توضیحات
گردشهای بزرگ مقیاس نیوار (جو) که در مقیاس سیارهای عمل میکنند؛ شرایط منطقهای و محلی آن را مشخص میکنند. بسیاری از فرآیندهای مرتبط با معضلات محیطی و محلی نظیر آلودگی هوا، بارانهای اسیدی، ریزگردها، طوفانهای گردوخاک، یخبندانها و امواج سرد وگرم و….. به شدت تحت تأثیر گردشهای جوی هستند(یارنال، ۱۳۸۵: ۱). در آب وهواشناسی سینوپتیکی(همدیدی) گردشهای بزرگ مقیاس جوی و تأثیر آنها بر آب وهوای نواحی مورد بررسی قرار میگیرد. از آنجا که ایران با گسترش وسیع در جهت عرض جغرافیایی در ایام سال به تناوب در محدوده گردشهای سیارهای متفاوتی قرار میگیرد؛ از آب وهوای متغیّر و پیچیدهای برخوردار است.
در علم آبوهواشناسی سینوپتیک علاوه بر بررسی اعداد و ارقام جمعآوری شده توسط ایستگاههای هواشناسی، به دادهها و نقشههای تهیه شده توسط سازمانهای جهانی اهمیت داده شده است. با گسترش مراکز و پایگاههای دادهای آبوهواشناسی در سطح جهان این علم روز بروز شکوفاتر میشود. آبوهواشناسی شاخههای مختلفی دارد یکی از آنها آبوهواشناسی سینوپتیک است؛ که اوضاع جوی یک منطقه را همزمان در ترازهای مختلف مطالعه میکند و نوسانات پارامترهای جوی به ویژه تغییرات فشار را در سطوح متفاوت در نظر میگیرد.
آب وهوا یکی از پدیدههای کاملاً پویای طبیعی است. این پدیده به عرض جغرافیایی، دوری و نزدیکی به دریا، ارتفاع، شرایط محلی و سیستمهای بزرگ گردش منطقهای و سیارهای بستگی دارد. معمولاً نواحی داخلی و شرقی قارههای بزرگ دارای آبوهوای خشک و قارهای، که ویژگی آنها بارش کمتر، رطوبت پایین و دامنه تغییرات دمای شبانه روزی بالا است، میباشد. جزایر اقیانوسی و بخشهای غربی قارهها دارای بارش زیاد، رطوبت بالا و دماهای نسبتاً یکنواخت هستند. در منطقه حاره شرایط جوی کوتاه مدت با اوضاع دراز مدت آن تفاوت چندانی ندارد ولی به طرف قطبها و بویژه به طرف منطقه وزش بادهای غربی شرایط بسیار متغیّری حاکم است. برای شناسایی آبوهوا سه ویژگی اساسی را باید در نظر گرفت. الف- ویژگی حرارتی دمای سطح زمین، آب، خشکی و یخ ب- ویژگی جنبشی (باد ، جریانهای اقیانوسی، حرکات عمودی وحرکات تودهها هوا ج- ویژگیهای استاتیک( فشار،چگالی هوا و….). این ویژگیها با فرآیندهای فیزیکی گوناگون مثل ابرناکی، بارندگی و طوفان همراه است. تعاریف متفاوتی از آبوهوا ارائه شده است. در تعریفی بیان شده که معمولاً در هر مکان مشخص، در طول سال یک هوای معین به دفعات بیشتری تکرار می شود، به طوری که از نظر فراوانی، این هوا در آن مکان نمود بیشتری مییابد. این هوا در هر منطقه، آب وهوای آن منطقه به حساب میآید. پس آب و هوا عبارتست ازهوای غالب در یک محل در دراز مدت (علیجانی و کاویانی،۱۳۸۴).
در تعریف کلی سینوپتیک به معنای همدیدهبانی است اما در هواشناسی این اصطلاح بطور اخص به معنای استفاده از تمام دادههای هواشناسی جهت درک هرچه بهتر و ارائه تصویری همزمان از وضعیت جوّی در یک ناحیۀ معین است(ذوالفقاری، ۱۳۸۳: ۱۹۷). آبوهواشناسی سینوپتیکی ارتباط شرایط جوی منطقهای و محلی را با گردش جوی بررسی میکند. مطالعه آبوهواشناسی سینوپتیکی مطالعه آبوهواشناسی سیستمهای جوی است. در این نوع آبوهواشناسی بنا به اصل پیوستگی، تمام تغییرات آبوهوایی روی زمین از طریق حرکت قائم با سیستمهای جوی سطح بالا ارتباط دارد (باری وپری،۱۹۸۷: ۲۱ ). در آبوهواشناسی سینوپتیک ابتدا آبوهوا مورد توصیف و سپس توسط پراکندگی فشار مورد تبیین قرار میگیرد(علیجانی، ۱۳۸۱: ۶). یارنال میگوید”آب وهوا شناسی سینوپتیک علمی است که رابطه میان گردشهای جوی را با محیط سطحی یک منطقه بررسی میکند. همچنین آبوهواشناسی سینوپتیک به نوعی آبوهواشناسی کاربردی محسوب میشود، چرا که انگیزه مطالعات سینوپتیک روشن ساختن چگونگی تاثیر تغییرات گردش های جوی بر سطح زمین، یعنی زیستگاه جوامع بشری است”(یارنال، ۱۳۸۵: ۲).
“در آبوهواشناسی سینوپتیکی بر روی رابطه میان گردشهای جوی با آبوهوای سطحی تاکید میشود” این جملهای بود که کورت در۱۹۵۷ عنوان نمود. او تفاوتهای میان آبوهواشناسی دینامیکی و آبوهواشناسی سینوپتیکی را اینگونه بیان میکند. نخستین تفاوت مربوط به مقیاس است، در دهه ۱۹۵۰ آبوهواشناسی دینامیک، در مقیاسهای سینوپتیک بزرگ تا سیارهای (در حدی فراتر از چند هزار کیلومتر در بعد افقی )کار میکرد در صورتی که در آبوهواشناسی سینوپتیکی مقیاسهای افقی کوچکتری مورد بررسی قرار میگرفت. این تفاوت با گذشت زمان اندک اندک کم رنگ شد. با رشد توان محاسباتی کامپیوترها و ایجاد پایگاه دادههای کامپیوتری، در آبوهوا شناسی سینوپتیک نیز مطالعه در مقیاس سیارهای معمول شده است. تفاوت دوم این بود که در زمان کورت در آبوهواشناسی دینامیک اغلب از متغیرهایی مانند سرعت بالقوه، تکانه، انرژی، همگرایی، واگرایی و تاوایی استفاده میشد؛ در حالی که در آبوهواشناسی سینوپتیک از مفاهیمی مانند الگوی فشار، جریان توده هوا و الگوهای نقشهها استفاده میشد. سومین تفاوتی که کورت به آن اشاره کرده آن است که در آبوهواشناسی سینوپتیک برروی رابطه میان گردشهای جو با آبوهوای سطحی تاکید میشود در حالی که در آبوهواشناسی دینامیک به ندرت رابطه میان آبوهوای سطحی با جریان هوا در جو آزاد مورد توجه قرار میگیرد(یارنال،۱۳۸۵: ۶).
لیدولف(۱۹۵۷) در تکملهای که بر مقاله کورت نوشته گفته است آبوهواشناسی دینامیک میکوشد توضیح کاملی از حالات جو بدست دهد؛ در صورتی که آبوهواشناسی سینوپتیک میکوشد با توجه به حالات معین جوی وضع هوای هر محل را توضیح دهد. او معتقد است که آبوهواشناسان یک پیوستار را مطالعه میکنند که در یک سوی آن نیروهای ترمودینامیکی هدایت کننده آبوهوا قرار گرفتهاند و در سوی دیگر آن آبوهوای سطحی که حاصل عملکرد این نیروهاست قرار دارد(همان منبع ، ۶).
