ ٤٨ ١٥ ٣٨ ١٣١٤
٤ آستارا ١٩٩٨-١٩٥١ ٥٢ ٤٨ ٢٥ ٣٨ ١٨-
٥ بندر عباس ١٩٩٨-١٩٥٧ ٢٢ ٥٦ ١٣ ٢٧ ١٠
٦ بوشهر ١٩٩٨-١٩٥١ ٥٠ ٥٠ ٥٩ ٢٨ ٦/١٩
٧ اصفهان ١٩٩٨-١٩٥١ ٥٢ ٥١ ٤٠ ٣٢ ٧/١٦٠٠
٨ کرمان ١٩٩٨-١٩٥١ ٥٨ ٥٦ ١٥ ٣٠ ١٧٥٤
٩ کرج ١٩٩٨-١٩٥١ ٥٤ ٥٠ ٥٥ ٣٥ ٥/١٣١٢
١٠ قزوین ١٩٩٨-١٩٥٩ ٠ ٥٠ ١٥ ٣٦ ٣/١٢٧٨
١١ گرگان ١٩٩٨-١٩٥٣ ١٦ ٥٤ ٥١ ٣٦ ٣/١٣
١٢ همدان ١٩٩٨-١٩٥١ ٣٢ ٤٨ ٥١ ٣٤ ١٧٤٩
١٣ ایلام ١٩٩٨-١٩٥١ ٢٥ ٤٦ ٣٨ ٣٣ ٤/١٣٦٣
١٤ کرمانشاه ١٩٩٨-١٩٥١ ٧ ٧ ١٩ ٣٤ ١٣٢٢
١٥ خرم آباد ١٩٩٨-١٩٥١ ٢٢ ٤٨ ٢٩ ٣٣ ١١٢٥
١٦ مراغه ١٩٩٨-١٩٥١ ١٦ ٤٦ ٢٤ ٣٧ ١٤٧٦
١٧ مشهد ١٩٩٨-١٩٥١ ٣٨ ٥٩ ١٦ ٣٦ ٩٩٠
١٨ اورمیه ١٩٩٨-١٩٥١ ٥ ٤٥ ٣٢ ٣٧ ٥/١٣١٢
١٩ رشت ١٩٩٨-١٩٥٦ ٣٦ ٤٩ ١٥ ٣٧ ٩/٦-
٢٠ شهرکرد ١٩٩٨-١٩٥٥ ٥١ ٥٠ ٢٠ ٣٢ ٤/٢٠٦١
٢١ شیراز ١٩٩٨-١٩٥١ ٣٦ ٥٢ ٣٣ ٢٩ ١٤٨٨
٢٢ تهران ١٩٩٨-١٩٥١ ١٩ ٥١ ٤١ ٣٥ ١١٩٠
٢٣ یزد ١٩٩٨-١٩٥٢ ٢٤ ٥٤ ٢٤ ٣١ ٢/١٢٣٠
٢٤ زاهدان ١٩٩٨-١٩٥١ ٥٣ ٦٠ ٢٨ ٢٩ ٩/١٣٦٩
٢٥ آبادان ١٩٩٨-١٩٥١ ١٥ ٤٨ ٢٢ ٣٠ ٦/٦
٢٦ آباده ١٩٩٨-١٩٥٨ ٤٠ ٥٢ ١٠ ٣١ ٢٠٣٠
٢٧ اراک ١٩٩٨-١٩٥٥ ٤٦ ٤٩ ٦ ٣٤ ١٧٠٨
٢٨ بابلسر ١٩٩٨-١٩٥١ ٣٩ ٥٢ ٤٣ ٣٦ ٢١-
٢٩ بم ١٩٩٨-١٩٥٦ ٢١ ٥٨ ٦ ٢٩ ٩/١٠٦٦
٣٠ بیرجند ١٩٩٨-١٩٥٥ ١٢ ٥٩ ٥٢ ٣٢ ١٤٩١
٣١ بجنورد ١٩٩٨-١٩٥١ ١٩ ٥٧ ٢٨ ٣٧ ١٠٩١
٣٢ جلفا ١٩٩٨-١٩٥٣ ٤٠ ٤٥ ٤٥ ٣٨ ٣/٧٣٦
٣٣ گناباد ١٩٩٨-١٩٥٧ ٤١ ٥٨ ٢١ ٣٤ ١٠٥٦
٣٤ خوروبیابانک ١٩٩٨-١٩٥٨ ٢ ٥٥ ٤٧ ٣٣ ٨٤٥
٣٥ مهاباد ١٩٩٨-١٩٥٦ ٤٣ ٤٥ ٤٦ ٣٦ ١٥٠٠
٣٦ ماکو ١٩٩٨-١٩٥٩ ٢٦ ٤٤ ٢٠ ٣٩ ١٤٧٠
٣٧ رامسر ١٩٩٨-١٩٥٦ ٤٠ ٥٠ ٥٤ ٣٦ ٢٠-
٣٨ سبزوار ١٩٩٨-١٩٥٤ ٤٣ ٥٧ ١٢ ٣٦ ٦/٩٧٧
٣٩ سنندج ١٩٩٨-١٩٦٠ ٠ ٤٧ ٢٠ ٣٥ ٤/١٣٧٣
٤٠ شاهرود ١٩٩٨-١٩٥١ ٥٧ ٥٤ ٢٥ ٣٦ ٣/١٣٤٥
٤١ تبریز ١٩٩٨-١٩٥١ ١٧ ٤٦ ٥ ٣٨ ١٣٦١
٤٢ تربت حیدریه ١٩٩٨-١٩٥٩ ١٣ ٥٩ ١٦ ٣٥ ٨/١٤٥٠
٤٣ سقز ١٩٩٨-١٩٦٠ ١٦ ٤٦ ١٤ ٣٦ ٨/١٥٢٢
٤٤ دزفول ١٩٩٨-١٩٦١ ٢٣ ٤٨ ٢٤ ٣٢ ١٤٣
٤٥ طبس ١٩٩٨-١٩٦٠ ٥٥ ٥٦ ٣٦ ٣٣ ٧١١
