بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش شناسایی رژیمهای بارش سرزمین عراق به عنوان یکی از سرزمینهای تأثیر گذار بر روی آب و هوای ایران است. به منظور این بررسی، از دادههای شبکهای پایگاه دادهی آفرودایت1 با تفکیک مکانی 0/25* 0/25 درجه طول و عرض جغرافیایی برای دورهی زمانی1951 تا 2007 استفاده شد.
برای شناسایی رژیمهای بارش این سرزمین ابتدا یک آرایهای با ابعاد 365×1640 تشکیل شد و مبنای تمام واکاویها در این پژوهش قرار گرفت. یک تحلیل خوشهای بر روی فواصل اقلیدسی این آرایه به روش ادغام وارد2 نشان داد که برحسب زمان دریافت بارش در عراق دو رژیم بارشی اصلی زمستانی و زمستانی- بهاری وجود دارد. همچنین رژیمهای زمستانی و زمستانی - بهاری هر یک تحت تأثیر شرایط محلی به چند رژیم فرعی تقسیم میشوند. آرایش مکانی این رژیمهای بارش نشان می-دهد که توزیع زمانی بارش در عراق با عرض جغرافیایی ارتباط دارد.
مقدمه
آب و هوا یک پدیده ی فرامنطقهای است. به همین علت، هیچ سرزمینی را نمیتوان یافت که از نظر آب و هوایی مستقل باشد، بلکه الگوهای آب و هوایی در یک سرزمین، میتواند سرزمینهای مجاور را نیز تحت تأثیر خود قرار دهد. بنابراین متخصصان آب و هواشناسی کشور گذشته از بررسی ویژگیهای آب هوایی ایران، لازم است به شرایط و ویژگیهای آب و هوایی کشورهای همسایه نیز توجه کنند.
در این پژوهش سعی شده است که به واکاوی رژیمهای بارشی سرزمین عراق که از جمله مناطق تأثیر گذار بر آب و هوای کشور ایران است و به ویژه در سالیان اخیر به علت مسئله آلودگی هوا و گرد و غبار برخاسته از این سرزمین، اهمیت آن برجسته شده است، پرداخته شود. در این پژوهش شناسایی رژیمهای بارش سرزمین عراق به روش تحلیل خوشهای3 مدنظر است.
آب و هواشناسان از تحلیل خوشهای برای شناسایی مناطق همگن اقلیمی در مقیاسهای مکانی متفاوت فراوان استفاده کردهاند. دومروس و همکاران[11] 4 ، با استفاده از دادههای بارندگی در 70 ایستگاه هواشناسی ایران به تحلیل مؤلفههای اصلی و خوشهای پرداختند و دریافتند که در ایران سه مولفه اصلی و پنج رژیم بارش وجود دارد.
هافمن و همکاران[12] 5 ، جهت تجزیه و تحلیل داده-های اقلیمی ایالات متحده از روش خوشه بندی آماری ناپایگانی بهره گرفتند و کیم و همکاران[13] 6 ، الگوهای بارشی موسمی تابستانه کره جنوبی را با استفاده از روش خوشهبندی چند میانگین مورد بررسی قرار دادهاند. همچنین رایزر و کوتیل[16] 7 ، به منظور تعیین فصل بارانی در منطقه مدیترانه، به جمعآوری دادههای بارش روزانه دوره 1931-2006 مبادرت ورزیده، پس از آرایش آرایهی دادهها با اعمال تحلیل عاملی و تحلیل خوشهای، ضمن دستهبندی روزهای بارشی، منطقه مورد مطالعه را به دو ناحیه حداقل تابستانی و حداکثر زمستانی تفکیک نمودند.
