بخشی از مقاله
چکیده
دماهای فرین از پدیدههای جوی است که آثار زیانباری را بر سلامت عمومی و محیط زیست انسان خواهد گذاشت. این پدیده جوی بصورت دورههای تناوبی در بسامدهای مختلف ظاهر میشود. هدف از این پژوهش تحلیل هارمونیک دماهای فرین سرد و خوشه بندی فازی آنها با توجه به مقادیر درصد واریانس و بیشینه رخداد هارمونیکها است. در این پژوهش آمار روزانه کمینه دمای 15 ایستگاه سینوپتیک مازندران با استفاده از توابع مثلثاتی در محیط اکسل تحلیل هارمونیک، و با استفاده برنامه نویسی و توابع ریاضی در محیط متلب خوشه بندی فازی انجام گرفت.
نتایج حاصل از تحلیل هارمونیک دمای فرین سرد و خوشه بندی فازی آن، حکایت از وجود سه خوشه از نظر دورههای تناوب درون سالانه است. در ایستگاههای خوشه اول - آلاشت، بلده، کیاسر، کجور، سیاه بیشه و رامسر - هارمونیک دوم با دوره تناوب شش ماهه و بیشینه رخداد ماههای آذر و خرداد نقش اصلی را در توضیح و تبیین واریانس دادهها دارد.
درایستگاههای خوشه دوم - پل سفید، گلوگاه، قائمشهر، بابلسر و نوشهر - به ترتیب هارمونیک اول و دوم نقش اصلی را در در توضیح وتبیین واریانس دادهها دارند. بیشینه رخداد هارمونیک اول با دوره تناوب سالانه ماه خرداد است. در ایستگاههای خوشه سوم - آمل، امیرآباد، ساری و فرودگاه - هارمونیک اول با دوره تناوب سالانه و بیشینه رخداد ماههای فروردین تا اردیبهشت نقش اصلی را در در توضیح وتبیین واریانس دادهها دارند.
-1 مقدمه
دما یکی ازعاملهای اصلی شکلگیری اقلیم است ونقشی اساسی در زندگی گیاهی وجانوری و فعالیت-های انسانی ایفا میکند. دمای فرین یکی از شاخصهای دمایی مورد بررسی درهواشناسی واقلیم شناسی است. هرگاه دما از حد معمول در زمان خودش بسیار بالاتر یا پایینتر رود دمای فرین نامیده میشود
رویدادهای آب و هوایی فرین از نظر فراوانی کمیاب و درجه شدت بالایی دارند. البته احتمال وقوع این رویدادها نیز به طور متوسط کمتر از 5 درصد تخمین زده شده است
از شایع ترین رویدادهای آب و هوایی حدی، میتوان به مواردی چون دماهای فرین، یخبندان، گردبادها، طوفانهای شدید گرد و غبار و شن و بارانهای سیل آسا اشاره کرد
تغییرات در تکرار و شدت رویدادهای فرین، آثار شدیدتری بر فعالیت های انسانی و محیط زیست آن نسبت به تغییرات در متوسط اقلیمی در کوتاه مدت خواهد گذاشت
فرینهای اقلیمی از جدی ترین چالش های جوامع بشری طی سده اخیر بودهاند به طوری کهبعضاً از آنها با عنوان چالشهای اجتماعی نیز یاد کرده و توسعه اقتصادی پایدار و شرایط حیاتی را به توانایی مدیریت مرتبط با فرین ها میدانند
تحلیل هارمونیک یا طیفی روش مناسبی برای بررسی داده های اقلیمی در بُعد بسامد است. کاربرد اصلی تحلیل طیفی، شناسایی تغییرات و حالت های تناوبی سری های زمانی پیچیده و ممکن ساختن پیش بینی میباشد. در این روش سری زمانی شامل تعاد زیادی مولفه های تناوبی است و تکنیکی قدرتمند در تجزیه سری زمانی به مجموعه ای از مولفه با واریانس کوچکتر است
سیگنال دما یک سیکنال گسسته در زمان است. از تبدیل های مهم ریاضی که سیکنال را از حوزه زمان به حوزه فرکنس انتقال می دهد تبدیل فوریه می باشد که با این تبدیل، طیف سیگنال در حوزه فرکانس بدست می آید.