٤٦ ایرانشهر ١٩٩٨-١٩٦٣ ٤٢ ٦٠ ١٢ ٢٧ ١/٥٩١
٤٧ زابل ١٩٩٨-١٩٦٣ ٢٩ ٦١ ١٣ ٣١ ٢/٤٨٩
ادامه جدول ١
٤٨ چاه بهار ١٩٩٨-١٩٦٣ ٣٠ ٦٠ ١٤ ٢٥ ٨
٤٩ رودبار ١٩٩٨-١٩٥١ ٢٤ ٤٩ ٤٨ ٣٦ ٢٨٠
٥٠ نوشهر ١٩٩٨-١٩٦٠ ٣٢ ٥١ ٣٧ ٣٦ ٢٦-
٥١ لردگان ١٩٩٨-١٩٥٨ ٤٨ ٥٠ ٣١ ٣١ ١٧٠٠
٥٢ زنجان ١٩٩٨-١٩٥٥ ٢٧ ٤٨ ٤١ ٣٦ ١٦٦٣
٥٣ بندر لنگه ١٩٩٨-١٩٦٦ ٥٠ ٥٤ ٣٥ ٢٦ ٢/١٤
٥٤ کاشان ١٩٩٨-١٩٦٦ ٢٧ ٥١ ٥٩ ٣٣ ٣/٩٨٢
٥٥ پارس آباد ١٩٩٨-١٩٦٠ ٥٥ ٤٧ ٣٩ ٣٩ ٤/٤٥
٥٦ فسا ١٩٩٨-١٩٦٦ ٤٣ ٥٣ ٥٤ ٢٨ ٣/١٢٨٨
٥٧ سیرجان ١٩٩٨-١٩٦١ ٥٥ ٤١ ٢٩ ٢٨ ١٧٣٩
٥٨ بافت ١٩٩٨-١٩٦٠ ٣٥ ٥٦ ١٤ ٢٩ ٢٢٨٠
٥٩ سرخس ١٩٩٨-١٩٥٨ ١٠ ٦١ ٣٢ ٣٦ ٢٣٥
٦٠ خاش ١٩٩٨-١٩٥٢ ١٢ ٦١ ١٣ ٢٨ ١٣٩٤
٦١ بندر دیر ١٩٩٨-١٩٦٥ ٥٦ ٥١ ٥٠ ٢٧ ١٢
٦٢ نائین ١٩٩٨-١٩٥٦ ٥ ٥٣ ٥١ ٣٢ ١٥٤٩
٦٣ سمنان ١٩٩٨-١٩٦٣ ٣٣ ٥٣ ٣٣ ٣٥ ١١٧١
٦٤ سراب ١٩٩٨-١٩٦١ ٣٢ ٤٧ ٥٦ ٣٧ ١٦٨٢
٦٥ داراب ١٩٩٧-١٩٥٩ ٣٤ ٥٤ ٤٦ ٢٨ ١١٥٠
٦٦ گرمسار ١٩٩٨-١٩٥٨ ١٦ ٥٢ ١٢ ٣٥ ٨٢٥
٦٧ ساوه ١٩٩٨-١٩٦١ ٢٠ ٥٠ ٣ ٣٥ ١١٠٨
٦٨ بیجار ١٩٩٨-١٩٦٠ ٣٧ ٤٧ ٥٣ ٣٥ ١٩٠٠
٦٩ آغاجاری ١٩٩٨-١٩٥١ ٤٠ ٤٩ ٤٦ ٣٠ ٢٧
٧٠ اردستان ١٩٩٨-١٩٦٤ ٢٣ ٥٢ ٣٢ ٣٣ ١٢٥٢
٧١ فردوس ١٩٩٨-١٩٦٠ ١٠ ٥٨ ١ ٣٤ ١٢٥٠
٧٢ کاشمر ١٩٩٨-١٩٥٤ ٢٨ ٥٨ ٢٠ ٣٥ ١١١٠
٧٣ دامغان ١٩٩٨-١٩٥٧ ٢٢ ٥٤ ١٣ ٣٦ ١١٧٠
٧٤ تفرش ١٩٩٨-١٩٦٤ ٢ ٥٠ ٤١ ٣٤ ١٨٧٨
٧٥ مسجدسلیمان ١٩٩٨-١٩٥٢ ١٧ ٤٩ ٥٦ ٣١ ٣٦٣
٧٦ جاسک ١٩٩٨-١٩٦٨ ٤٦ ٥٧ ٣٨ ٢٥ ٨/٤
٧٧ آوج ١٩٩٨-١٩٦٥ ١٣ ٤٩ ٣٦ ٣٥ ١٩٨٥
شکل ١- ناحیه و موقعیت ایستگاههای هواشناسی مورد مطالعه
٨١٢ مجله علوم کشاورزی ایران، جلد ٣٤، شماره ٤، سال ١٣٨٢
جدول ٢- دادههای جمعآوری شده برای تعیین اقالیم بارش ایران
(١٩٩٨-١٩٥٦).
شرح متغیر(ها) واحد نام
متغیر(ها)
عرض جغرافیایی درجه ١X
طول جغرافیایی درجه ٢X
ارتفاع متر ٣X
میانگین دوره آماری برای مجموع بارش سالانه میلیمتر ٤X
میانگین دوره آماری برای متوسط سالانه رطوبت نسبی درصد ٥X
