بخشی از مقاله
چکیده
خوشهبندی یا تفکیک زمانی- مکانی به واحدهای مستقل براساس یک یا چندمتغیر مفروض اقلیمی، آبی، گیاهی و ... همواره در کانون توجه اقلیم شناسان، هیدرولوژیستها و ... بوده است. امروزه این کار با روشهای نوینآماری و با حداقلخطا بهکار میرود. تحلیل خوشهای یک روش چند متغیره آماری است که در زمینه کاهش دادهها و پیدا کردن گروههای واقعی استفاده میشود. ایران کشوری وسیع و با تنوع - اقلیمی زیاد است. هدف پژوهش حاضر خوشهبندی اقلیمی ایران براساس9 متغیرفراگیر: دما، بارش، ارتفاع ایستگاه، دامنهتغییرات دما، تبخیرسالانه، رطوبتنسبی، نمایههای اقلیمبندی دومارتن، ایوانف و تورنتوایت است. کلیه ایستگاههای همدید ایران 289 - عدد - برای این تحلیل - بهعلت دقت آماربرداری - انتخاب شد. غربال دادهها فقط 149 ایستگاه را مناسب تشخیص داد.
خوشهبندی بهروشهای مختلف انجام که روش افرازی میانهمحور برازش خوبی نشان داد . آزمونهای همگنی و همنوایی خوشهها با روش گشتاوری خطی انجام شد. نتیجه نهایی تفکیک ایران به سه خوشه سواحلی بهحجم 39، کوهستانی بهحجم 59 و بیابانی ونیمهبیابانی بهحجم 46 ایستگاه است. میتوان با تقریب مناسب تعلق یک ایستگاه جدید را بهخوشه مربوط تشخیص داد. مهمترین متغیرهای شناخت یک خوشه ارتفاع، ساحلی بودن، دما، نمایه ایوانف و رطوبت نسبی است. نمایش پهنهای این خوشهبندی روی نقشه ایران نشان داده شد.
مقدمه
ناحیهبندی یا تفکیک زمانی- مکانی به واحدهای نسبتا مستقل بر اساس یک یا چند معیار مفروض اقلیمشناسی و جغرافیایی همواره در کانون توجه اقلیم شناسان، هیدرولوژیستها و جغرافیدانان بوده است. امروزه اقلیمشناسان واقعیتهای موجود در پهنههای اقلیمی را با روشهای نوین آماری و با حداقل خطا بهکار میبرند . - Theodoridis and Koutroumbas, 2009:967 - تحلیل خوشهای یک روش چند متغیره آماری است که در زمینه کاهش دادهها و پیدا کردن گروههای واقعی استفاده میشود.
- Romesburg, 2004:169 - دستهبندی - خوشه بندی - براساس مشابهتها یا عدم مشابهتها انجام میشود - مسعودیان و عطایی،. - 12 :1384 خوشهبندی سعی میکند تا دادهها به خوشههایی تقسیم شوند که شباهت بین دادههای درون هر خوشه حداکثر و با دادههای خوشههای مختلف حداقل شود - . - Kaufman and Rousseuw, 2008:342 تحلیل خوشهای در شاخه-های مختلف علم مانند: طبقهبندی اقلیمی، دستهبندی حوزهها برای تحلیل منطقهای سیلابها، رواناب رودخانهها و فرسایش-پذیری کاربرد دارد . - Rao and Srinivas, 2008:236 - خوشهبندی به روشهای مختلفی مانند سلسله مراتبی، افرازی، پیوندی و... انجام میشود - Romesburg, 2004:169 - و . - Theodoridis and Koutroumbas, 2009:967 - همچنین باید همگنی وهمنوایی خوشهها بررسی شود .
پژوهشگران متغیرهای مختلفی را برای خوشهبندی استفاده کردهاند. این متغیرها بسته به هدف محقق، بعضا با هم متفاوتاند. یوردانور و همکاران کشور ترکیه را به هفت ناحیه اقلیمی با روش سلسله مراتبی پیوند تکی، کامل و متوسط و روش Ward - بدون بررسی همگنی و همنوایی - تفکیک نمودند. متغیرهای دمای سالانه - حداقل، متوسط و حداکثر - و بارش سالانه مربوط 113 ایستگاه در این تحقیق به کار رفته است . - Yurdanur et al, 2003:11 - تعداد اندکی از پژوهشها به بررسی و مقایسه چندین روش خوشهبندی پرداختهاند.