از آنجائیکه داده های اقلیمی از عدم قطعیت برخوردارند. یکی از تکنیک های مهم در شناخت پدیده ها و پیش بینی آنها خوشه بندی فازی - - fcmٌ و منطق فازی است
خوشه بندی فازی نسخه توسعه داده شده خوشه بندی k-means است که در آن برای هر ورودی برای همه خوشه ها عضویت در نظر گرفته می شود. این ایده اولین بار توسط بزدک معرفی شد. عضویت الگوها در خوشه ها، اطلاعاتی بر اساس میزان مشابهت الگوی مربوط به یک خوشه نسبت به همه خوشه در نظر گرفته می شود
ازاین رو مطالعه رویدادهای فرین وتحلیل هارمونیک آن جهت خوشه بندی فازی، ضمن فهم الگوی زمانی مکانی آنها میتواند ما را در مدیریت، محافظت در قبال آنها و کاهش اثراتشان یاری دهد. بدین ترتیب بالا بردن استانداردهای امنیتی در طراحی زیرساختها، تجهیزات و ساختمانها با عمر مفید افزونتر، امکان پذیرخواهد بود. رشد سریع و روزافزون مراکز جمعیتی طی دهههای اخیر موجب افزایش آسیب پذیری این مراکز و فزونی ضرورت این گونه مدیریت شده است.
با توجه به اینکه در تحقیق پیش رو، تحلیل هارمونیک و خوشه بندی فازی بر اساس نتایج تحلیل هارمونیک انجام میگیرد، در ادامه مروری بر تحقیقات انجام شده در روشهای ذکر شده خواهیم داشت. - عساکره، - 1389 به بررسی چرخههای نهان در میانگین دمای شهر زنجان در یک دوره آماری 50 ساله پرداخت. - مشهدی زاده و عباسی، - 1393 دوره های تناوب دمای هوا و دامنه آنها را در 150 ایستگاه سینوپتیک مورد بررسی قرار دادند. - livda et al; 2008 - به بررسی توزیع زمانی و فضایی بارش پرداختند و با استفاده از تحلیل هارمونیک تغییرات درون سالانه بسامد بارش را مشخص کردند.
- رحیمی و همکاران، - 1390 با تاکید بر دما و با استفاده از تکنیک همسبتگی و قوانین استناج فازی استان چهارمحال بختیاری را پهنه بندی اقلیمی نمودند. - جهانبخش و همکاران، - 1393 با استفاده از خوشه بندی فازی توفان گرد و غبار ایران را مورد ارزیابی قرار دادند.
- تقوی و همکاران، - 1390 بر اساس تحلیل طیفی مقادیر حدی بارش و دما را خوشه بندی فازی نمودند. - Fatima et al; 2008 - از خوشه بندی فازی در شناسایی مناطق یخچالی در حال ذوب و تاثیر آن در بالا آمدن آب دریاها استفاده نمودند. هدف این مقاله در گام اول، شناسایی دماهای فرین سرد و تحلیل هارمونیک آن و در گام دوم خوشه بندی فازی جهت درک مناطق هم رفتار اقلیمی از نظر دورههای تناوب درون سالانه دمای فرین سرد و بیشینه رخداد در طول محور زمان است.
-1-1 فرضیه تحقیق به نظر می رسد دورههای تناوبٌ دمای فرین سرد ایستگاههای محدوده مورد مطالعه از الگوی یکسانی برخوردار نیست.
-2 منطقه مورد مطالعه استان مازندران در شمال ایران و جنوب دریای خزر با عرض جغرافیایی 35 درجه و 47 دقیقه تا 36 درجه و 35 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 50 درجه و 34 دقیقه تا 54 درجه و 10 دقیقه شرقی واقع شده است. از لحاظ طبیعی دارای تنوع ناهمواریها و به سه قسمت اصلی کوهستانی در جنوب، کوهپایه ای در بخش میانه و جلگهای در شمال تقسیم میشود.
از نظر اقلیمی دارای سه نوع آب و هوای معتدل خزری با رطوبت نسبی بالا و تعداد زیاد روزهای پوشیده از ابر، دمای معتدل، دامنه دمایی محدود، تابستانهای نسبتا گرم و مرطوب و زمستانهای معتدل و آب و هوای معتدل کوهستانی همراه با کاهش دما، میزان بارندگی سالیانه، رطوبت نسبی و افزایش دامنه دمایی و آب و هوای سرد کوهستانی با ریزش ها غالبا بصورت برف، میزان بارندگی و رطوبت نسبی کمتر و نوسان دما روزانه و فصلی آن زیاد تر است. این شرایط اقلیمی موجب ایجاد جوامع مختلف گیاهی، تیپ بندی خاک و توان اکولوژیک متنوع شده است
شکل -1 - موقعیت جغرافیایی استان مازندران در کشور