جاکوبس (۱۹۴۷) آبوهواشناسی سینوپتیک را مطالعه همزمان همه عناصر هوای یک مکان و کشف رابطه آنها با الگوهای پراکندگی فشار یا گردش هوا تعریف کرد. به نظر وی آبوهواشناسی سینوپتیک یک علم کاربردی است؛ زیرا با کشف رابطه بین تغییرات ویژگیهای محیط زیست با الگوهای فشار، حدوث آنها را پیشبینی و از بروز خسارت جلوگیری میکند. جاکوبس پیشنهاد کرد که برای مطالعه آبوهواشناسی سینوپتیک یک منطقه باید آن را به واحدهایی تقسیم و سپس فراوانی زمانی عناصر آبوهوا و الگوهای جریان را در هر واحد محاسبه کرد. واحدهای مطالعه میتواند در ابعاد هزار کیلومتر باشد(علیجانی، ۱۳۸۱: ۶).
در جای دیگری آبوهوا به این صورت تعریف میشود: “آبوهوا عبارت است از تحولاتی که در دستگاه هواسپهر کره زمین در ارتباط با بقیه دستگاههای کره زمین، آبسپهر، یخسپهر، سنگسپهر و زیستسپهر وجود دارد. اگر در یکی از این دستگاهها تغییری پدید آید دیگر دستگاهها به سرعت یا به آرامی خود را با آن هماهنگ میسازند”(مسعودیان،۱۳۸۶: ۱).
رابطه متقابل میان دستگاههای سازنده آبوهوا از راه مبادله ماده، انرژی و اطلاعات تحقق می یابد. اگر می گوییم هواسپهر با آبسپهر رابطه دارد یعنی بین این دو دستگاه ماده، انرژی و یا اطلاعات مبادله میشود. اگر به هر دلیل دمای هوا سپهر افزایش یابد در این صورت گرما از جو به اقیانوس منتقل می شود (انتقال انرژی از جو به اقیانوس). با گرمتر شدن آب اقیانوس، تبخیر افزایش یافته و توان نگهداشت دیاکسیدکربن در آب کاهش مییابد. در نتیجه بخارآب و دیاکسیدکربن از اقیانوس به جو منتقل میشود (انتقال ماده از اقیانوس به جو). چون هر دوی این مواد (بخار آب و دی اکسیدکربن) ویژگی گلخانهای دارند جو گرمتر میشود. به بیان دیگر نه تنها ماده (بخارآب ودیاکسیدکربن) از اقیانوس به جو منتقل میشود بلکه چون این دو گاز ویژگی گلخانهای دارند محتوای اطلاعاتی جو نیز دستخوش تغییر شده و جو در مییابد که از این پس باید انرژی فرو سرخ بیشتری را جذب کند. برآیند همه اندرکنشهایی که در درون و در بین دستگاههای هواسپهر،آبسپهر، یخسپهر سنگسپهر و زیستسپهر بر قرار است آبوهوای یک محل معین را میسازد.
۱-۱- پیشینه آب و هوای شناسی سینوپتیک
پیشینه آبوهواشناسی سینوپتیک به دهه ۱۹۴۰ برمیگردد. انسان زمانی که نتوانست با استفاده از میانگینها و روشهای موجود آبوهواشناسی، مشکلات خود را حل کند، به محاسبه و استفاده از فراوانیهای زمانی و مکانی عناصر آبوهوایی روی آورد. بدین ترتیب آبوهواشناسی سینوپتیکی پایهگزاری شد. در واقع آبوهواشناسی سینوپتیکی اصل کلنگری وکلشناسی دانش جغرافیا را عملی کرد و بدین جهت نزدیکترین شاخه آبوهواشناسی به جغرافیاست(علیجانی، ۱:۱۳۸۱). اولین کتاب در زمینه این علم در سال ۱۹۷۳ م، به وسیله باری وپری[۱] منتشر شد. دربیست سال بعد (۱۹۹۳م) یارنال دومین کتاب در این زمینه را منتشر کرد. در کتاب وی بر نقش دانش آبوهواشناسی در طبقهبندیهای آب وهوایی و حل مسایل محیط زندگی انسان تاکید بیشتری شده است.
|
|
مطالعه دهههای ۱۹۴۰و ۱۹۵۰ این تصور را به وجود آورد که شناخت ماهیت تغییرات روزمره هوا و الگوهای غالب آنها در دراز مدت، از طریق استناد به تغییرات تابش خورشید قابل توجیه و تبیین نیست. فقط بررسی فراوانی الگوهای فشار و جریانهای گردش هواست که میتواند چنین تغییراتی را توجیه کند؛ مثلاً باریدن باران در هفته اول دی و قطع آن در هفته دوم یا سرمایش بسیار شدید هفته اول و گرمایش مجدد هوا در هفته دوم، با تغییرات تابش خورشید قابل تبیین نیست. اما الگوهای فشار ممکن است طی این دو هفته تغییر بکنند و سبب ورود هوای سرد از سیبری یا هوای معتدل و مرطوب از مدیترانه شوند. بدین دلیل در آب وهواشناسی سینوپتیک تمام تغییرات هوا یا آب وهوا بر اساس حرکات اتمسفری (عامل مستقیم) تبیین و توجیه میشوند. با این نگرش میتوان تمام تغییرات شرایط محیطزیست مانند سیلابها، آلودگیها، آتش سوزیها و غیره را تبیین کرد(یارنال، ۱۳۸۵: ۹).
در سالهای اول شکلگیری آبوهواشناسی سینوپتیک، منظور از همزمانی عناصر آب وهوا مطالعه همه عناصر آبوهوا بود. معمولاً دراین مطالعه همه عناصر تکتک و جدا بررسی میشد. اما بعدها چنین مطرح شد که هوا یک کلیت غیر قابل تجزیه است؛ یعنی هوا در صورت اجتماع همه عناصر آن معنی و مفهوم پیدا میکند. گرمی و سردی یک لحظه معین در یک مکان فقط با آگاهی کامل از وضعیت تابش، جهت باد، تغییرات فشارو….. میتواند معنیدار باشد. بنابراین منظور از مطالعه همزمانی آبوهواشناسی سینوپتیک و اصل کلیتشناسی علم جغرافیا، بررسی هوا به عنوان یک مجموعه واحد است. این نگرش زمانی قوت گرفت که رایانه وارد جهان علم شد و جغرافیدانان جوان کار با رایانه و یادگیری مفاهیم آماری را آموختند. از دهه ۱۹۶۰ به بعد امکان پردازش دادههای زیاد و همزمان به وسیله رایانه فراهم شد. در حقیقت ویژگی اصلی علم آبوهواشناسی سینوپتیک، یعنی همزمانی و کلیتنگری کاملاً مسجل شد(علیجانی، ۱۳۸۱: ۸).
۱-۲- دادههای آب وهواشناسی سینوپتیک
دادههای مورد نیاز از نقشههای سینوپتیک سطح زمین و ترازهای فوقانی جو فراهم میشود. نقشههای سینوپتیکی مشاهده هوا را در مناطقی که اطلاعات جوی آنها گردآوری شده ممکن میسازد. این نقشهها چگونگی وضع هوا و تغییرات آن را از نظر زمان و مکان مشخص میکند. شناخت نحوه این تغییرات برای پیشبینی هوا مورد استفاده قرار میگیرد.
