بخشی از مقاله
برخی از منابع
بهیار، م. ب. .(1382) بررسی پدیدهي سرمازدگی در استان چهارمحال و بختیاري از دیدگاه همدیـدي ـ دینـامیکی،
فصلنامهي تحقیقات جغرافیایی، شماره 69، صص. .107-120
ترکمنی آذر،ف. .(1375) روشی جدید براي سرعت بخشیدن به همگرایی در شبکه هـاي عصـبی، مجموعـه مقـالات دومین کنفرانس سالانه انجمن کامپیوتر ایران، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، صص. .217-226
خلجی، م. .(1380) پیشبینی سرماي دیررس بهاره و یخبندان زودرس پاییزه براي تعدادي از گیاهان زراعی باغی در استان چهار محال و بختیاري، نهال و بذر، شماره 17، صص. .126 -139
مقدمه
آبوهوا یکی از مهمترین عوامل طبیعی است که تأثیرهاي زیادي بر نحوهي بهرهبرداري انسـان از محـیط دارد. نوع مسکن، لباس، فعالیتهاي کشاورزي و دیگر فعالیـتهـاي زنـدگی مـا، تـا حـدود زیـادي متـأثر از عوامـل آبوهوایی است. یخبندان یکی از پدیدهها و بلاهاي جوي خسارتبار است که پیامدهاي مهمی بـر جنبـههـاي گوناگون زندگی انسان، بهویژه کشاورزي و تولید مواد غذایی دارد. یخبندان هنگـامی رخ مـیدهـد کـه دمـاي سطح زمین و اشیایی که در پیوند با زمین هستند به کمتر از صفر درجه سلسیوس برسد (روزنبرگ، .(1992
بیشترین خسارات یخبندان نه در زمستان، بلکه بـا نـام یخبنـدان پیشـرس و دیرپـا در پـاییز و بهـار رخ میدهد (کاویانی، .(1386 اما وجود سرماي بهاره، بهویژه هنگام گلدهی، در بعضی از سالها آسیبهایی جـدي به محصولات وارد میکند. با ملایمتر شدن هوا، گیاهان شروع به رویش و جوانهزدن میکننـد و در ایـن حالـت مقاومت کمی نسبت به سرمایش ناگهانی هوا دارند (نوحی، .(1383 مقاومـت بـه سـرما در همـهي انـدامهـاي گیاهی یکسان نیست، براي مثال، جوانهها در مقایسه با سایر انـدامهـاي گیـاهی بـه سـرمازدگی حسـاستـر و آسیبپذیرتر هستند (طلایی، (1377 و به همـین دلیـل یخبنـدانهـاي بهـاره، هرسـال خسـارات فراوانـی بـه محصولات کشاورزي وارد میکنند. براي نمونه، در فرارفت هـواي سـرد در اسـفند 1382، پـس از گـرم شـدن نسبی هوا و باز شدن شکوفهها، نوسانهاي شدید دمایی در سطح وسـیعی از کشـور ایجـاد شـد. ایـن سـرماي نابهنگام که به زلزلهي سبز معروف شد، زیانهایی افزونبر 1100 میلیارد ریال به باغداران و کشـاورزان اسـتان آذربایجان شرقی وارد کرد (نوحی و همکـاران، .(1386 در سـرمازدگی فـروردین سـال1384 حـدود 10 هـزار هکتار از باغهاي سیب استان خراسان رضوي آسیب دیدند و میزان خسارت حدود 170 میلیارد تومـان بـرآورد شد (کمالی و همکاران، .(1386
علیجانی (1381) دورههاي یخبندان، شروع و پایان آن را براي تمام ایران با منحنیهاي هم ارزش نشـان داده است. علیزاده (1373) براي خراسـان تـاریخ وقـوع اولـین و آخـرین یخبنـدانهـا را بـر اسـاس تجزیـه و تحلیلهاي آماري تعیین کرده و با پیشبینی این تاریخهـا، بـراي هـر یـک از ایسـتگاههـاي مـورد مطالعـه در نقشههاي هم ارزش یخبندان و طول دوره رشد ترسیم کرده است. کمالی((1380 نیز بر اساس آمارهاي دمـاي حداقل روزانهي 47 سالهي ایستگاه هواشناسی تهران، تاریخ وقوع اولین سرما و یخبندانهاي پـاییزه و آخـرین سرما و