-148074190512

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال ششم، شماره چهارم، تابستان 1396
پیشبینی نمایه خشکسالی SPI بهروشهای رگرسیون بردار پشتیبان و خطی چندگانه
سعید صمدیان فرد1* و اسماعیل اسدی2
1*( استادیار گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه تبریز؛ تبریز؛ ایران
s.samadian@tabrizu.ac.ir :نویسنده مسئول مکاتبات *
2( استادیار گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه تبریز؛ تبریز؛ ایران

16822493390

تاریخ دریافت: 30/04/1395 تاریخ پذیرش: 26/10/1395

چکیده
خشکسالی پدیدهای طبیعی است که به علت برهم کنش عوامل مختلف هواشناسی، دارای فرآیند پیچیدهای بوده و در همه شرایط اقلیمی و در تمام مناطق کره زمین به وقوع می پیوندد. لذا پیش بینی نمایه های خشکسالی و ارزیابی زمانی آن ها، یکی از راه های مؤثر در مدیریت بحران خشکسالی و تدوین طرح هایی به منظور کاهش اثرات آن به نظر می رسد. در پژوهش حاضر، برای پیش بینی نمایه خشکسالی بارش استاندارد شده (SPI) در ایستگاه سینوپتیک تبریز در بازه زمانی سال های 1358 تا 1391، از روش های رگرسیون بردار پشتیبان و رگرسیون خطی چندگانه استفاده گردید. بدین منظور، برای پیش بینی نمایه SPI در دوره های 3، 6، 9، 12، 24 و 48 ماهه از شش ترکیب متفاوت ورودی متشکل از مقادیر متناظر قبلی همان نمایه استفاده گردید. نتایج حاصل از تحلیل پارامترهای آماری نشان داد که هر دو روش مورد مطالعه دقت مناسبی در پیش بینی نمایه های خشکسالی داشته اند ولی با این وجود، روش رگرسیون بردار پشتیبان در پیش بینی نمایه های 6-SPI-9 ،SPI و 24-SPI به ترتیب با داشتن جذر میانگین مربعات خطای 4985/0، 4340/0 و 2427/0 عملکرد بهتری در مقایسه با رگرسیون خطی چندگانه داشته است. ولی در پیش بینی نمایه های 3-SPI-12 ،SPI و 48-SPI، روش رگرسیون خطی چندگانه خطای نسبی کم تری را نشان داد. با این وجود، می توان چنین نتیجه گیری نمود که هر دو روش مورد مطالعه شامل رگرسیون بردار پشتیبان و خطی چندگانه پیش بینی های مناسبی از نمایه های خشکسالی داشته اند و می توانند برای مدیریت عواقب ناشی از پدیده مذکور، با اطمینان قابل قبولی مورد استفاده قرار گیرند.
کلید واژه ها: پیشبینی؛ تحلیل آماری؛ خشکسالی؛ نمایه بارش استاندارد شده