متوسط روزهای همراه با بارش (بیش از ١ میلیمتر در روز) در یک سال روز ٦X
میانگین حداکثر بارش ٢٤ ساعته در طول سال و در دوره آماری میلیمتر ٧X
متوسط درصد بارش زمستان (ﮊانویه تا مارس) نسبت به بارش سالانه درصد ٨X
متوسط درصد بارش بهار (آوریل تا ﮊوئن) نسبت به بارش سالانه درصد ٩X
متوسط درصد بارش تابستان (ﮊوئیه تا سپتامبر) نسبت به بارش سالانه درصد ١٠X
متوسط درصد بارش پاییز (اکتبر تا دسامبر) نسبت به بارش سالانه درصد ١١X
میانگین بارش در ماه خشک سال میلیمتر ١٢X
میانگین بارش در ماه خشک فصل زمستان میلیمتر ١٣X
میانگین بارش در ماه خشک فصل تابستان میلیمتر ١٤X
میانگین بارش در ماه مرطوب فصل تابستان میلیمتر ١٥X
میانگین بارش در ماه مرطوب فصل زمستان میلیمتر ١٦X
میانگین بارش در فصل زمستان میلیمتر ١٧X
میانگین بارش در هر یک از ماه های سال( ﮊانویه ،... و دسامبر) میلیمتر ٢٩-x١٨X
میانگین تعداد روزهای بارانی در هر یک از ماه های سال( ﮊانویه ،... و ٤١-x٣٠X
دسامبر) میلیمتر
میانگین حداکثر بارش ٢٤ ساعته در هر یک از ماه های سال (ﮊانویه ٥٣-x٤٢X
،...ودسامبر) میلیمتر
نسبت میانگین حداکثر بارش ٢٤ ساعته به میانگین مجموع بارش سالانه - ٥٤X
نسبت میانگین بارش برای دو ماه متوالی کم باران به میانگین بارش برای ٥٥X
دو ماه متوالی پر باران سال -
شماره ماه آغازین برای دوماه متوالی کم باران سال (ﮊانویه=١ و ... و ٥٦X
دسامبر=١٢) -
شماره ماه آغازین برای دوماه متوالی پر باران سال (ﮊانویه=١ و ... و ٥٧X
دسامبر=١٢) -
شرح کامل این روش، در متون مختلف ارائه شده است (٢١،١٧)
لذا جهت رعایت امر خلاصه نویسی، در اینجا از شرح آن خودداری میشود. تعداد مولفههای اصلی غالب (که در این مقاله با k نشان داده میشود.)، با در نظر گرفتن معیار، دارا بودن