همه اطلاعات مورد استفاده آبوهواشناسی سینوپتیک اعم از وضعیت هوای روی زمین مانند دما، بارش، نمنسبی یا پراکندگی فشار وجهت باد و الگوهای فشار در نقشههای هوا درج میشود. بنابراین نقشه هوا منبع اصلی اطلاعات آبوهواشناسی سینوپتیک است. از روی نقشههای هوا، الگوها غالب جریان، توزیع فشار و پراکندگی مکانی عناصر آبوهوای را میتوان استخراج کرد. کسب توانایی لازم در تفسیر این نقشهها و استخراج دادههای لازم و شناسایی سیستمهای فشار از وظایف اولیه آبوهواشناس سینوپتیک است. هر نقشه سینوپتیک وضعیت یک لحظه هوا را ضبط میکند. آبوهواشناس به منظور شناخت آبوهوای منطقه، باید نقشههای هوا را بررسی و پردازش کند. با توجه به اصل کلیت مطالعات جغرافیایی و اصل شناخت نمود غالب، آبوهواشناس مجبور است اولاً همه هوا را بررسی و ثانیاً آمار دراز مدت را انتخاب کند. روشهای دستی نمیتواند حجم بزرگی از اطلاعات را پردازش کند، واستفاده از همه عناصر آبوهوای در آبوهواشناسی سینوپتیک ایجاب میکند از روشهای پیشرفتهای چون تحلیل خوشهای، تحلیل عاملی، سریهای زمانی و دیگر روشهای آماری، استفاده شود. نشان دادن وضع هوا فقط با اعداد و ارقام است. آرایش بادهای غربی، شدت سیکلونها، مقدار بارش، تغییرات سالانه دما و …. به صورت کدهای عددی بیان میشوند. بنابراین شکل ظاهر نمایش هوا و آبوهوا، اعداد هستند. بدین جهت آبوهوا با عدد و رقم در آمیخته است؛ امروزه با توسعه الگوهای پیشبینی و طبقه بندی آنها ، اطلاعات به صورت رقومی در آمدهاند و حتی حرکت سیستمهای سینوپتیک مانند سیکلونها و موجهای غربی از طریق روشهای آماری و ریاضی قابل تجزیه و تحلیل هستند(همان منبع ۹).
|
|
۱-۳- اصول آب و هواشناسی سینوپتیکی
اصول آب و هواشناسی سینوپتیکی عبارتند از:
- هر سیستم سینوپتیکی در واقع یک الگوی ویژه پراکندگی فشار یا تیپ هوا را شامل می شود.
- در آبوهواشناسی سینوپتیک،به جای تقسیم سال به دوره های تقویمی و محاسبه میانگین شرایط آب هوایی هر دوره، سال را به دورههای استیلای سیستمهای سینوپتیکی از قبیل دورههای غلبه ناوه بلند وجبههقطبی تقسیمبندی می کنند.
- عناصر آبوهوایی، به طورکلی برحسب درصد فراوانی و در برخی موارد در کوتاه مدت بر حسب میانگین دادهها محاسبه میشوند.
- در آبوهواشناسی سینوپتیک تمام عناصر آبوهوایی را یک جا در نظر میگیرند و آبوهوای یک منطقه را با توجه به عامل اصلی به وجود آورنده آن، یعنی الگوهای فشار تعیین میکنند. مهمترین عنصر اصلی آبوهوایی، پراکندگی فشار است که تمام عناصر دیگر را کنترل می کند؛ هر الگوی پراکندگی فشار، در واقع در یک تیپ هواست .
بسیاری از فرآیندهای مرتبط با مشکلات محیطی از جمله آلودگی هوا، باران اسیدی ،کمیت وکیفیت آب، به شدت تحت تاثیر گردش جوی هستند. حال باید با این دانستهها برنامهریزان ومتخصصان برنامهریزی محیطی به مسائل گردشهای جوی وچگونگی تاثیر آن برمحیط آگاه بوده، تا بتوانند بهترین راه حل برای کاهش این مشکلات را پیشنهاد دهند وآسایش انسانها را فراهم آورند.
تعریفی که در موردآبوهوا شناسی سینوپتیک میشود ارائه داد که مورد قبول همه باشد این است که: آب وهوا شناسی سینوپتیک علمی است که رابطه میان گردشهای جوی را با محیطسطحی یک منطقه بررسی میکند. منظور از محیط سطحی، همان لایههای سیارهای که ضخامت آن به طور متوسط حدود ۱ کیلومتر است میباشد. بنا به تعریف ارائه شده، آبوهواشناسان سینوپتیک، بدنبال تاثیرات کلیدی میان جو ومحیط سطحی هستند و یکی از اهداف آب وهواشناسی سینوپتیک، بررسی نقش تغییرات گردش جوی در تغییرات سطحی است.
کسانی که درآبوهواشناسی سینوپتیک فعالیت میکنند باید در زمینه فیزیک وکامپیوتر تسلط داشته باشند که این دو از ابزار کاربردی در این علم می باشد. آبوهواشناسی سینوپتیک به موازات انقلاب کامپیوتری، ازاواخر ۱۹۷۰روبه رشد گذاشت که به عنوان یکی از شاخههای مهم در بین علوم جغرافیایی می باشد.
بهگفته باری وپری (۱۹۷۳) آب وهوا شناسی سینوپتیک را به دو مرحله میتوان تقسیم نمود:
۱-طبقه بندی گردشهای جوی
۲-شناسایی روابط میان این طبقات باعناصر هوای منطقه مورد بررسی
درمطالعات آب وهوا شناسی سینوپتیک چهار عامل مشترک قابل مشاهده است:
۱-گردش جوی طبقهبندی شده
۲- دوسطح با هم مطالعه شود (که همان قالب آبوهواشناسی سینوپتیک است)
۳- تغییرات آب وهوای بر روی محیط سطحی
۴- منطقه به عنوان واحد مکانی.
۱-۴- رویکرد مطالعه آبوهواشناسی سینوپتیکی
چهار عامل مشترک در مطالعات سینوپتیکی عبارتند از:
۱-در همه مطالعات سینوپتیکی گردشهای جوی به طریقی طبقهبندی میشوند. در طبقهبندی، افراد بر حسب درجه شباهت خصوصیاتشان یا برحسب رابطهای که میان پدیدهها برقرار است به چند گروه تقسیم میشوند.
|
|
۲-در همه مطالعات سینوپتیکی ارتباط دستکم دو سطح مقیاسی با هم بررسی میشود یکی گردشهای جوی که در مقیاس کلان دیده میشود و دیگری محیط سطحی که در مقیاس کوچکتر قرار دارد.
۳-در همه مطالعات سینوپتیکی اثر تغییرات آبوهوای بر روی محیط سطحی بررسی میشود. نوسانهای درون فصلی و سالبهسال گردشها جوی تعیین کننده آبوهوای سطحی یک دوره معین است.
۴-در همه مطالعات سینوپتیکی تمرکز محقق بر روی منطقه است یعنی منطقه به عنوان واحد مکانی مورد مطالعه محسوب میشود. گردشهای جوی را میتوان در مقیاس سیارهای تا مقیاسهای خیلی کوچک در نظر گرفت، ولی همواره رابطه این الگوهای گردشی با محیط یک منطقه در نظر گرفته میشود.
۱-۵- روش مطالعه آبوهواشناسی سینوپتیکی
دو روش در مطالعه و در طبقهبندی الگوهای گردشی سینوپتیک وجود دارد این دو روش عبارتند از: روش گردشی به محیطی و محیطی به گردشی.
- درروش گردشی به محیطی دادههای محیطی بر اساس الگوهای گردشی ارزیابی میشوند.
- درروش محیطی به گردشی ابتدا رویدادهای محیطی بررسی شده و سپس الگوهای جوی ایجاد کننده آنها تجزیه و تحلیل میشود(یارنال ۱۳۸۵، ۱۰).