سیبرت و همکاران[15] 8 ، بر روی دادههای بارش طی سالهای 1970 تا 1993 با استفاده از روش تحلیل خوشهای هفت الگوی همدید و هفت ناحیه بارشی را در اتریش شناسایی کردند. در پژوهشی دیگر علیجانی و همکاران[8] 9 برای ارائه مدل اقلیمی برای ایران، متوسط ماهانه متغیرهای اقلیمی 117 ایستگاه همدید کشور را در یک تحلیل عاملی وارد و به شش عامل متعامد تبدیل و سپس به کمک تحلیل خوشهای ایستگاهها را به شش گروه تفکیک نمودند
- 3 تحلیل خوشهای یکی از روشهای آماری است که در زمینه کاهش حجم دادهها و پیدا کردن گروههای واقعی مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش دستهبندی کردن بر اساس مشابهتها یا عدم مشابهتها انجام میشود.
. آشابوکو و همکاران[9] 1 ، به مطالعه تغییرات رژیم بارش در روسیه پرداختند. آنها از دادههای 5 ایستگاه هواشناسی در دوره 1955-2004 استفاده کردند. نتایج نشان داد که توزیع نرمال بهترین توزیع آماری قابل برازش بر این دادهها است. همچنین افزایش قابل توجهی در شدت بارش زمستانه در ناحیه جلگهای دیده میشود. بِی و تری[10] 2 ، برای بررسی بارشهای زمستانهی فرانسه در قرن بیستم از پایگاه دادههای فشار تراز دریا3 برای تحلیل خوشهای بارش استفاده نمودند.
مطالعهی ایشان نشان میدهد که تغییرپذیری دینامیک یک نقش اساسی در تغییرات بارش شمال فرانسه دارد. لاکس و همکاران[14] 4 برای پیشبینی شروع فصل بارش در غرب آفریقا از دادههای بارش 1961-1999 استفاده نمودند. ایشان برای یافتن فراسنجهای قابل اطمینان از روشهای تحلیل مولفههای اصلی و تحلیل خوشهای بهره گرفتند و فصول خشک و بارانی را طبقهبندی و شروع فصل بارانی را شناسایی نمودند.
مسعودیان [2] ، با استفاده از دادههای بارش ماهانه با استفاده از دادههای بارش ماهانه ایران - ژانویه تا دسامبر - 1999، و به روش تحلیل خوشهای به شناسایی رژیم بارش ایران پرداخته و نشان داد که در ایران سه رژیم بارشی اصلی، قابل شناسایی است؛ رژیم زمستانی، رژیم زمستانی- بهاری و رژیم پائیزی و نشان داد که توزیع زمانی بارش در ایران با عرض جغرافیایی ارتباط دارد.
غیور و همکاران [7] به پهنهبندی رژیمهای دمایی ایران با مؤلفههای مبنا و تحلیل خوشه پرداختند و نشان دادند که سه قلمرو اصلی رژیم دمایی در کشور وجود دارد. مسعودیان [4] ، به کمک دادههای بارش روزانه 333 ایستگاه سینوپتیک و کلیماتولوژی و با انجام یک تحلیل خوشه-ای بر روی فواصل اقلیدسی به روش ادغام وارد نشان داد که بر حسب مقدار و زمان دریافت بارش در ایران، 8 ناحیه بارش متمایز وجود دارد. منتظری [6] ، با استفاده از دادههای متوسط دمای روزانه 620 ایستگاه به شناسایی فصول دمایی ایران به روش تحلیل خوشهای پرداخت و نشان داد که دمای ایران از نظر زمانی به سه فصل چهار ماهه - فصل سرد، فصل معتدل و فصل گرم - قابل تفکیک است.
منطقه مورد مطالعه
سرزمین عراق بین 29 درجه تا 36 درجه و 30 دقیقه عرض شمالی و 38 درجه تا 48 درجه طول شرقی قرار گرفته است. پهناوری کشور عراق 438317 کیلومتر مربع - حدود یک چهارم ایران - ، و بیشترین مرز خشکی به طول 1458 کیلومتر را با ایران دارد
شکل :1 موقعیت جغرافیایی سرزمین عراق
دادهها و روش شناسی
برای بررسی و شناسایی رژیمهای بارشی سرزمین عراق از دادههای شبکهای پایگاه دادهی آفرودایت استفاده شد. پایگاه دادهی آفرودایت، پروژهای است که با همکاری دو مؤسسهی تحقیقات انسان و طبیعت و مؤسسهی پژوهشهای هواشناسی سازمان هواشناسی ژاپن تولید گردیده است. این پایگاه داده مناطق مانسون، خاورمیانه و روسیه را پوشش میدهد. دادههای شبکهای این پایگاه داده از میانیابی اطلاعات حاصل از بارانسنجهای هواشناسی و آبشناختی ایستگاهها در مناطق مورد پوشش حاصل شده است.
