۲۰۰۴۵پ
per
بررسی و ارزیابی روند تغییرات بارش و متغیرهای وابسته با استفاده از روش‌صهای تجزیه مد تجربی (EMD) و خوشه بندی مکانی
Investigating changeability of precipitation and related variables using Emprical Mode Decomposition algorithm and spatial clustring
/فرهاد علیزاده
: مهندسی عمران
، ۱۳۹۷
، افشار
۱۴۹ص
چاپی - الکترونیکی
کارشناسی ارشد
آب و سازه‌های هیدرولیکی
۱۳۹۷/۰۸/۱۶
تبریز
تحلیل و ادراک رفتار بارش بر اساس مقیاس منطقه‌صای و محلی جزئی بسیار مهم در مدیریت و برنامه‌صریزی منابع آب می‌صباشد .بدون توجه به این که یک مکان در اقلیم مرطوب یا خشک قرار دارد، آگاهی از روند تغییرات بارش یک مکان می‌صتواند بسیاری از مدیران و دست اندرکاران مرتبط با آب را نسبت به تصمیم‌صگیری‌صهای آینده خود در ارتباط با اجرای پروژه‌صهای عمرانی یاری دهد .با توجه به قرارگیری بخش‌صهای زیادی از ایران در کمربن‍ـد خش‍ـک و نیم‍ـه خشک جهان از یک سو و همچنین نقش تعیین کننده‌صای که نزولات جوی در تأمین آب کشور برعهده دارند از سوی دیگر، باعث شده ک‍ـه آگ‍ـاهی بیش‍ـتر نس‍ـبت ب‍ـه روند تغیی‍ـرات ب‍ـارش در ای‍ـران از اهمی‍ـت چش‍ـمگی‍ـری برخودار باشد .تحقیق حاضر روش‌صصهایی بر اساس تئوری اطلاعات) انتروپی کلاسیک و انتروپی انرژی اساس (و مدل‌صهای هیبریدی با استفاده از موجک گسسته، موجک پیوسته و تجزیه مد تجربی یکپارچه به همراه تکنیک‌صهای خوشه بندیmeans - kو نقشه‌صهای خود سازمانده (SOM) را ارائه کرده است تا بتوان عدم قطعیت‌صهای بارش را اندازه‌صگیری و تحلیل کرد .داده‌صهای ماهانه، فصلی و سالانه طی سال‌صهای ۱۹۶۰ تا ۲۰۱۰ در ۳۱ ایستگاه باران‌صسنجی در کل ایران انتخاب شدند تا در مدل‌صهای پیشنهادی مورد استفاده قرار گیرند .در ابتدا تغییرصپذیری سری زمانی بارش ماهانه، فصلی و سالانه با استفاده از شاخص نظم حاشیه‌صای مورد بررسی قرار گرفت .تغییرات درون‌صسالی و درون دهه‌صای نیز با استفاده از شاخص نظم تفکیک سالانه (AOI) و دهه‌صای (DAOI) مورد بررسی قرار گرفت .سری زمانی AOI حاصل با استفاده از تبدیل موجک پیوسته به حوزه زمان-فرکانس تبدیل شد تا بتوان ویژگی‌صهای اصلی AOI را استخراج کرد .نتایج انتروپی کلاسیک و شاخص نظم نشان داد که بارش ایران در شمال و غرب ایران بسیار نامنظم و تغییرپذیر هستند .از سویی دیگر، پیش‌صپردازش داده‌صهای ماهانه و سالانه با استفاده از موجک پیوسته) فقط ماهانه(، موجک گسسته و تجزیه مد تجربی یکپارچه) (EEMD) ماهانه و سالانه (انجام پذیرفت .تحلیل‌صهای چند-رزولوشنی ویژگی‌صهای عمده سری زمانی بارش اصلی را از طریق آشکارصسازی ساختار داده‌صها در حوزه زمان-فرکانس مشخص کرد که از طریق تحلیل سری زمانی خام در دسترس نبوده است .در ادامه مفهوم انتروپی انرژی-اساس بروی زیرص-سری‌های حاصل اعمال شد تا بتوان عدم قطعیت‌صها، بی‌صنظمی‌صها، پراکندگی‌صها و تنوع در این زیر سری‌ها را اندازه‌صگیری نمود .انتروپی‌صهای حاصل به عنوان مبنای منطقه‌صبندی بارش واردmeans - kو SOM شدند .شاخص‌صهای آماریDavis Bouldin index ، Dunn index و Silhouette coefficient indexجهت بررسی عملکرد نتایج منطقه‌صبندی بارش مورد استفاده قرار گرفتند و ملاحظه شد که روش‌صهای تحلیلی متفاوت در مقیاس‌صهای زمانی متفاوت، نتایجی مختلف را نشان دادند .تعداد خوشه‌صهای بهینه در هر روش متفاوت بوده و تعداد بهینه آنها بین ۵ تا ۷ متغیر بوده و تحلیل‌صهای بیشتر بروی این خوشه‌صها انجام پذیرفت .خروجی این تحلیل‌صها نشان داد که خوشه‌صهای حاصل شده از مدل‌صهای منطقه‌صبندی بارش، دارای الگویی منحصر به فرد از انتروپی انرژی-اساس در مقیاس‌صهای زمانی متفاوت می‌صباشد .نتایج خوشه‌صبندی همچنین نشان داد که تشابه هیدرولوژیکی) تغییرات چند-مقیاسی بارش (بر اساس همسایگی منطقه‌صای) جغرافیایی (نبوده است .در ادامه الگوی متوسط انتروپی انرژی-اساس محاسبه شد تا مشخصات کلیدی بر اساس آنالیزصها مشخص شود .اعتبارصسنجی خوشه‌صهای همگن عملکرد مفید روش‌صهای پیشنهادی در منطقه‌صبندی بارش را نشان داد .تحلیل‌صهای بیشتر بر اساس ارتباط موجکی انجام شد تا با انتخاب ایستگاه‌صهای باران‌صسنجی مرکزی خوشه‌صها به بررسی ارتباط ممکن بین تغییرات بارش در مقابل دما، باد، شاخص چند متغیره انسو(MEI) ، نوسانات آتلانتیک شمالی (NAO) و انتلانتیک شرقی (EA) پرداخته شود .نتایج نشان داد به جز NAO مابقی متغیرهای آب و هوایی در تغییرپذیری رفتار بارش ایران) در طی سال‌صهای۲۰۱۰) - ۱۹۶۰اثرگذار می‌صباشند