یخبندانهـاي بهـاره را بـا احتمـالات مختلـف مـورد بررسـی آمـاري قـرارداده اسـت. خلجـی (1380) پیشبینی سرماهاي دیررس بهاره و زودرس پاییزه را در استان چهار محال بختیاري انجام داد و در آن بهترین توزیع احتمال براي هر ایستگاه را مشخص کرده و بر اساس همان، توزیع احتمال وقوع دوران سرما و یخبنـدان را ارائه داده است. در همین استان براي منطقهي سامان، احتمال تجربی و دورهي بازگشـت حـداقل دمـا را در ماههاي اسفند، فروردین و اردیبهشت ـ که زمان گلدهی بادام است ـ تعیین شده اسـت (کاویـانی و همکـاران،
پیشبینی تاریخ آخرین یخبندانهاي بهاري در غرب و شمال غرب ایران 61
.(1381 در تحقیقی که بهیار (1382) در مـورد سـرمازدگی روز هفـتم اردیبهشـت سـال 82 در اسـتان چهـار محال بختیاري انجام داد، در تمام ساعات از دو روز قبل و بعد از وقوع یخبندان، متغیرهاي هواشناسی را مورد بررسی قرار داده، تا عوامل مؤثر دینامیکی و همدیدي را روي سرمازدگی و یخبندان این استان بشناسد.
هژبرپور و علیجانی (1386) یخبندانهاي استان اردبیل را با روش سـینوپتیک مطالعـه کـرده و مشـخص کردند که بیشترین یخبندانهاي استان از نوع انتقالی هستند که در دورهي سرد سال از آبان تـا فـروردین رخ میدهند و یخبندانهاي شدید و فراگیر استانناشی، از استقرار یک پرفشار در سطح زمین و یک ناوهي عمیق در سطح500 هکتوپاسکال هستند.
مجرد (1376) در مطالعهي خود در مورد منطقـهي آذربایجـان، تعریـف جدیـدي از یخبنـدان ارائـه داده است، همچنین این پژوهشگر، ویژگیهاي یخبندان را بهصورت منظم بـر مبنـاي شـانزده شـاخص اسـتخراج و تحلیل کرده است، در این پژوهش نشان داده شده که همبستگیهاي خطـی و معکوسـی بـین شـروع و پایـان یخبندان در این منطقه وجود دارد؛ اما قبادي دارابخانی (1380)، براي منطقه غرب ایران نشان داده اسـت کـه تاریخهاي شروع و پایان یخبندان مستقل از یکدیگرند، به این معنا که ارتباط معناداري بین تاریخهاي شـروع و خاتمهي یخبندان در غرب ایران وجود ندارد.
بهتازگی روش شبکههاي عصبی مصنوعی، بهعنوان یکی از روشهاي کارآمـد در پـیشبینـی پدیـدههـاي مختلف، ازجمله پدیدههاي اقلیمی، مورد استفاده قرار میگیرد. شبکههاي عصبی مصنوعی، درواقع شبیهسازي تفکر مغز انسان از طریق مدلسازي سلولهاي عصبی است (علیجانی و قویـدل رحیمـی، .(1384 مـیتـوان از شبکههاي عصبی در پیشبینی سريهاي زمانی استفاده کرد. تجزیه و تحلیل سريهـاي زمـانی بـه دادههـایی مربوط میشوند که مستقل نبوده و بهطور متوالی به هم وابسـتهانـد (علیـاري شـوره دلـی و دیگـران، .(1383 همچنین امروزه کاربرد این روش در شبیهسازي تغییرات عناصر اقلیمی، از طریق مدلهاي گردش عمـومی در مقیاس منطقهاي، گسترش زیادي یافته است (کولیبالی و همکاران، .(2005 ایمران و همکاران (2005) نیز بـر این باورند که شبکههاي عصبی، افزونبر پیشبینی کوتاهمدت، در مدلسازي روند تغییرات دمایی نتایج دقیقی دارد. رحیمی خوب و همکاران .(375 :1386) دماي بیشینهي هواي خوزستان را بر اسـاس دادههـاي مـاهواره نوا و مدل شبکهي عصبی مصنوعی پیشبینی کردند که نشان داد دقت مدل شبکهي عصبی مصنوعی در ایـن پیشبینی قابل قبول است.