فهمی و همکاران ردهبندی اقلیمی کشور ترکیه - دوره آماری - 1950-2006 را با متغیر دمای ایستگاههای هواشناسی این کشور با دو روش خوشهبندی میانگین- محور و میانگین- محور فازی انجام و مقایسه کردند . - Fahmi et al, 2007:4 - جکسن و ویناند پهنهبندی بارش ایستگاههای مدیترانهای را با 34 متغیر اقلیمی و جغرافیایی با روش خوشهبندی ساده انجام دادند. سپس خوشه بندی را با سه روش Ward، پیوند متوسط و لنس- ویلیامز مقایسه و تطابق خوبی بین این چهار روش بهدست آوردند . - Jackson, and Weinand, 1995:10 -
اکبری و مسعودیان ایران را فقط با متغیر میانگین دمای ماهانه به هشت ناحیه دمایی - بدون بررسی همگنی و همنوایی - خوشهبندی - روش - Ward نمودند. آنها دمای 338 ایستگاه همدید و اقلیم شناسی را استفاده کردند. نواحی دمایی عبارتاند از : ناحیه گرم جنوب غربی، سرد دامنهای، سرد کوهپایهای، گرم کرانهای خلیج فارس، معتدل دشتسری، معتدل خزری، گرم دشتی و ناحیه سرد کوهستانی - اکبری و مسعودیان، . - 16 :1388 دین پژوه و همکاران بارندگی 77 ایستگاه همدید ایران را به 7 ناحیه با روش سلسله مراتبی خوشه بندی کردند.
آنها ابتدا 57 متغیر را در نظر گرفتند. تحلیل عاملی را به کار برده و فقط 12 متغیر را تاثیر گزار تشخیص دادند. آزمون همگنی گشتاورهای-خطی نشان داد که فقط شش ناحیه همگن است. آزمون ناهمنوایی در این تحقیق انجام نشده است. ناحیههای بهدست آمده به علت تعداد کم ایستگاهها کاربردی نیست. به طوریکه دو ناحیه دارای شش ایستگاه، دو ناحیه دارای هفت ایستگاه، و سه ناحیه بعدی به ترتیب 9، 18 و 24 ایستگاه را شامل میشود. استفاده از ناحیهای بزرگ با تعداد اندکی ایستگاه کم دقت است .
- Dinpashoh et al, 2004:15 - خامچینمقدم و رضایی پژند حداکثر بارش روزانه ایستگاههای بارانسنج ایران 130 - ایستگاه - را برای تحلیل رگبارها با روش خوشهبندی سلسلهمراتبی به 7 ناحیه همگن خوشهبندی کردند. آنها ابتدا 21 متغیر موثر در بارش را در نظر گرفتند. تحلیل مولفههای اصلی نشان داد که تنها 6 متغیر - ارتفاع ایستگاه، میانگین و انحراف معیار بارشهای سالانه و حداکثر 24 ساعته و نسبت میانگین بارش زمستانه به بهاره - نقش موثری دارند. متغیرها به دو مولفه اصلی تفکیک شدند. همگنی و همنوایی خوشهها با روش گشتاورهای خطی آزمون و تائید شد. - خامچینمقدم و رضایی پژند، . - 11 :1388
ایران کشوری وسیع و با تنوع اقلیمی زیاد است. خوشهبندی آن باید جامع، دقیق و با تعداد کافی ایستگاه و متغیر انجام شود. رعایت موارد زیر در خوشه بندی ضروری است. -1 متغیرهای آب و هواشناسی مورد استفاده باید در دسترس، غربال شده، طولانی مدت و فراگیر باشند. -2 تعداد ایستگاهها کافی باشد. -3 آزمونهای همگنی و همنوایی خوشهها انجام شود. -4 تعداد ایستگاههایی که در هر خوشه قرار میگیرند به حدی باشند که بتوان محدوده جغرافیایی خوشه را بهطور عملی مشخص کرد.