Understanding precipitation on a regional basis is an important component of water resources planning and management. Sufficient knowledge about the changeability of precipitation in a specific region (rainy or dry) can provide useful information for the managers and administrators about decision making for the future civil projects. By considering the fact that most regions of Iran is located in arid and semi-arid areas in one hand,and important role of precipitation in supplying water resources in Iran in other hand, it is ver crucial to determine the changes of precipitation based on the available knowledge.The present study outlines a methodology based on information theory (classic and energy-based) and hybrid models using discrete wavelet transform (DWT), continuous wavelet transform (CWT) and Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) combined with self-organizing map (SOM) and k-means clustering techniques, to measure and analyze the complexity of precipitation. Historical monthly, sesonal and annual precipitation data from 1960 to 2010 at 31 rain gauges across Iran were selected to be applied in proposed models. At first, the variability of monthly, seasonal and annual precipitation series was studied using the marginal order index (MOI). To investigate the intra-annual and decadal distribution of monthly and annual precipitation values, apportionment order index (AOI) and decadal AOI (DAOI) were applied to the time series. Continuous Wavelet Transform was used to decompose the AOI time series into time-frequency domains. Decomposition of the AOI series into different zones helped to identify the dominant modes of variability and the variation of those modes over time. The results revealed the high disorderliness in the amount of precipitation for different temporal scales based on disorder indices.The multi-resolution analysis based on DWT, CWT and EEMD approaches segregated the major features of the original precipitation series by unfolding the structure of the time series which was often ambiguous. The entropy concept was then applied to components obtained from CWT to measure dispersion, uncertainty, disorder, and diversification of subcomponents. According to the pattern of entropy across the scales, each cluster was assigned an entropy signature that provided an estimation of the entropy pattern of precipitation data in each cluster. The entropy values was fed into k-means and SOM clustering techniques.Three validity indices namely Davis Bouldin, Dunn and Silhoette coefficient was applied to evaluate the capability of spatio-temporal models and it was observed that results differed for various model and related temporal scales. The validity of the homogeneous clusters demonstrated the usefulness of the proposed approach to regionalize precipitation. Further analysis based on wavelet coherence (WTC) was performed by selecting central rain gauges in each cluster and analyzing against wind, Multivariate ENSO index (MEI), and East Atlantic (EA) and North Atlantic Oscillation (NAO), indexes. The results revealed that all climatic features except NAO influenced precipitation in Iran during the 1960-2010 period
Investigating changeability of precipitation and related variables using Emprical Mode Decomposition algorithm and spatial clustring
علیزاده، فرهاد
Alizadeh Gharamaleki, Farhad
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