برای مثال در روش گردشی به محیطی میتوان گفت: سیستمهای بزرگ سینوپتیکی اَشکال و حالتهای متفاوتی را در جریانات جوی ایجاد میکنند. برخی از این حالتها مانند ناوهها(تراف)[۲]، پشتهها(پشته)[۳]، بندالها (بلوکینگ)[۴] ورودبادها (جتاستریم)[۵]، باعث تغییرات آبوهوایی و ایجاد مخاطرات آبوهوایی میشوند. در این روش پس از شناسایی این اشکال نیواری، تأثیر آبوهوای آنها در سطح زمین مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و امکان پیشبینی مخاطرات فراهم خواهد شد.
در روش محیطی به گردشی ابتدا رخدادهای جوی در سطح زمین طبقهبندی شده رخدادهای ویژه یا فرین(حدی) که اثرات مهمی بر شرایط زیستمحیطی برجای گذاشتهاند انتخاب میشود. سپس سیستمهای سینوپتیکی موجد این رخدادها از نقشههای سینوپتیکی استخراج و مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت. بیشتر مناطق و نواحی ایران، تحت تأثیر عوامل مشخص محلی قرار میگیرند که در الگوی آبوهوای منطقه تغییراتی ایجاد میکند. اما تغییرات ناشی از عوامل محلی محدود بوده واثرات عمیق زیست محیطی ندارند. در حالیکه سیستمهای سینوپتیکی سیارهای و بعضاً مهاجر، باعث تغییرات عمیقی در شرایط آب وهوایی و محیط زیست میشوند. ایران از نظر منطقهای در محدوده آبوهوای مدیترانهای قرار دارد. اما عوامل متعددی (بعضاً سینوپتیکی) سبب بروز زیرگروههای دیگری در این آبوهوا میشود. به سبب گستردگی خشکیهای آسیاو اروپا و آفریقا، اعتدال اقیانوسی تا حدی به داخل خشکی نفوذ میکند. دریای مدیترانه در تابستان منطقه کمبود و در زمستان منطقه مازاد انرژی است. در زمستان موقعی که آب دریا حدود شش درجه سلسیوس گرمتر از خشکی باشد مخزن منحصر به فرد انرژی در دسترس خواهد بود. آرایش خشکی و دریا، تنوع پیچیدهای را در فاصلههای کوتاه نشان میدهد. شکل قرارگیری شبه جزیرهها، جزایر، امتدادهای مداری و نصفالنهاری سواحل، هر کدام در این تنوع پیچیده نقشی دارند. رشتههای کوهستانی ممکن است در مقابل جریان اصلی هوا قرار گیرند و تغییرات محلی مهمی را در منابع آبوهوای این مناطق ایجاد کنند.
ایران نیز در منطقه مدیترانه از یک چنین پیچیدگیهای آبوهوایی برخوردار است. رشتهکوههای زاگرس، البرز، سواحل دریای خزر، خلیج فارس ودریای عمان به این پیچیدگیها افزودهاند. از نظر دینامیکی منطقه ایران یک منطقه انتقالی بین آبوهوای قسمتهای مرکزی آسیایی (که بیشتر ایام سال تحت تاثیر بادهای غربی قرار دارند) و بیابانهای شمال آفریقا و عربستان (که در منطقه تقسیم هوای مرکز پر فشار جنبحارهای قرار دارند) می باشد. در فصل دوم ویژگیهای آبوهوایی ایران و عوامل موثر در آن مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد.
|
|
۱-۶- آمارههای اقلیمی
آمارههای مورد استفاده در اقلیم شناسی عبارتند از شاخصهای مرکزی مانند میانگین حسابی، مد، نما، چارکها و شاخصهای تغییرپذیری مانند دامنه تغییرات، واریانس، انحراف معیار و ضریب تغییرپذیری و ضریب همبستگی و رگرسیون که شامل رگرسیون تک متغیره و رگرسیون چندمتغیره، همچنین اقلیم شناسان برای بررسی الگوهای روند تغییرات از روشهای سری زمانی، تحلیل رگرسیون، تحلیل عامل و تحلیل خوشهای استفاده میکنند. از آنجا که دادههای اقلیمی در فضا گسترده شدهاند از مدلهای آماری فضایی دادههای آب و هوایی مانند مدلهای آمار فضایی، متغیر ساده زمین آمار و چند متغیره خطی استفاده میشود.
آمارههای شاخصهای مرکزی کاربردهای گوناگونی دارند. به طور مثال مقادیر دما که تغییرات گستردهای از روزی به روز دیگر دارند، دارای انحراف معیار پایینتری هستند ولی آن هایی که دارای تغییرات روزانه کمتری هستند دارای انحراف معیار پایینتری هستند این مقادیر برای متغیرهایی مثل تابش، دما، فشار و حجم رطوبت که دارای توزیع کم و بیش نرمالی هستند (یعنی در اطراف یک میزان متوسط متمرکز می شوند) مناسب هستند ولی برای عناصری مثل بارش و سرعت باد که دارای مقادیر صفر هستند یا مقادیر ابرناکی که دارای کرانه های بالا و پائین هستند نامناسب است. در چنین مواردی، مقادیر میانه (۵۰ درصد مرکزی در یک توزیع رقومی رتبه ای) و مقادیر چارک (۲۵ و ۷۵ درصد)، ممکن است معیارهای مناسبی برای بررسی میانگینها و دامنه تغییرات سری دادهها باشند. معیار دیگری که وابسته به میانگین است مقدار بیشترین فراوانی وقوع یا مد (نما) است. مد از طریق دستهبندی مقادیر فراوانیها به صورت دستههای دارای فاصله طبقات یکنواخت (مثل ۰-۵، ۶-۱۱، ۱۱-۱۵) و با مطابقت دادن فراوانی هر طبقه با بالاترین فراوانی در بین طبقات قابل شناسایی است. توزیع فراوانی دادهها در آبوهواشناسی با دوره میانگینگیری رابطه دارد. بنابراین، به طور مثال مقادیر بارش ساعتی دارای چولگی منفی بالایی هستند (تمایل به صفر) در حالی که مجموع سالانه آنها به یک توزیع زنگونهای یا نرمال (گوس) نزدیکتر است. در یک توزیع نرمال۵/۹۴ درصد مقادیر بین ۲+- انحراف معیار از میانگین قرار میگیرند و۷/۹۹ درصد مقادیر بین ۳+- انحراف معیار از میانگین قرار میگیرند برای تفکیک مقادیر دورافتاده یا پرت، که ممکن است باعث بروز خطا در محاسبات گردند و برای کسب نتایج بهتر در یک آزمون، معمولاً آستانه ۴ انحراف از میانگین پذیرفتی است. در یک توزیع نرمال، میانگین، میانه و مد برابر هستند.
داده هایی که به صورت نرمالهای اقلیمی مورد استفاده قرار می گیرند باید مقادیر ساعتی، میانگینهای روزانه، مقادیر روزانه برای میانگینهای ماهانه و مقادیر ماهانه برای میانگینهای سالانه باشند. اگر میانگینهای روزانه مد نظر باشند آن ها باید براساس مقادیر ۲۴ ساعته، مقادیر ۶ ساعته یا میانگین مقادیر بیشینه و کمینه قرائت ها تعیین شده باشند. هر کدام از اینها دارای مقادیر میانگین روزانه متفاوتی خواهند بود. باید یادآور شویم که مبنای این نوع تصمیم گیریها در محاسبات، اغلب در طول زمان تغییر می کند. بنابراین برای کسب نتایج دقیقتر از اطلاعات یک ایستگاه باید عملیات لازم قبل از فرآیند میانگینگیری برای سریهای طولانی مدت صورت گیرد. دادههای گمشده را می توان با استفاده از جایگزینی مقادیر میانگین بلندمدت که اریب در متغیرها ایجاد نمیکنند یا توسط روشهای درونیابی و برونیابی مناسب در بین ایستگاههای مورد استفاده و یا داده های ایستگاههای اطراف تهیه نمود.