مقدمه
خشکسالی پدیدهای طبیعی ناشی از کاهش تدریجی باارشو افزایش دماست کاه اتتماال وعاون آن در هار و اعیتاعلیم ی ود ود دارد زالی زاده 1394( ام ا اا رات زیس ت محیطی آن در مناطق خشا و نیماهخشا ملال ایاران بیش تر از مناطق مرطوب اتساس میگردد. از طرفی دیگر پدیده مذکور یکی از بزرگتاری بییاای طبیعای اسات کاهخسارتهای فراوانی به بخشهای مختلف اعتصاادی و باهخصوص کشااورزی و مناابط طبیعای باه دلیال وابساتگیمستقیم آن ها به رطوبت ناشی از بارندگی و منابط آبهاایسطحی و زیرزمینی وارد میسازد زعبایی سوق و مساادی 1392(. خشکسالی در چهار تالت خشکسالی هواشناسای خشکسالی آبشناسی خشکسالی کشااورزی و خشکساالیاعتصااادی- ادتماااای عاباال تصااور اساات. خشکسااالیهواشناسی ناشی از کمباود بارنادگی اسات کاه در نهایاتمی تواند منجر به خشکسالی آبشناسی و کشااورزی گاردد.
نیاز به پیشبینی و پایش شدت وعون پدیدههای خشکسالی انگیزهای برای پژوهشگران شد که کاه نمایاههاای کمیای رابرای مطالعه خصوصیات آن معرفی کنند. در بی نمایههایی که ارائه شده است نمایه باارش اساتادندارد شاده1 (SPI) یک ی از نمای هه ایی اس ت کاه بارای پاایش دوره هاای خشکسالی مورد استفاده بسیاری از محققی عارار گرفتاه وهمچناای کاااربرد گسااترده ای در تعیاای و دردااه بناادی خشکسالی هواشناسی در اکلر مناطق دهاان دارد زصاادعینیا و همکاران 1392(.
از سویی دیگر آن چه که ایوه بر استفاده از نمایه مناسب برای تحلیل و پیشبینی خشکسالی اهمیت دارد پایش بینایدعیق آن با استفاده از دادههای متناظر رویدادهای باه وعاونپیوسته عبلی است. بدی منظور پژوهشگران برای سااخت مدلهای پیشبینی کننده معتبار باه اساتفاده از روشهاایدادهک اوی و ه وش مص نوای روی آوردهان د. ایو ی و همکاران ز1388( به منظور پیش بینی نمایه خشکساالیSPI در دورههای زمانی 1 3 6 و 9 ماهاه از مادلهاای شابکهاص بی مص نوای2 MLP و ت ابط پای ه ش عاای3 RBF در تو ه آبخیز گرگان رود استفاده نموده و نشاان دادناد کاهمدل شبکه اصبی مصنوای MLP در مقایسه با مادلRBE پیش بینی های دعیاق تاری را ارائاه مای کنناد. تسا زاده وهمکاااران ز1391( در پژوهشاای بااه منظااور پاایش بیناای خشکسالی های آتای از تلفیاق الگاوریتم ینتیا 4 و مادلترکیبی شبکه اصابی – ماودکی در تحلیال نمایاه باارشاستاندارد شده استفاده نموده و نشان دادناد کاه بکاارگیریروش تلفیقی مذکور در مقایسه با تلفیق الگوریتم ینتیا و شبکه اصبی نتایج مطلوب تری را ارائه می دهاد. نیکبخاتشهبازی و همکاران ز1391( از ماشی های باردار پشاتیبان5 برای پیش بینی فصلی خشکسالی هواشناسای باا اساتفاده ازنمایه بارش اساتاندارد شاده در 31 ایساتگاه بااران سانجیمحدوده تو ه آبریز سدهای ماملو و طالقان استفاده نموده و نتیجه گرفتند کاه روش ماورد مطالعاه باا دعات مناسابیم ی توان د در پ یش بیناای رفتاره ای طیرخط ی داده هااای

Standardized precipitation index
Artificial neural networks
Radial based function
Genetic algorithm
Support vector machines
هواشناسی با طول دوره آماری کوتااه ماورد اساتفاده عارارگیارد. ایدری مق د و همک اران ز 1391( خشکس الی ه ای پاییزه زاهدان را به وسیله متغیرهای باارش مقاادیر پیشای نمایه SPI و 19 ادد از نمایه های اعلیمای را باا اساتفاده از
سیس تم اس تنتاز فاازی – اص بی6 (ANFIS) پ یش بین ی نمودند .آن ها به ای نتیجه رسیدند که مقادیر پیشای نمایاهخشکسالی SPI تنها در تاخیر زمانی ی ماهاه نتاایج عابالعبولی را برای پیش بینای خشکساالی پااییزه ارائاه داده اناد.تسی پاور نیکناا و همکااران ز1391( بارای پایش بینایخشکسالی ی سال بعد در شهر زاهدان از مقاادیر پیشای نمایه خشکسالی باارش اساتاندارد شاده اساتفاده نماوده وعابلیت های سیستم استنتاز فاازی – اصابی بارای سااختمدل های پیش بینی نمایه خشکساالی را ماورد آزماون عاراردادند. در مطالعه ماذکور ترکیباات مختلفای از متغیرهاایورودی در م دل هاای پ یش بینای فاازی – اصاابی وارد گردیدند. نتایج نشان داد که تنها استفاده از سری های زمانی مشابه سال عبل SPI در پیش بینی خشکسالی هاای 12 ماهاهموار است. کماسی و همکاران ز1392( از مبانی شبکه هاایاص بی ب ه هم راه تحلی ل خوش ه بن دی ب رای پ یش بین ی خشکسالی با نمایه SPI استفاده نموده و اذاان داشاتند کاهنمایه مذکور عابلیات بایش تار ی در پایش بینای نسابت باهنمایه هاایی چاون پاالمر7 (PDSI) پاالفی 8 (PAI) و دیگارنمایه ها داشته و از سویی راهبرد شبکه اصبی – فاازی بارمبنای روش خوشه بندی C-mean در امر مدل ساازی بارایپیش بینی خشکساالی از کاارایی باا یی برخاوردار اسات.عمقامی و بذرافشان ز1391( در پایش خشکسالی ایاران باااستفاده از نمایه SPI و مدل زنجیره مارکف نشان دادند کاهشدت خشکسالیهاای شادید در کشاور بار مبناای ساریبارش متوسط منطقهای رو به افازایش اسات. میراباسای وهمکاران ز1392( پایش بلندمدت خشکسالیهای ارومیه را
با استفاده از نمایه کمبود توا مورد مطالعه عرار دادند .آن ها