با وجود مطالعات فراوانی که در زمینههاي گوناگون با استفاده از روش شـبکههـاي عصـبی انجـام گرفتـه است، در زمینهي پیشبینی تاریخ وقوع آخرین یخبندان بهاره یا حتی دیگـر زمینـههـاي یخبنـدان در ایـران، محققان در جریان جستوجوهاي خود به مطالعهاي در این زمینه برخورد نکردند. این پژوهش با این فرض کـه روش شبکهي عصبی مصنوعی، میتواند پیشبینیهاي قابل پذیرش و حتی دقیقتـري از آغـاز یخبنـدانهـاي
26 جغرافیا و پایداري محیط، سال دوم، شماره 4، پاییز 1391
بهاره در منطقه ارائه کند و همچنین با این هدف که در صورت مناسب بـودن ایـن روش در پـیشبینـی آغـاز یخبندان در منطقه، دستاندرکاران بتوانند با اطمینان بیشتري در برنامهریزيهاي خود بـه آن اسـتناد کننـد، انجام گرفته است. نتایج ایـن پـژوهش مـیتوانـد گـام کـوچکی در راسـتاي مبـارزهي اصـولی و پیشـگیرانه از پیامدهاي یکی از مهمترین مخاطرات جوي در این بخش از کشور بهشمار رود که با وجود تـوانهـاي محیطـی بالا، بارها در معرض یخبندانهاي بهاري قرار گرفته است.
روش پژوهش
آمار روزانهي تعدادي از متغیرهاي اقلیمی براي هفده ایستگاه هواشناسی سـینوپتیک از شـمال غـرب و غـرب کشور (شکل شمارهي (1 که داراي آمار کاملتري بودند، بـراي یـک دورهي بیسـتسـاله از 1986 تـا 2005 از سازمان هواشناسی کشور دریافت شد.
شکل .1 موقعیت ایستگاههاي مورد مطالعه در نقشهي منطقه و ایران
پیش از هراقدامی ابتدا تلاش شد که عوامل اقلیمی یا متغیرهاي مؤثر بـر آخـرین روز یخبنـدان مشـخص شوند. بدین ترتیب پس از بررسی تعداد زیادي متغیر اقلیمی و تحلیلهاي آماري مقدماتی، درنهایت متغیرهاي زیر، بهمنزلهي عوامل اصلی تأثیرگذار بر پیشبینی آخرین روز یخبندان مورد استفاده قرار گرفت. گفتنی اسـت شمارهي روزها بر اساس تقویم زراعی از اول مهر تا 31 شهریور انتخاب شده است.
1. آخرین روز یخبندان؛
2. حداقل مطلق دماي روزانه؛
3. سرعت باد در ساعت 03 گرینویچ براي آخرین روز یخبندان؛
پیشبینی تاریخ آخرین یخبندانهاي بهاري در غرب و شمال غرب ایران 63
4. جهت باد در ساعت 03 گرینویچ براي آخرین روز یخبندان؛
5. رطوبت نسبی روزانه در آخرین روز یخبندان؛
6. رطوبت در ساعت 03 گرینویچ براي آخرین روز یخبندان؛
7. میانگین فشار روزانه در آخرین روز یخبندان؛
8. میانگین فشار روزانه در روز قبل از آخرین روز یخبندان؛
9. ابرناکی در آخرین روز یخبندان؛
.10 اولین روز یخبندان.
دادههاي استخراج شده وارد نرمافزار آماري SPSS شد و از طریق رگرسیون چندگانه و تحلیل خوشـهاي، میزان ارتباط عوامل با آخرین روز یخبندان سنجیده شد. بهدلیل ارتباط ضـعیف و همبسـتگی نـاچیز جهـت و سرعت باد با آخرین روز یخبندان، این متغیرهـا حـذف شـدند و بـدین ترتیـب، فقـط متغیرهـاي آخـرین روز یخبندان، حداقل مطلق دماي روزانه، رطوبت نسبی روزانه در آخرین روز یخبندان، رطوبت نسبی در سـاعت 3 به وقت گرینویچ براي آخرین روز یخبندان، میانگین فشار روزانه در آخرین روز یخبندان، میانگین فشار روزانـه در روز قبل از آخرین روز یخبندان، ابرناکی در آخرین روز یخبنـدان و نخسـتین روز یخبنـدان بـراي ورود بـه مدل، انتخاب شدند.