از نظر زمانی، پوشش این پایگاه داده 57 سال، از تاریخ اول ژانویه 1951 میلادی دی ماه تا سییکم دسامبر 2007 میلادی است. در این پایگاه، دادههای روزانهی بارش در تفکیک مکانی 0/25×0/25 و 0/5×0/5 درجه طول و عرض جغرافیایی در دسترس است. همچنین تفکیک زمانی آن نیز برای تمامی دادهها به صورت روزانه تعریف شده است. در این پژوهش بعد از آنکه چارچوبی برای سرزمین عراق تعریف گردید، دادههای روزانه بارش از بخش خاورمیانه پایگاه دادهی آفرودایت با تفکیک 0/25 درجهی طول و عرض جغرافیایی استخراج گردید.
داده های استخراج شدهشامل سه ماتریسِ موقعیت جغرافیایی یاختهها، دادههای اصلی - بارش - و ماتریس تقویم میباشد. به جهت قابل درکتر شدن واکاویها، در ماتریس تقویم تاریخهای خورشیدی نیز اضافه گردید. سپس آرایهای به ابعاد 365×1640 با آرایش s - که در آن زمان بر روی سطرها و مکان بر روی ستونها قرار دارد - تولید شد؛ که مبنای تمام واکاویها در این پژوهش قرار گرفت.
از آنجا که دادههای اقلیمی حاوی اطلاعاتی دربارهی پراکندگی مکانی و تغییرات زمانی برای هر عنصر اقلیمی است، لذا میتوان با پردازش دادههای اقلیمی مبادرت به تفکیک مکانی و ایجاد قلمروهای همگن و همچنین، گروههای زمانی متشابه نمود. فن انجام این کار، بهکارگیری روش آماری تحلیل خوشهای است که روشی بسیار مناسب و ایدهآل برای پهنهبندی مکانی یا دستهبندی زمانی عناصر اقلیمی است. چگونگی آرایش دادهها در به دست آمدن ترکیب زمانی یا مکانی دادهها بسیار حائز اهمیت است. به طوری که اعمال تحلیل خوشهای بر روی ماتریس دادهها با آرایش T - مکان روی سطرها و زمان روی ستونها - به تفکیک مکانی منجر شده لیکن در آرایش S - زمان روی سطرها و مکان روی ستونها - تفکیک زمانی حاصل میگردد
دو نقطه را در صورتی متعلق به یک رژیم بارشی میدانیم که زمان دریافت بارش همهی روزهای آنها به اندازهی کافی به یکدیگر نزدیک باشد. بر این اساس نخست با اندازهگیری فاصلهی اقلیدسی بارش همهی نقاط مکانی ماتریس P به ازاء همهی روزها، درجهی ناهمانندی مکانها با یکدیگر سنجیده میشود
در مطالعات اقلیم شناختی غالباً برای محاسبه درجه ناهمانندی - همانندی - از فاصله اقلیدسی استفاده میشود. پس از اندازهگیری درجه همانندی باید شیوهای برای ادغام مقادیری که بالاترین همانندی را نشان دادهاند، به کار برد. در مطالعات اقلیمشناختی عمدتاً از روش ادغام وارد استفاده میشود. زیرا در این صورت میزان پراش درون گروهی به حداقل میرسد و همگنی گروههای حاصله به حداکثر میرسد. به بیان دیگر روش وارد تضمینکنندهی کمترین پراش درون گروهی است و به همین دلیل همگنی درون گروهی افزایش مییابد. در روش وارد گروههای r و s در صورتی ادغام میشوند که افزایش پراش ناشی از ادغام آنها نسبت به ادغام هر یک از آنها با دیگر گروهها کمینه باشد