Adaptive neuro-fuzzy inference system
Palmer drought severity index
67200788369046

سال

شش
م

/
شماره

سال

شش

م

/

شماره

Palfai aridity index
در تحقی ق خ ود از نمای ه SPI اص یش ش ده Kao and
Govindaraju ز2010( استفاده کردند. نتایج تحقیاق آن هاا نشان داد نمایه SPI اصیش شده تا تادود زیاادی معایابSPI متداول برطرف و تغییرات فصلی بارش را در محاسبه ای نمایه لحاظ نموده است .اابادینی و همکااران ز1393( در تحقیقی به منظور پیش بینی پدیده خشکسالی در ایساتگاهسااینوپتی مشااهد در فاصااله زمااانی 1951 تااا 2007 از مدل هاای پرسارترون و گرادیاان نزولای باا الگاوریتم هاایآموزش مومنتو و گرادیان نزولی استفاده و گزارش نمودند که به الت دامنه زیاد تغییرات بارندگی در مقیاس هاای 1 2 و 3 ماهه دعت نتایج پیشبینی شده توسط ای ساری هاایزمانی بسیار کم باوده و باا افازایش مقیااس زماانی نمایاه به الت کاهش دامنه تغییرات بارندگی بر دعت نتایج افزوده م ی ش ود. معروف ی و همکااران ز1393( از س ری زم انی SARIMA در پاایش بیناای بااارش و از نمایااهSPI باارای پ یش بین ی خشکس الی در ایس تگاه ه ای س ینوپتی به ار فرودگاه همدان کبودر آهنگ و نویه استان همدان در باازهزمانی 1356 تا 1391 استفاده نمودند. نتایج به دسات آمادهتاکی از وعون خشکسالی اعیف در هماه ایساتگاه هاایمورد مطالعه باود. هاشامی نساب و همکااران ز1394( در پایش خشکسالی ایران آمار بارنادگی ماهاناه 42 ایساتگاهسینوپتی را در طول دوره آماری 2010-1966 باا اساتفادهاز نمایه SPI اصیش شده ماورد ارزیاابی عراردادناد. نتاایجتحقیق آن ها نشان داد که نمایه کمبود نظری دهات پاایشخشکسالی تحت شرایط اعلیمی ایران مناسب مای باشاد. در پژوهشی دیگار Morid و همکااران ز 2007( از مادل هاایشبکه اصبی مصنوای برای پیش بینی نمایههای خشکسالی بارش استاندارد شده و خشاکی ماوار1 (EDI) در چنادی ایستگاه بارانسنجی در استان تهران استفاده کردند .بهتاری مدلها در هر دو تالت شامل نمایه متناظر در همان مااه درسال عبلی بود. نتایج نشان دادند که ریب همبستگی برای بهتری مدلهای شبکه اصبی مصنوای در پیشبینی هر دو

Effective drought index
-2700527127494

سال

شش
م

/
شماره

4
/

سال

شش

م

/



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید