بخشی از مقاله
چکیده:
در مقاله حاضر تأثیر تغییرات اقلیم در افزایش سطح آب دریا در امتداد خط ساحلی شهر نیویورک بررسی واز پارامترهای اقلیمی نظیر دما،فشار،گرادیان فشار سطح آب دریا به عنوان پیش بینی کننده از دو روشMRMR و اطلاعات متقابل استفاده شده است.
همچنین دو مدل پیش بینی رگرسیونی و شبکه عصبی مصنوعی - FFNN - برای بررسی ارتباط بین متغیرهای اقلیمی و تغییرات سطح دریا از نتایج شبیهسازی متغیرهای اقلیمی تحت سه سناریوی B1، A1Bو A2 توسط مدل GCM برای 100 سال آینده استفاده نموده، سپس با تحلیل فرکانس روی بیشترین سطح آب دریا و بارش شبیه سازی شده اقدام به تهیه نقشه آب گرفتگی در شرایط موجود با استفاده از دو مدل - - WMSو - - GSSHA شد، نتایج با نقشه های - FEMA - مقایسه گردید.
نتایج نشان می دهد که طی سالهای آتی شیب افزایش سطح آب دریا تندتر و در سناریوی A2 در مقایسه با سناریوهایB1 و A1B مقادیر افزایش سطح آب دریا بیشتر پیش بینی می شود. اهمیت بررسی منطقه، تعیین خسارت و ریسک در مدیریت سیلاب، همچنین افزایش سطح آب در منطقه منهتن به حداکثر مقدار 95 سانتیمتر می رسد که با مطالعات انجام شده توسط پنل تغییر اقلیم نیویورک مطابقت دارد.
-1مقدمه:
تغییر اقلیم معمولاً به طور غیر مستقیم سیلابهای نواحی شهری - به دلیل تغییر کاربری اراضی و پوشش گیاهی و همچنین وضعیت کانال های موجود طراحی شده بر اساس داده های گذشته - را تشدید میکند. به علت گرم شدن جهانی بسیاری از سیستمهای چرخه عمومی آب در معرض تغییر و تشدید هستند، در نتیجه در بسیاری از مناطق شدت و تناوب وقوع سیلاب افزایش یافته است
- IPCC,2007 - از مدل فیزیکی توزیعی GSSHA برای ارزیابی پاسخ یک حوضه کوچک شهری به یک بارش خیلی شدید استفاده نمودهاند. با لحاظ کردن سطوح مختلف برای فیزیوگرافی حوضه و نیز تغییر اندازه شبکههای شبیهسازی، نتایج مدل با مقادیر مشاهداتی مقایسه شدهاند. هرکدام از این پارامترها در نتایج مدل تاثیر گذاشته و منجر به تخمین مقادیر بیشتر و یا کمتر از مشاهداتی شده است.
- Liang,et al,2008 - از یک مدل یک بعدی بر پایه سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - برای شبیهسازی سیل شهر Niems در فرانسه استفاده کردند. نتایج این مدل با نتایج یک مدل دو بعدی هیدرودینامیکی که بر پایه معادلات آبهای کم عمق میباشد مقایسه شده است. مقایسه نشان میدهد که نتایجتقریباً در تمام موارد مشابه است .
آثار تغییر اقلیم را روی سیلابهای شهری با در نظر گرفتن سناریوهای مختلف اقلیمی مورد ارزیابی قرار دادند. آنها خروجیهای GCM را کوچک مقیاس نموده و سپس به منظور بررسی تغییرات در رژیمهای سیلاب منطقه مورد استفاده قرار دادند.
مقادیر متفاوتی از تغییرات سطح دریا را در طول دریای مدیترانه و اقیانوس اطلس و در بازه زمانی 1880 تا 1980 میلادی ارائه داد. براین اساس برای دریای بالتیک سطح آب دریا در حدود 3/2 میلیمتر در سال کاهش یافته، برای سمت اروپایی اقیانوس اطلس سطح دریا در حدود 0/8 میلیمتر در سال، برای دریای مدیترانه در حدود 1/5 میلیمتر در سال، در شمال مدار 40 درجه شمالی و برای سمت آمریکایی اقیانوس اطلس سطح آب در حدود 2/3 میلیمتر در سال ، سواحل خلیج مکزیک در حدود 2/8 میلیمتر در سال و برای جنوب مدار 40 درجه شمالی در سمت آمریکای اقیانوس اطلس تا فلوریدا سطح آب در حدود 3/0 میلیمتر در سال افزایش یافته است .
در مقاله ای به بررسی میزان افزایش سطح آب در سواحل فلوریدا پرداخته است. او با بررسی مطالعات گذشته و با استفاده از یک مدل عددی به این نتیجه رسیده است که بسیاری از پیش بینی هایی که در گذشته صورت گرفته است بطور نسبی در حال افزایش بوده و لزوم بازنگری در مطالعات وجود دارد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل نشان داد بالا آمدن سطح آب دریاها برای فلوریدا طی سالهای آینده و تا سال 2080 شتاب سریعتری خواهد گرفت.