شکل .2 طرحوارهي ساده وروديها و خروجیها در مطالعهي آخرین روز یخبندان
در مرحلهي بعدي براي هر ایستگاهی بهطور جداگانه، جدولی تنظیم شد. روزهاي نخستین وآخـرین روز یخبندان با شماره روزهاي کشاورزي تطبیق داده شد. در مرحلهي بعد، دادهها به نرم افزار مطلـب1 وارد شـدند (شکل شماره .(2 درنهایت با استفاده از نرمافزار سورفر2 نقشهها رسم شد و نمودارهـا نیـز بـا نـرمافـزار مطلـب ترسیم شدند.
1. MATLAB
2. SURFER
46 جغرافیا و پایداري محیط، سال دوم، شماره 4، پاییز 1391
در پژوهش پیش رو از نسخه 7/6 نرمافزار مطلب استفاده شده است. این نرمافزار امکان طراحـی، سـاخت، یادگیري و ارزیابی شبکههاي عصبی مصنوعی را در اختیار کـاربر قـرار مـیدهـد و دربرگیرنـدهي شـبکههـاي مختلف با قوانین آموزشی متفاوت است. شبکههاي مورد استفاده در این پژوهش، از نوع شبکههاي پـسانتشـار خطا بودند که داراي الگوریتمهاي گوناگونی هستند. پس از بررسیهاي مقدماتی مـورد نیـاز، درنهایـت از روي نقاط شکست، بهترین نقاط براي آزمون و آموزش انتخاب شدند. پـس از آزمـون روشهـاي مختلـف و ترسـیم نمودارهاي تکتک متغیرها براي تمام ایستگاهها، درنهایت دوازده نقطه براي آموزش و هشت نقطه براي آزمون شبکه انتخاب شد. براي نمونه، جدول شمارهي 1 مجموع نقـاط آمـوزش و آزمـون را بـراي ایسـتگاه کرمانشـاه نشان میدهد.
جدول .1 تمام نقاط آموزش و آزمون در ایستگاه کرمانشاه
Year Last Day First Day Temp Humi 1 Humi 2 Press 1 Press 2 Cloud
1986 183 40 -1 74 52/2 1021/7 1025/2 8
1987 213 53 -1/4 72 41/6 1026/7 1027/5 0
1988 197 52 -1/2 92 61/8 1024/1 1025/9 0
1989 191 54 0 48 52/5 1023/7 1020/4 0
1990 195 62 -1 96 69/5 1024/8 1024/1 1
1991 187 53 0 90 58/4 1020/1 1022/2 0
1992 194 63 -0/4 86 55/6 1022/5 1021/4 0
1993 215 59 0 70 49/6 1022/6 1024/5 0
1994 178 54 -0/2 83 50/9 1027/1 1026/4 0
1995 198 49 0 81 47/1 1024/2 1026 0
1996 197 42 0 83 55/4 1022/1 1027/5 0
1997 205 37 -0/6 67 45/4 1021/8 1027/5 0
1998 193 37 0 89 66/1 1024/4 1025 6
1999 188 75 -3 77 57 1023/1 1019/7 0
2000 189 42 0 83 45/9 1021/5 1025/2 0
2001 178 47 0 75 50/1 1025/2 1018/7 0
2002 171 58 -3/4 65 44/5 1031/3 1033/1 0
2003 193 57 0 75 44/1 1023/2 1022/1 0
2004 209 45 0 62 49 1014/5 1014/6 4
2005 199 63 -0/6 81 54/4 1027/6 1026/6 0
از بین الگوریتمها، مواردي که کمترین میزان خطاي پیشبینـی را نشـان مـیدادنـد، بـهعنـوان شـبکهي مناسب برگزیده شدند و بدین ترتیب آخرین روز یخبندان براي ایستگاههـاي مـورد مطالعـه، پـیشبینـی شـد.
پیشبینی تاریخ آخرین یخبندانهاي بهاري در غرب و شمال غرب ایران 65
درنهایت با استفاده از میانگین اعداد پیشبینی شده، نقشههاي همارزش یخبندان منطقه با استفاده از نرمافزار سورفر، ترسیم شد.