به تقریب، تمامی منابع اطلاعاتی مورد استفاده در مطالعات اقلیمی دارای ویژگی های عددی هستند. مهمترین منابع دادههای اقلیمی شبکه جهانی ایستگاههای هواشناسی زمینی با انواع مختلف آنهاست. ایستگاههای هواشناسی جو بالا هم با تراکم کمتر، منابع نقطه ای دیگری است که از ویژگی عددی برخوردارند. دادههای سنجش از دوری بدست آمده از تصاویر ماهوارهای مختلف زمین مرجع و مدار قطبی محیطی و هواشناسی همگی از ویژگی عددی و کمی برخوردارند. منابع داده های سطحی مورد استفاده قابلیت تبدیل به شاخص های عددی دارند. بنابراین امروزه انجام تحلیلهای آب و هواشناسی بدون بهرهگیری از دادههای عددی قابل تصور نیست. از ویژگیهای مهم دادههای مورد استفاده در مطالعات آب وهواشناسی، ویژگی مکانی و زمانی آنهاست. بطوریکه دادهها در طول زمان ثبت شده و شکل میگیرند و تحت تاثیر شرایط حاکم در زمانهای مختلف دارای الگو، روند و نرخ تغییرات متفاوتی است. یعنی در طول زمان دادههای اقلیمی بنابر عوامل موثر مختلف ویژگیهای مختلفی ثبت میکنند. تحلیل روند تغییرات گذشته و حال و تخمین الگوی آنها در آینده مربوط به روشهای تحلیل آماری در اقلیم شناسی است.
|
|
۱-۷- نظریه آشوب در اقلیم شناسی
پیش بینی عناصر و پدیدههای اقلیمی همچون بارندگی، یخبندان، گردوغبار، طوفانها، تنشهای دمایی و رطوبتی و … برای جوامع مختلف بسیار مهم است. به طور مشخص، الگوی روند تغییرات پدیدههای اقلیمی و بارش پدیدههای غیر خطی بزرگی در طبیعت هستند، که با نظریه آشوب یا همان اثر پروانه ای قابل تحلیل باشند. تحلیل مولفههای اصلی، تحلیلهای آماری چندمتغیره (تحلیل عاملی، خوشه ای و رگرسیون چندمتغیره) و مدل سری زمانی از مهمترین روش های آماری هستند که در تحلیلها و مطالعات تغییر اقلیم و پیش بینی مورد استفاده قرار میگیرند.
۱-۸- سریهای زمانی
از روشهایی که از دهههای گذشته در پژوهشهای آب و هواشناسی مورد توجه بوده، مدلهای سری زمانی است. سریهای زمانی از شاخههای آمار و احتمالات است که در علوم مختلفی مانند اقلیم شناسی، اقتصاد، روانشناسی، هواشناسی و … کاربرد فراوانی دارد. دامنه کاربردهای سریهای زمانی روز به روز گستردهتر می شود و نیاز دانش پژوهان در این زمینه افزونتر میگردد. در هر علم، سری زمانی به مجموعهای از آمار و دیدهبانیها با مقادیر ثبت شده از متغیری گفته میشود که در فواصل زمانی مساوی و منظمی مرتب شده باشد. هدف از سری زمانی، تعیین قانونمندی و شناسایی رفتار آن با هدف پیش بینی پدیدهها در آینده است (ویسی پور و همکاران، ۱۳۸۹: ۷). روشهای آماری که این گونه دادههای آماری را مورد استفاده قرار می دهد، روشهای تحلیل سری زمانی نامیده می شود. مانند واکاوی روند تغییرات دمایی و رطوبتی یک ایستگاه هواشناسی در طولانی مدت و پیش بینی روند تغییرات آن در آینده (چتفیلد، ۱۳۷۲).
روشهای سریهای زمانی برای مطالعهی روند تغییرات و پیش بینی آینده متغیرهای اقلیمی در بسیاری از مطالعات در سطح جهان استفاده میشود. تحلیل سریهای زمانی بطور نظری و عملی از زمان آغاز کار جورج. ای. پی. باکس و ام. جنکینس در سال ۱۹۷۰ با عنوان “تجزیه و تحلیل سری های زمانی، پیش بینی و کنترل” به سرعت گسترش یافت. هدف تحلیل سریهای زمانی درک یا به مدل در آوردن سازوکار تصادفی که منجر به مشاهده سری شود میباشد.
پیش بینی مقادیر آینده مجموعه، بر پایه گذشته آن در واکاوی یک سری زمانی چندین هدف ممکن دارد. اهداف را می توان به صورت توصیف، تشریح، پیش بینی و کنترل رده بندی کرد. هر چند توصیف رفتار یک سری زمانی از لحاظ تغییرات موضعی و دراز مدت در آن با مطالعه وابستگیهای موجود بین عناصر سری از بررسیهای متداولی است که روی سریهای زمانی انجام میشود. اما شاید مهم ترین هدف از تحلیل سری زمانی پیش بینی مقادیر آینده آن است. برای یک تحلیل سری زمانی و پیشبینی آینده آن چه باید کرد؟ بدیهی است لازمه اتخاذ هر تصمیمی در این مورد آشنایی با رفتار سری به عنوان تابعی از زمان است.
مدل های باکس جنکینز از مهمترین مدلهای سری زمانی می باشد که کاربرد زیادی در پیشبینی پدیدههایی دارند که در طول زمان شکل میگیرند. در تحلیل سریهای زمانی باکسجنکینز تغییرات حاصل از چهار مولفه اصلی یعنی وجود روند، تغییرات فصلی، تغییرات دورهای و تغییرات نامنظم مد نظر قرار میگیرند (علیجانی و رمضانی، ۱۳۸۱: ۱۵۵؛ عزیزی و همکاران، ۱۳۸۷: ۲۱)
هدف اصلی تحلیل سری زمانی باکس جنکینز یافتن مدل تغییرات و پیش بینی آینده آن (MA)، مدلهای تلفیقی اتورگرسیو، میانگین متحرک (MRMA) و مدل های فصلی است که با برازش و تعیین مدل پیش بینی برای سری …… نرمال شده (مثلاً بارندگی، دما و …) می پردازد.
|
|
پیش بینی: محققین از روشهای مختلفی برای پیشبینی عناصر اقلیمی استفاده میکنند که یکی از آنها سری های زمانی است. پیش بینی جزء اساسی و هدف مدلهای سری زمانی به ویژه در پژوهشهای آب و هوایی است. برای برنامهریزی و مدیریت فعالیتهای مرتبط با پدیدههای آبوهوایی، در بسیاری از زمینهها ضروری است. پیشگویی شرایط و رخدادهای آینده، پیشبینی تعریف شده و چگونگی انجام این عمل، پیش بینی کردن نامیده می شود. پیش بینی مقادیر در آینده وابسته به روند تغییرات در الگوی رفتاری پدیده در گذشته است.