در رابطهی فوق: ، فاصلهی بین گروه r و گروه s است که به روش پیوند مرکزی به دست آمده باشد. تعداد اعضای گروه r و تعداد اعضای گروه است. پس از اینکه دادهها بر حسب فاصلهشان درهم ادغام شدند، گروهبندی میشوند، سپس گروههای حاصله در نرم افزارهای ترسیمی به نقشه تبدیل گردیده، بدین ترتیب تفکیک مکانی به روش علمی انجام میشود
بحث و نتایج
سرزمین عراق به دلیل واقع شدن در کمربند بیابانی کره زمین از نظر ویژگیهای آبوهوایی جزء کشورهای خشک و نیمهخشک جهان محسوب میشود. لذا خشکی در این سرزمین به عنوان یک خصیصه و ویژگی دائمی میباشد. در این راستا توجه به پایستگی بارش در این سرزمین برای ساکنین این کشور و همچنین کشورهای همجوار به ویژه کشور ایران که در شرق این سرزمین واقع است، دارای اهمیت است. یکی از نمایههای ردیابی پایستگی بارش، واکاوی رژیم بارندگی است.
پراکندگی میزان بارش در ماهها یا فصول سال را رژیم بارش می-گویند. [1] رژیم بارش نمایندهی توزیع نسبی بارش در بین ماهها یا فصول مختلف سال است و نسبت به مقدار بارش از ثبات زمانی و مکانی بالاتری برخوردار است. به بیان دیگر سرشت این دو خصوصیت اقلیمی - مقدار بارش و رژیم بارش - با یکدیگر متفاوت است و رژیم بارش نسبت به مقدار بارش از پایایی زمانی و مکانی بالاتری برخوردار است. زیرا رژیم بارش هر ناحیه را الگوهای همدید نسبتاً ثابتی که تأمین کنندهی بارش آن ناحیه هستند ایجاد میکنند.
عراق یک سرزمین عمدتاً کم ارتفاع و پست است، ارتفاع کم این سرزمین و واقع شدن در کمربند بیابانی موجب شده است تا سازوکارهای ایجاد بارش در این سرزمین به خوبی عمل نکند و میانگین بارش این کشور 202 - میلیمتر - بسیار پایینتر از میانگین جهانی باشد. در این بررسی، نتایج تحلیل خوشهای روشن ساخت که سرزمین عراق از نظر رژیم بارشی از تنوع کمی برخوردار است.
در این سرزمین میتوان پنج رژیم بارش متمایز شناسایی کرد - شکل . - 2 پراکندگی جغرافیایی قلمرو این رژیمها نشان میدهد که تفاوت رژیمهای بارش عراقعمدتاً متأثر از عرض جغرافیایی و پیکربندی ناهمواریها است. این خصوصیت زمانی آشکارتر میشود که از تفاوتهای جزئی این رژیمهای بارش چشم پوشی نموده و آنها را در گروهای بزرگتر دستهبندی کنیم. یک تحلیل خوشهای بر روی میانگین بارش نسبی این پنج رژیم بارش، نشان میدهد که دو رژیم بارش اصلی در عراق دیده میشود
این دو رژیم بارش اصلی عبارتند از: نخست: رژیم بارش زمستانی که شامل سه رژیم بارش فرعی است - الانبار، المثنی و بینالنهرین - و در آن حدود نیمی از بارش سالانه در زمستان رخ میهد. دوم، رژیم بارش بهاری _ زمستانی که شامل دو رژیم بارش فرعی است - نینوا و اربیل - و در آن تمرکز بارشها عمدتاً به ترتیب در زمستان، بهار و پاییز است.
شکل :2 قلمرو حاکمیت رژیم های بارش عراق
