بخشی از مقاله
چکیده
نوسانات اقلیمی در یک منطقه اثرات شدیدي بر منابع آب و خاك میگذارد. بنابراین پیش بینی دورههاي خشک و مرطوب در برنامه ریزيهاي محیطی از اهمیت بسیار برخوردار است. در این پژوهش از مدل زنچیره مارکف براي پیش بینی احتمال دورههاي خشک و مرطوب ایستگاه کرمانشاه استفاده شد. مدل زنجیره مارکف حالت خاص از مدلهایی است که حالت خطی یک سیستم به حالتهاي قبلی آن بستگی دارد. پس از تهیه دادههاي شهر کرمانشاه، دادهها با مدل مورد ارزیابی مطابقت شد و رابطه روزهاي متوالی - یک روزه تا چهار روزه - مورد آزمون قرار گرفت. نتایج نشان داد نسبت دورههاي خشک بسیار زیاد است و دورههاي خشک و مرطوب کوتاه مدت بیشتر از دورههاي خشک و مرطوب بلند مدت است.
١ - مقدمه
عدم کفایت بارش براي رشد حیات در منطقه خشک از ویژگیهاي دائمی آب و هواي منطقه خشک میباشد، اما کاهش غیر منتظره بارش یا بارشهاي کمتر از میانگین دراز مدت در مدت معین در منطقهاي که کاملا خشک نیست، خطرهاي زیادي به وجود میآورد که از این پدیده تعبیر به خشکسالی میشود. وجود نوسانات شدید در ریزهاي جوي یکی از مشکلات عمده بارش کشور میباشد.
در تحقیقاتی از زنجیره مارکف در مسائل مربوز به اقلیم شناسی و هواشناسی میتوان به تحقیقات سري کانتان - 2005 - 1،لیانو و پینالبا - 2006 - 2 را اشاره کرد اما در ایران نیز تحقیقاتی در مناطق مختلف صورت گرفته که از جمله مشکانی - 1362 - احتمال تکرار روزهاي خشک و تر بابلسر را از طریق زنجیره مارکف در فصل بارش از مهر تا شهریور طی دوره 10 ساله 50 - تا - 59 با آستانه خشکی و تري 0/1 میلیمتر در روز را مورد بررسی قرار داده است.
حقیقت جو و شاه محمدي - 1380 - با بهره گیري از مدل زنجیره مارکف مرتبه اول، دبی جریان رودخانه هیرمند را پیش بینی و نتیجه گرفتند که احتمال وقوع خشکسالی در منطقه، در دراز مدت بیشتر از حالتهاي نرمال و تر میباشد. طاوسی و همکاران - 1389 - با استفاده از زنجیره مارکف، روند دورههاي خشک کوتاه مدت ایرانشهر در دوره آماري 1385-1359 را برررسی کردند و دریافتند که تکرار دورههاي خشکسالی در سالهاي اول دوره آماري کمتر و از نظم بیشتري برخوردار بوده است.
سلیقه و همکاران - - 1390 به تحلیل فضایی بارش فصول مرطوب سال در استان اردبیل با استفاده از مدل زنجیره مارکف پرداختند و به این نتیجه رسیدند که نسبت دورههاي خشک به کل دوره مورد مطالعه بسیار زیاد و دورههاي خشک و مرطوب کوتاه مدت بیشتر از دورههاي خشک و مرطوب بلند مدت اتفاق میافتد.
- 2 موقعیت منطقه مورد مطالعه
ایستگاه سینوپتیک کرمانشاه با ارتفاع 1318/6 متري از سطح دریاي آزاد قرار دارد. موقعیت جغرافیایی آن 47 درجه و 9 دقیقه طول شرقی و 34 درجه و 21 دقیقه عرض جغرافیایی شمالی است.
- 3 دادهها و روش تحقیق
مدل زنجیره مارکف مدلی که ساختار آن بیانگر حالات و احتمالات انتقال بارش از یک حالت به حالت دیگر - از خشک به مرطوب - و همچنین بیانگر ویژگیها، فراوانی و احتمال وقوع بارش است. در زنجیره مارکف فرض را بر این میگیریم که اقلیم دو حالت بیشتر ندارد، خشک و مرطوب. مثلا در مورد بارش، دو حالت بیشتر ندارد. یا باران میبارد - 1 - و یا باران نمیبارد - 0 - ، حالت سومی وجود ندارد. منظور از مرتبه اول این است که اندازه عضو آینده از روي عضو فعلی پیش بینی میشود و به اعصاي گذشته نیازي ندارد - علیزاده، . - 1385 اولین شرط استفاده از مدل زنجیره مارکف این است که بدانیم دادههاي مورد مطالعه با زنجیره مارکف همخوانی دارد و یا ندارد، که آن از طریق رابطه زیر بررسی میشود.