۱-۹- تحلیل رگرسیون
متغیرها و پدیده های اقلیمی و عناصر و دادههای سطحی دارای ارتباط متقابل با هم هستند. اثرگذاری متقابل آنها و تعیین میزان و نوع اثرگذاری با بهرهگیری از روش رگرسیونی قابل آشکار سازی است رابطه بین روند تغییرات دما، بارش، فشار، رطوبت، روزهای یخبندان، مه، روزهای بارش، روز های برفی، زاویه و مدت تابش با ارتفاع، جهت شیب، عرض جغرافیایی، فاصله از پهنه های آبی برخی از انواع روابط مورد توجه در مطالعات آب و هوایی است. استفاده از رگرسیون برای نشان دادن نوع ارتباط و معادله بدست آمده از عرض از مبدأ و زاویه شیب خط رگرسیون برای نشان دادن نوع ارتباط و معادله بدست آمده از عرض از مبدأ و زاویه شیب خط رگرسیون برای تخمین و پیش بینی مقادیر مفقود شده یا متغیر وابسته است. واژه رگرسیون اولین بار توسط فرانسیس گالتون در سال ۱۸۷۷ درباره بازگشت به میانگین معرفی شد. برای گالتون رگرسیون مفهومی زیست شناختی داشت، اما کارهای او توسط کارل پیرسون برای مفاهیم آماری توسعه داده شد. تحلیل رگرسیونی یا تحلیل وایازشی فن و روشی آماری برای تحلیل و مدل سازی ارتباط بین متغیرهاست و به ویژه برای فهم نحوه وابستگی یک متغیر با متغیرهای دیگر استفاده میشود. بطوریکه اغلب تحلیلی برای کمی کردن ارتباط یک متغیر ملاک (متغیر وابسته) و یک چیز متغیر پیشبینی کننده (متغیر مستقل) است. رگرسیون تقریباً در هر زمینهای همچون علوم جغرافیایی و آب وهواشناسی، اقتصاد، علوم زیستی و علوم اجتماعی برای برآورد در پیش بینی مورد نیاز است. بررسی و شناخت رفتار بین متغیرها اساس کار رگرسیون است. تحلیل رگرسیونی، یکی از پرکاربردترین روشها در بین روشهای آماری است. اغلب دو متغیر نسبت به هم رفتارهای متفاوتی دارند. الگوی رابطه بین دو متغیر ممکن است خطی، لگاریتمی، نمایی، سهمی و از این دست باشد. فرآیند رگرسیون دو دسته بندی کلی برای این گونه رفتارها قائل است. یک گروه رگرسیون خطی است و گروه دیگر به رگرسیون غیرخطی معروفاند. گاهی ممکن است ارتباط بین دو متغیر از یک الگوی غیر خطی تبعیت نماید. شیوه های مهم تحلیلهای رگرسیونی به شرح زیر هستند.
رگرسیون خطی ساده
رگرسیون خطی چندگانه
رگرسیون فازی
رگرسیون لجستیک
این تنوع باعث شده است که بتوان به راحتی هر نوع دادهای (اغلب از نوع دادههای پیوسته) را تحلیل کرد و به راحتی نتیجهگیری نمود. برای انجام یک تحلیل رگرسیونی ابتدا تحلیلگر حدس میزند که بین دو متغیر، نوعی ارتباط وجود دارد، در حقیقت حدس میزند که یک رابطه به شکل یک خط بین دو متغیر وجود دارد و سپس به جمع آوری اطلاعات کمی از دو متغیر میپردازد و این دادهها را به صورت نقاطی در یک نمودار دو بعدی رسم میکند.
الف) رگرسیون خطی ساده:
رگرسیون خطی یا وایازی خطی یکی از روشهای تحلیل رگرسیون است. رگرسیون خطی سادهترین و شناختهترین مورد استفاده در پژوهشهای اقلیمی است. رابطه عناصر و پدیده های اقلیمی با همدیگر یا با عوارض سطحی در پژوهشهای آبوهوایی بکار گرفته میشود. در صورتی که در مدل رگرسیون فقط یک متغیر مستقل وجود داشته باشد، مدل را مدل رگرسیون خطی ساده مینامند. شمایی کلی و خلاصه شده از یک تحلیل رگرسیونی ساده به صورت زیر است:
|
|
نخست تحلیلگر حدس می زند که بین دو متغیر نوعی ارتباط وجود دارد، در حقیقت حدس می زند که یک رابطه به شکل یک خط بین دو متغیر وجود دارد و سپس به جمع آوری اطلاعات کمی از دو متغیر می پردازد و این داده ها را به صورت نقاطی در یک نمودار دو بعدی رسم میکند. در صورتی که نمودار نشان دهنده این باشد که داده ها تقریباً (نه لزوماً دقیق) در امتداد یک خط مستقیم پراکنده شدهاند، حدس تحلیلگر تایید شده و این ارتباط خطی به صورت y=ax+b نمایش داده میشود. که در آن a عرض از مبدأ و b شیب این خط است. برای مثال فرض کنید یک محقق قصد دارد اثر دو متغیر عرض جغرافیایی و ارتفاع را بر دما و رطوبت اندازه گیری نماید برای این مطالعه تصاویر عرض جغرافیایی و ارتفاع برای x=50 نقطه اندازهگیری میشود. در آن عرض جغرافیایی و ارتفاع متغیرهای مستقل یا پیش گو و متغیرهای دما و رطوبت متغیر وابسته است.
ب) رگرسیون لجستیک:
وایازش لجستیک یک مدل آماری رگرسیون برای متغیرهای وابسته دوسویی مانند سرما یا گرما، خشکسالی یا ترسالی است. این مدل را میتوان به عنوان مدل خطی تعمیم یافتهای که از تابع لوجیست به عنوان تابع پیوند استفاده میکند و خطا پیش از توزیع چندجملهای پیروی میکند، به حساب آورد. رگرسیون لجستیک، شبیه رگرسیون خطی است با این تفاوت که نحوهی محاسبه ضرایب در این دو روش یکسان نیست. بدین معنی که رگرسیون لجستیک، به جای کمینه کردن مجذور خطاها (کاری که رگرسیون خطی انجام می دهد)، احتمالی را یک پدیده رخ می دهد، بیشینه میکند. همچنین، در تحلیل رگرسیون خطی، برای آزمون برازش مدل و معنیدار بودن اثر هر متغیر در مدل، به ترتیب از آمارههای F و t استفاده میشود، درحالیکه در رگرسیون لجستیک، از آمارههای کای دو (۲ x) و والد استفاده میشود (مومنی، ۱۳۸۷: ۱۵۸). آماره کایدو برای تعیین میزان اثرگذاری متغیر (متغیر مستقل) بر متغیر وابسته و بطور کلی برازش کل مدل است و قابل مقایسه با آماره F در تحلیل رگرسیون معمول است. آزمون والد نیز معنیدار بودن متغیرهای وارد شده در معادله رگرسیون را بررسی میکند و قابل مقایسه با آماره t در رگرسیون معمولی است. در رگرسیون لجستیک از مفهومی به نام نسبت برتری (که نسبت احتمال وقوع حادثه به احتمال عدم وقوع حادثه مورد نظر است) استفاده شده و لگاریتم نسبت برتری محاسبه میشود. این مدل به مدل لجیت معروف است. رگرسیون لجستیک نسبت به تحلیل تشخیص نیز ارجحیت دارد و مهمترین دلیل آن است که در تحلیل تشخیص گاهی احتمال رخداد یک پدیده خارج از طیف (۰) تا (۱) قرار میگیرد و متغیرهای مستقل نیز باید دارای توزیع در داخل محدوده (۰) تا (۱) باشد و رعایت پیش فرض نرمال بودن متغیرهای مستقل لازم نیست.
ج) رگرسیون چند متغیره:
قرارگیری عناصر و پدیدههای اقلیمی در کنار معیارهای دیگر برای سنجش و تصمیمگیری با عنوان تحلیل چند متغیره معروف است. از انواع تحلیلهای چند متغیره در تعیین سهم متغیرهای مستقل در پیشبینی متغیر وابسته میتوان به تحلیل رگرسیون چند متغیره اشاره کرد در تحلیل رگرسیون هدف پیشبینی همزمان چند متغیره وابسته از متغیرهای مستقل یا زیر مجموعهای از آنها باشد از مدل رگرسیون چند متغیری استفاده می شود.