مقدار ویژه١ بزرگتر از واحد، معادل شش تخمین زده شد. این شش مولفه اصلی و مستقل از هم، قسمت زیادی از اطلاعات دادهها را که معادل با ٦/٩٢ درصد واریانس کل دادهها بود، توجیه مینمود. گرچه میتوان به منظور گروهبندی ایستگاهها، با روش تجزیه خوشهای٢ ، مقادیر مولفههای اصلی٣ ایستگاهها را به عنوان متغیرهای ورودی در نظر گرفت و اقلیم بارش ایران را پهنهبندی کرد، لکن نباید فراموش کرد که برای محاسبه مقادیر مولفههای اصلی، باز هم مقادیر همه متغیرها لازم خواهد بود. زیرا این مقادیر ترکیب خطی حاصل ضرب مقدار متغیرها، در ضرایب آنها بوده که خود این ضرایب، از حل مسئله مقدار ویژه، برای ماتریس همبستگی دادههای استاندارد شده و یا ماتریس واریانس–کوواریانس دادههای اصلی بدست میآیند.
بنابراین، این سوال پیش میآید که کدام زیر مجموعه، از مجموعه مرجع متغیرها، بطور تقریبی سیمای کلی دادههای دنیای فیزیکی ما را در برداشته و افزون بر این تعداد عناصر این زیر مجموعه q) یا تعداد متغیرهای مهم، که در اینجا بنا به تشخیص، معادل ١٢ در نظر گرفته شده، لکن میتوان رقم دیگری را نیز با توجه به نظر شخص محقق در نظر گرفت.)
دارای دو شرط اصلی زیر نیز باشد: اولا تعداد عناصر آن نسبت به مجموعه مرجع خیلی کم باشد( (q<<p و ثانیا تعداد این عناصر برابر یا بیشتر از تعداد مولفههای اصلی انتخاب شده باشد(.(q≥ k
در روش پیشنهادی کرزانوفسکی (١٩٨٧) انتخاب متغیرها بر اساس معیاری موسوم به پروکراستس که با " ” M2 نمایش داده میشود، انجام میگیرد. برای درک بهتر مراحل تجزیه پروکراستس، شکل ٢ را در نظر میگیریم. ماتریس دادههای استاندارد شده X درنظر گرفته شد، ابعاد این ماتریس n × p
میباشد، که در آن p تعداد متغیرها (اینجا معادل ٥٧) و n
تعداد ایستگاهها (معادل ٧٧) میباشد. تعداد مولفههای اصلی غالب این ماتریس نیز، k معدل با ٦ در نظر گرفته شد و ماتریس