در بررسی حاضر نیز از این مدل استفاده گردید و انطباق زنجیره مارکف مرتبه اول دو حالته با دادههاي مورد مطالعه با استفاده از آزمون کاي دو بررسی و تایید شد. در آزمون کاي دو فرض بر این است که یک روز خشک و یک روز مرطوب باشد. حال اگر داده بارش روزانه در این تحقیق بر این فرض نزدیک نباشد یعنی دورههاي خشک و مرطوب در یک جا تجمع یابند در این حالت با زنجیره مارکف همخوانی نخواهند داشت.
-1-3 پیش بینی دورههاي تر و خشک n روزه
یکی از قابلیتهاي مدل زنجیره مارکف این است که میتوان با استفاده از این مدل دورههاي خشک و تر n روزه را برآورد و یا پیش بینی کرد که دوره مرطوب n روزه از طریق فرمول زیربدستمیآید:
= Wm تعداددورههاي مرطوب و یا تر n روزه در یک دوره معین
= N تعداد کل روزههاي دوره آماري مورد بررسی
=m طول دوره خشک و یا مرطوب - 1 روزه، 2 روزه، 3 روزه..... -
= dm تعداد دورههاي خشک n روزه در یک دوره معین
-2-3 پیش بینی دورههاي تر و خشک n روزه
دوره بازگشت، وسعت متوسط بازگشت یک پدیده را نشان میدهد که عکس احتمال است - مهدوي، . - 1386 در این پژوهش از روي دوره بازگشت میتوان به طور متوسط مدت زمانی که طول میکشد تا یک دوره تر و یا خشک مثلا یک روزه دوباره اتفاق بیفتد را تعیین کرد. علیجانی، 1384 احتمال دورههاي n روزه تر و خشک از فرمولهاي زیر محاسبه کرده است.
در این فرمول = w دوره مرطوب، =D دوره خشک، =n طول دوره معین
به طور کلی اجزاي مدل زنجیره مارکف مثل حلقههاي یک زنجیر به هم متصل است، بدین صورت که هر مرحله وابسته به مرحله قبلی است و تا زمانی که مرحله قبلی محاسبه نشود نمیتوان مرحله بعدي را انجام داد. به عنوان مثال اگر درصد فراوانی حالتهاي انتقالی شرطی را نداشته باشیم نمیتوانیم احتمال انتقال شرطی را بدست آوریم. دادههاي روزانه بارش در سه فصل - زمستان، بهار و پاییز - به دو دسته متمایز روزهاي بارانی و روزهاي بارانی و روزهاي خشک تفکیک شده، جهت تعیین روز خشک و روز تر از آستانه تري یعنی - مقدار بارش کمتر از 0/1 میلیمتر را روز خشک و بیشتر از آن را روز مرطوب - در نظر گرفته شدسپس جدول فراوانی روزهاي خشک و تر 0 - و - 1 ترسیم شد و در مرحله بعدي ماتریس حالتهاي انتقال روزهاي متوالی دوتایی 01 - ، 11، 10، - 00 را تشکیل و سپس احتمال وقوع حالتهاي شرطی - P10، P01، P00، - P11 محاسبه شد. در نهایت پس از محاسبه درصد فراوانی روزهاي تر و خشک، بازگشت دورههاي تر n روزه پیش بینی شد.
- 4 نتایج یافتهها
درصد فراوانی روزهاي تر و خشک به تفکیک فصول در ایستگاه کرمانشاه در جدول 1 نمایش داده شده است. بدین ترتیب روزهاي با بارش صفر میلیمتر را به عنوان روز خشک و بیشتر از آن را به عنوان روز مرطوب در نطر گرفته شده است.
جدول 1 - درصد فراوانی روزهاي تر و خشک در ایستگاه مورد مطالعه