۱-۱۰- تحلیل عاملی
تحلیل عاملی اصطلاحی است کلی برای تعدادی از فنون ریاضی و آماری مختلف (نامرتبط با هم با هدف تحقیق درباره ماهیت روابط بین متغیرهای یک مجموعه معین استفاده میشود. تحلیل عاملی از روشهای چند متغیره است که در آن، متغیرهای مستقل و وابسته مطرح نیست، چون این روش جز تکنیکهای وابسته محسوب میگردد و کلمه متغیرها نسبت به هم وابستهاند. مساله اصلی تعیین این مطلب است که آیا تعداد زیادی متغیر اصلی را میتوان به مجموعه کوچکتری از متغیرها، با کمترین میزان ریزش اطلاعات تبدیل کرد.
|
|
از روش تحلیل عاملی یا factor Analysis برای پی بردن به متغیرهای زیربنایی یک پدیده یا خلاصهسازی مجموعهای از دادهها استفاده میشود. دادههای اولیه برای تحلیل عاملی، ماتریس همبستگی بین متغیرها است. تحلیل عامل به متغیرهای وابسته از قبل تعیین شدهای ندارد. تحلیل عاملی تکنیکی است که کاهش تعداد زیادی از متغیرهای وابسته به هم را به صورت تعداد کوچکتری از ابعاد پنهان عاملها امکان پذیر میسازد. به طوری که در آن کمترین میزان گم شدن اطلاعات وجود داشته باشد. هدف اصلی آن، خلاصه کردن دادهها است. این روش به بررسی همبستگی درونی تعداد زیادی از متغیرها میپردازد و در نهایت آنها را در قالب عاملهای عمومی محدودی دستهبندی و تبیین میکند. بنابراین ارزش تحلیل عاملی این است که طرح سازماندهی مفیدی به دست میدهد که میتوان آن را برای تفسیر انبوهی از رفتار با بیشترین صرفهجویی در سازهها تبیین کننده، به کار برد. تحلیل عاملی در پهنه بندی اقلیمی استفاده میشود.
۱- ۱۱- تحلیل خوشهای
تحلیل خوشهای مجموعه از مشاهدات را به دو یا چند گروه نامعلوم و ناسازگار متقابل طبقهبندی میکند. که براساس ترکیبهایی از متغیرهای بازهای قرار دارند. تحلیل خوشهای گروههای نامعلوم را طبقهبندی میکند. این روش اجازه انتخابهای زیادی درباره طبیعت الگوریتم برای ادغام گروهها را میدهد. هر انتخاب ممکن است، موجب ساختار گروههای متفاوتی شود. تحلیل خوشهای گروهبندیهای جدیدی را بوجود میآورد. بدون هیچ تصوری که از قبل فرض شده باشد. در مورد این که چه خوشههایی ممکن است به وجود آیند. تفاوت تحلیل خوشهای و تحلیل تشخیص در این است که در تحلیل تشخیص گروهها (خوشهها) از قبل تشکیل شدهاند و هدف از تحلیل آن است که ترکیب خطی آن دسته از متغیرهای مستقلی که گروهها را به بهترین نحو از یکدیگر تفکیک میکنند تعیین شود، اما در تحلیل خوشهای گروهها از قبل تعیین نشدهاند بلکه هدف این است که بهترین روشی را که بتوان از طریق آن متغیرها را در گروههایی مشخص خوشهبندی کرد تعیین شود. اقلیمشناسان از تحلیل خوشهای برای شناسایی مناطق همگن اقلیمی در مقیاسهای مکانی متفاوت استفاده فراوان کردهاند. در روابط با موضوعهای آب و هوایی که از تحلیل خوشهای استفاده کردهاند.
۱-۱۲- مدلهای فضایی
ماهیت مکانی دادههای مورد استفاده در انواع موضوعات آب و هواشناسی آنها درا با متغیرهای مکانی دیگری پیوند میدهد. ارتباط با عوامل و متغیرهای دیگر مکانی، ویژگیهای قطعی و روند تغییرات دادههای اقلیمی را مشخص میکنند. تعادل و برهمکنش بیان عناصر جوی و عوارض و دادههای سطحی ایده وابستگی و ارتباط فضایی آنها و در نتیجه روش مطالعه مشخصی معرفی کرده است. بنابراین در بررسیهای محیطی و آب و هوایی اغلب با دادههایی روبرو میشویم که مستقل نیستند و به نوعی وابستگی آنها ناشی از موقعیت و مکان قرار گرفتن دادهها در فضای مورد بررسی یا زمان مشاهده آنهاست. تحلیل این گونه مشاهدات که دادههای فضایی نامیده میشوند، به دلیل وجود همبستگی فضایی بین آنها، با روشهای معمول آمار از دقت لازم برخوردار نیست و لازم نیست به نحوی ساختار همبستگی دادههادر تحلیل آماری دادهها منظور شود.
۱-۱۳- تحلیل فضایی دادههای آب و هوایی
برآورد تغییرات مکانی عوامل آب و هواشناسی در بسیاری از مطالعات اقلیمی اجتناب ناپذیر است. اما به دلیل امکان ناپذیری پوشش کامل زمین با ایستگاههای اندازهگیری برآورد دادههای نقطهای در مناطق بین ایستگاهها مطرح میگردد. برآورد تغییرات مکانی دادههای نقطهای بدون توجه به چگونگی انتخاب روش مناسب میتواند از عوامل مهم ایجاد خطا در برآورد و انجام مطالعات آتی وابسته به آن باشد. سپس استفاده از قابلیتهای سامانه اطلاعات جغرافیایی با هدف استخراج توزیع مکانی متغیرهای اقلیمی در قالب شبکههای سلولی و یا مدلهای برداری ضروری میگردد. با توجه به اهمیت توزیع مکانی عوامل اقلیمی با استفاده از دادههای نقطهای موجود، تهیه یک راهنما برای انتخاب بهترین روش جهت توزیع مکانی با توجه به اینکه یک روش علمی و جهانی برای تهیه نقشههای عوامل آب و هواشناسی وجود ندارد بیشتر احساس میشود. در پژوهشهای آبوهوایی اغلب برای تبدیل دادههای نقطهای به دست آمده از انواع ایستگاههای هواشناسی، به اطلاعات سطحی از مدلهای فضایی استفاده میشود. عمدهترین روش جامعه مورد استفاده به استفاده ساده از درونیابیها که متغیر پیشبین آنها فاصله است، محدود میشود. یعنی فقط عامل فاصله تعیین کننده در پیشبینی و برآورد دادههای فضایی مجهول است. با این فرض پایهای که دادههای نزدیک به هم از شباهت بیشتری نسبت به دادههای دورتر برخوردار هستند. هرچند مشکلات و مسائلی در بهره گیری از روشهای تحلیل فضایی وجود دارد که دقت خروجی مدلها را محدود میکند. از جمله اینکه در استفاده از ایستگاههای هواشناسی پراکنده و ناهمگن بعضا اثر ناهمواریها و عوارض مؤثر محیط نادیده گرفته میشود. بطوریکه در تخمین مقدار و روند تغییرات عناصر اقلیمی، عوامل مختلفی همچون ارتفاع، میزان و جهت شیب سطحی، عرض جغرافیایی، فاصله از دریا، جنگل و سکونتگاه ها تأثیرگذارند. وابستگی مکانی و فضایی دادههای آب و هوایی به منابع و عوارض مختلف سطحی و موقعیت مطلق و نسبی آنها سبب توجه به روشهای تحلیل چند متغیره فضایی شده است.