- Koetse & Rietveld,2009 - در مقاله ای به بررسی اثرات تغییر آب و هوا در بخش حمل و نقل پرداختند. آنها با بررسی شواهد و مطالعات صورت گرفته در ارتباط با پپیش بینی هایی در رابطه با تغییرات سطح دریا به این نتیجه رسیدند افزایش سطح دریاها موجب خطرات بسیاری برای راه هایی خواهند شد که در مجاورت دریا قرار دارند و طوفان های ساحلی خواهند توانست این مسیرها را تحت تاثیر قرار دهند .
-2موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه:
مَنهَتَن - Manhattan - از جمله قدیمیترین بخشهای پنجگانه شهر نیویورک است که به صورت شبه جزیرهای در شهر نیویورک قرار دارد و مهمترین مراکز تجاری و اقتصادی ایالات متحده امریکارا در خود جای دادهاست. از شمال به رودخانه هارلم ، از غرب به رودخانه هادسون، از شرق به رودخانه شرقی و از جنوب به خلیج نیویورک محدود شده است و طول خط ساحلی آن 52 کیلومتر بوده و از نظر اقلیمی بین اقلیم نیمه گرمسیری مرطوب و اقلیم قاره ای مرطوب قرار گرفته است. الگوی بلند مدت اقلیمی این منطقه تحت تاثیر نوسانات گرمایش 70 ساله و چرخه خنک کننده اقیانوس اطلس باعث شده فراوانی و شدت طوفان و طوفان های ساحلی افزایش یابند. در - شکل - 1 موقعیت سواحل ایالت نیویورک - منطقه منهتن - ارائه شده است. حوزه ساحلی منهتن در محدوده مختصات جغرافیایی 40° 42 تا 40° 52طول شمالی و َ73° 57تا 74° 01 عرض غربی قرار دارد.
شکل-1شمای کلی از محدوده مورد مطالعه
-3مواد و روش ها:
با استفاده از روش حداکثر همبستگیٌ - MRMR - بهترین ترکیب سیگنال های موثر در برآورد بیشترین بالا آمدگی سطح آب دریا از هر دو روش استخراج شد که روش MRMR جهت انتخاب مناسب ترین داده های اقلیمی که حداکثر همبستگی و حداقل افزونگی با تغییرات سطح آب را داشت مورد استفاده قرار گرفت و سپس با ارزیابی خطا بهترین پیش بینی کننده ها به عنوان ورودی مدل پیش بینی انتخاب شد و با مقایسه نتایج دو مدل پیش بینی شبکه عصبی پیش خور - FFNN - و مدل پیش بینی رگرسیونی ، مدل پیش بینی برتر را انتخاب شد
در ادامه به دریافت سیگنالهای موثر تحت سه سناریو احتمالی تغییر اقلیم برای داده های اقلیمی جهت پیش بینی بیشترین بالا آمدگی سطح آب دریا تا سال 2100 پرداخته شد. با توجه به اینکه ازمدل شبکه عصبی برای توسعه رابطه بین متغیرهای شبیه سازی شده توسط مدل GCM و سطح آب دریا در محل استفاده میشود عملا ابزار ریزمقیاس کردن مدل شبکه عصبی است. همچنین به تئوری روندیابی سیلاب ساحلی با استفاده از مدلGSSHA و در نهایت تحلیل خسارات جانی و مالی دراثر افزایش تراز آب دریا در سواحل منهتن پرداخته شده است.
-1-3شرح روش الگوریتم حداقل افزونگی و حداکثر همبستگی : - MRMR -
با استفاده از این روش نه تنها زمان و تلاش های محاسباتی مورد نیاز به میزان قابل توجهی کاهش خواهند یافت بلکه احتمال خطا و ناپایداری مدلها که در اثر زیاد بودن پارامترها رخ میدهد نیز کاهش مییابد. از آنجا که تعداد متغیرها و عواملی که در وقوع تغییرات سطح دریا موثرند میتواند زیاد باشد و انتخاب متغیرهای مناسب در پیشبینی قابل اعتماد تغییرات سطح آب دریا بسیار موثر است، در میان روشهای متفاوتی که به منظور انتخاب پیشبینی کنندهها وجود دارد، روش MRMR در نظر گرفته خواهد شد. در این روش سعی بر انتخاب متغیرهایی است که منجر به برآورد بهینه پیشبینی شونده مورد نظر شوند. اگر S یک مجموعه از پیشبینی کنندهها و S نشان دهنده تعداد اعضای این مجموعه باشد، شرط حداقل افزونگی توسط رابطه - - 1 تعریف میشود
که در آن I - i,j - نشان دهنده همبستگی و میزان اشتراک دوعضو i و j از مجموعه S میباشد. در صورتیکه مجموعه متغیرهای پیشبینی شونده - هدف - با h نشان داده شود، شرط حداکثر همبستگی مطابق رابطه - - 2میباشد.
که در آن I - h,i - ، همبستگی و اشتراک میان هر عضو از مجموعه S - پیشبینی کنندهها - با مجموعه هدف - پیشبینی شونده - را نشان میدهد.با بهینهسازی دو رابطه اخیر، اصل MRMR تامین میگردد. بهینهسازی هر دو رابطه، نیاز به ترکیب آنها جهت دستیابی به یک رابطه واحد دارد. بدینمنظور دو ترکیب ساده زیر بهعنوان معیارهایی که بایستی جهت بهینه سازی روابط بالا تامین شوند، تعریف میگردند.