-5 خصوصیات خوشهها به گونهای باشد که بتوان تعلق یک ایستگاه جدید را به خوشه مربوط تشخیص داد. پژوهشهای انجام شده در ایران اغلب موارد فوق را رعایت نکردهاند. مثلا تعداد ایستگاهها یا متغیرها کم انتخاب شدهاند. غربال دادهها، آزمون همگنی و همنوایی در اغلب آنها انجام نشده است. برخی از متغیرها به سادگی در دسترس نیست. تعداد اعضای خوشههای به-دست آمده اغلب اندک است و عملا کاربرد ندارد. اغلب نمیتوان تعلق یک ایستگاه جدید را به سادگی به خوشهای نسبت داد.
هدف پژوهش حاضر خوشهبندی اقلیمی ایران براساس9 متغیر فراگیر هواشناسی و اقلیمی است. این متغیرها به گونهای انتخاب شدهاند که موارد فوق را رعایت کنند. متغیرهای انتخابی عبارتنداز: دما، بارش، ارتفاع ایستگاه، دامنهتغییرات دما، تبخیرسالانه، رطوبتنسبی، نمایههای اقلیم بندی دومارتن، ایوانف و تورنت وایت. نتیجه نهایی تفکیک ایران به سه خوشه سواحلی، کوهستانی و بیابانی و نیمه بیابانی است که میتوان با تقریب مناسب تعلق یک ایستگاه جدید را به خوشه مربوط تشخیص داد.
روش تحقیق
در محدوده فلات ایران واقع شده است و کشوری کوهستانی محسوب میشود. رشته کوههای البرز و زاگرس مهمترین تاثیر را در آب و هوایی ایران دارند. این دو به ترتیب از شمال غربی به شمال شرقی و از شمال غربی به جنوب شرقی کشیده شدهاند. قسمت مرکزی از ارتفاعات پستتر تشکیل شده که بارندگی کم، دامنه تغیرات دمای زیاد و ارتفاع متوسطی دارند. افزون براین، دو دریای بزرگ در شمال و جنوب، کشور ایران را دارای آن چنان تنوعی در اقلیم کردهاست که در کمتر کشوری دیده میشود - بختیاری،. - 1383 ایران هم اکنون دارای 289 ایستگاه همدید وتعداد بسیاری ایستگاه تبخیرسنجی و اقلیمشناسی است. آمار ایستگاههای همدید از دقت بالایی برخوردار است و بسیاری از آنها تازه تاسیساند. آمار 149 ایستگاه بیش از ده سال است که برای تحلیل پس از غربال انتخاب شدند.
متغیرهای خوشه بندی
خوشهبندی نیاز بهویژگیهای - متغیرهای - توصیف کننده دادهها دارد. این متغیرها باید فراگیر، دقیق، قابل دسترس و توصیف کننده خوب مناطق خوشهبندی باشند. متغیرهای منتخب برای انجام خوشهبندی عبارت اند از: : 1 میانگین و دامنه تغییرات دمای سالانه - سانتیگراد - . این دو عامل گشتاور مرتبه اول و دوم رفتار دمای سالانه را تقریب میکنند. : 2 مجموع بارش، رطوبتنسبی و تبخیر سالانه. این سه عامل به خوبی رفتار رطوبتی ایستگاههای یک منطقه را نشان میدهند. ارتفاع ایستگاه از سطح دریا، یک عامل توپوگرافی مهم مربوط به هر ایستگاه است که اثر مهمی در رفتار پدیدههای آب و هواشناسی دارد. نمایه-های اقلیمبندی دومارتن، ایوانف و تورنتوایت نیز میتواند به خوبی توصیف کننده رفتار اقلیمی، بیلان آب و تبخیر و تعرق یک ایستگاه یا ناحیه باشند.
روش های خوشه بندی
خوشهبندی دادهها را به خوشههایی تقسیم میکند که شباهت دادههای درون هرخوشه حداکثر و با دادههای خوشههای مختلف حداقل باشد . - Rao and Srinivas, 2008:236 - روشهای خوشهبندی متنوع است.