|
|
امروزه برای تخمین و پیشبینی پدیدهها و پیامدهای مختلف آب و هوای نزدیک به سطح زمین از روشهای تحلیل فضایی چند متغیره استفاده میشود. گستردگی موضوعات کاربردی مرتبط با آب وهوا سبب ارائه روش های تحلیل متعددی شده است. آب وهوا در ابعاد مختلف موضوعی، مقیاس و روششناسی می تواند دستهبندی شود. در بحث موضوعی، آ بوهواشناسی در راستای نیازهای روز انسانی بسیار گسترش یافته و شاخه های متعددی در آن ایجاد شده است. آبوهواشناسی در راستای روز انسانی، بسیار گسترش یافته و شاخه های متعددی در آن ایجاد شده است. آبوهواشناسی شهری، آلودگی هوا، جزیره های گرمایی شهر، ویژگی های وزش باد، بیلان انرژی و اثر و پیامدهای آنها بر کیفیت زیست شهروندان، و برنامهها و راهحلهای مدیریت و سازگاری با آنها، آب وهواشناسی کشاورزی، تغییر اقلیم، اثر تغییر اقلیم در تأمین نوع و میزان مواد غذایی، اثر رژیم غذایی در تغییر اقلیم، پایش و پیشبینی شرایط آینده در تولید محصولات راهبردی و با ارزش غذایی، مخاطرات آب وهوایی، طوفانهای گرد و غبار و تندرها، سیلاب و خشکسالیها، نوسانات و ناهنجاریهای اقلیمی، بارشی و دمایی، یخبندانها و گرمایش جهانی.
در رابطه با آبوهوا با گسترش دامنه کارکردی آن، انواع دادهها، و اطلاعات مورد استفاده قرار میگیرند. ویزگی اساسی همه آنها ماهیت مکانمند بودن آنهاست. دادههای ایستگاهی که شاید با ارزشترین و پرکاربردترین منابع دادههای علوم جوی در سطح جهان باشند. دادههای سنجش از دور بدست آمده از تصاویر ماهوارههای مدار قطبی و زمین مرجع که در مطالعات آبوهواشناسی از دو نوع ماهوارههای محیطی و هواشناسی استفاده میشود. کیفیت دادههای سنجش از دوری با قدرت تفکیکهای مکانی، زمانی، طیفی و رادیومتری تعیین میشود. دادههای شبکهبندی شده دوباره پردازش شده جهانی که توسط سازمانهای عمدتاً آمریکایی تهیه و در سطح جهان ارائه میشوند. کیفیت دادههای شبکهبندی باز پردازش شده همانند تصاویر ماهوارهای وابسته به ابعاد شبکههای آنهاست. شبکههای ۵/۲*۵/۲ ، تا ۲۵/۰ توسط پایگاههای دادهای ارائه میشود. دادهها و اطلاعات مربوط به سایتهای مطالعات موردی که در سطح جهان با اهداف مختلفی توسط پژوهشگران، و سازمانهای مختلف انجام میشود. همانند رسوبات دریاچهها، تالابها، غارها، حلقههای درختی و رسوبات بادی از آن جمله منابع مورد مطالعه در سطح جهان است.
۱-۱۳-۱ مدلهای آمار فضایی(درونیابی)
دادههای نقطهای، دادههایی هستند که در مکان یا مکان معینی (مانند ایستگاههای هواشناسی) اندازهگیری می شوند. با هدف تهیه نقشههای توزیع مکانی و مطالعه الگوهای مکانی دادههای نقطهای طی فرآیندهای درونیابی به سطح تعمیم مییابند. درونیابی مکانی فرآیندی است که در آن با استفاده از تصاویر اندازهگیری شده در نقاط معلوم، مقادیر نقاط مجهول برآورد میشود. برای انتخاب روش مناسب تحلیل دادههای مکانی اقلیمی لازم است، نخست شناخت کلی از دادههای مکانی کسب شود. شناخت رفتار دادههای مکانی میتواند در دو مرحله صورت گیرد.
|
|
۱) بررسی آماری دادهها
۲) بررسی عوامل مؤثر بر متغیر مورد نظر.
اطلاعات دانش از این عوامل میتواند در انتخاب روش و تفسیر نتایج کمک مؤثری نماید. اغلب برای درونیابی از سامانه اطلاعات جغرافیایی با هدف استخراج توزیع مکانی متغیرهای مختلف آب وهواشناسی در قالب شبکههای سلولی و یا مدلهای برداری استفاده میگردد. روشهای مختلفی برای درون یابی دادهها وجود دارد که در این گفتار بطور کوتاه تشریح میشود.
۱-۱۳-۱-۱ درونیابهای قطعی یا جبری
درونیابی قطعی بر نقاط اندازهگیری متکی است و برای درونیابی از توابع ریاضی استفاده میکند. این درون یابی فرض میکند که تخمین پدیده مورد نظر قطعی انجام میشود و با خطا مواجه نیست، بنابراین درونیابی جبری یک درونیاب غیر احتمالی است. این درونیابی به کمک اندازهگیریهای نقطهای دقیق انجام میشود و اگر فرض شود که این اندازهگیری ها بدون خطا انجام گرفتهاند آنگاه تابع درونیابی به گونهای تعیین می شود که مقادیر برآوردی دقیقاً با مقادیر اندازهگیری شده برابر شوند. این درونیابی دقیق (Exact) است و مقادیر برآوردی تنها تابعی از ساختار مکانی متغیر موردنظر است و در آن نشانی از تغییرات تصادفی وجود ندارد.
درونیابی جبری بر دو گروه سراسری (global) و محلی (local) تقسیم میشود. در درونیابی سراسری برای برآورد نقاط مجهول از دادههای همه نقاط اندازهگیری شده استفاده میشود، اما در بدل محلی از دادههای همه نقاط برداشت شده برای برآورد مقدار نقطه مجهول استفاده نمیشود. در این روش ممکن است تعداد نقاط محدودی که تا نقطه مورد نظر کمترین فاصله را دارند در درونیابی بکار گرفته شوند یا از دادههایی استفاده شود که تا نقطه موردنظر کمترین فاصله را دارند. به بیانی دیگر در این روش نقاط همسایه براساس تعداد یا فاصله تعریف میشوند. اگر تغییرات مکانی متغیر زیاد باشد مدلهای محلی نتایج بهتری بکار گرفته میشوند در کیفیت نتایج تاثیر بسزایی دارد.
از آنجا که اندازهگیریها همواره با تعدادی خطا همراهند و برآوردها نمیتوانند دقیق تر از اندازهگیری باشند، لذا روشهای درونیابی جبری تنها زمانی سودمند خواهند بود که مقدار خطای اندازهگیری به اندازه کافی کوچک باشد. از این گذشته اگر تغییرات مکانی خیلی زیاد باشد، مدلهای زمین آماری نتایج بهتری دارند.
در روشهای قطعی یک چند رویه به مجموعه نقاط مشاهدهای (Z) در مختصات معلوم برازش داده می شود. درونیاب قطعی میتوانند، دقیق و یا تقریبی باشند به طوری که اگر مقادیر مشاهدهای به مقادیر (دقیق) بدون خطا و یا عدم قطعیت در محلهای نمونهگیری تلقی شود، استفاده از یک روش دقیق برای درونیابی توصیه می شود ولی اگر مقداری عدم قطعیت برای متغیر در نظر گرفته شود، ممکن است یک روش هموار انتخاب شود. لذا در این بستر توابع ریاضی مختلفی برای برازش سطوح درونیابی به نقاط معلوم میتوانند، استفاده شوند، روشهای چندجملهای و اسپلاین از جمله توابع مورد استفاده در روشهای قطعی هستند. از مهمترین روشهای دیگری که در این دسته قرار میگیرند، روش عکس فاصله، تیسن و مثلث بندی است.
[۱]– Barry & Pery
[۲] -Trough
[۳] -Ridge
[۴] -Blocking
[۵] -Jetstream
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.