تحلیل احتمالاتی شدت و مدت خشک سالی استان خراسان شمالی با استفاده از تابعهای کاپولا
نویسندگان
1 دانش آموخته دکتری علوم و مهندسی آبخیز، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
2 دانش آموخته کارشناس ارشد هیدروژئومورفولوژی، دانشگاه حکیم سبزواری
3 استادیار گروه مهندسی طبیعت، دانشکده کشاورزی شیروان، دانشگاه بجنورد
doi
10.22092/wmrj.2022.359052.1479چکیده
مقدمه و هدفخشکسالی ها مجموعه ای از اثرهای محیطزیستی، اجتماعی و اقتصادی منفی را در یک منطقه یا کشور دارند. از اینرو استفاده و تحلیل از یک شاخص ماهانه که بتواند علاوه بر اندازهی بارش، اثر تبخیر را نیز در اندازهی عددی شاخص در نظر بگیرد، در تعیین سنجههای خشکسالی بسیار مفید است. سنجههای مختلف نیز ترکیبی از متغیرها با توزیع حاشیهای متفاوت بوده و بهاین منظور تحلیل آماری آنها مشکل است. بنابراین برای تعیین ساختار وابستگی بین دو یا چند متغیر تصادفی میتوان از تابعهای کاپولا استفاده کرد که توزیع حاشیهها از مدلسازی ساختار وابستگی بین متغیرها جدا میشود.مواد و روشهادر این پژوهش از شاخص شناسایی خشکی (RDI) برای تعیین شدت و فاصلههای خشکسالی شش ایستگاه هواشناسی استان خراسان شمالی بین سالهای 1397-1367 استفاده شد، و از تابعهای کاپولا به منظور تحلیل همزمان شدت و مدت مزبور نیز استفاده شد. 26 تابع مختلف کاپولا با استفاده از اندازههای آماره های مختلف بررسی شد. همچنین از دو روش بهینه سازی محلی و شبیه سازی مونت کارلوی زنجیرهی مارکف با تخمین گر بیزین جهت برآورد عددی توزیع پسین سنجههای کاپولای منتخب استفاده شد. برای ارزیابی برازش کاپولاهای مختلف نیز از معیارهای رایج اندازه گیری برازش مناسب کاپولاهای مختلف شامل میانگین مربعهای خطا، معیار اطلاعات بیزی، اطلاعات آکائیکه و معیارکارایی نش-ساتکلیف استفاده شد.نتایج و بحثدر تمام ایستگاه ها اندازهی ضریب همبستگی با دو آزمون پیرسون و کندال مثبت بود و روند یکسانی داشتند. نتایج آزمون کولموگروف اسمیرنوف در سطح معنی داری پنج درصد جهت انتخاب توزیع بهینه نشان داد که توزیع پارتوی تعمیم یافته برای شدت و مدت خشک سالی ایستگاه بجنورد و توزیع نمایی برای سایر ایستگاه ها به عنوان توزیع برازش یافته مناسبتر است. تابع بهینه برای ایستگاه های بجنورد و مانه و سملقان تابع بور، ایستگاه های جاجرم و شیروان، تابع جو، ایستگاه فاروج، تابع گالامبوس و ایستگاه اسفراین، تابع BB1 بود. نتایج روش بهینهسازی محلی مطابقت بالایی با روش مونت کارلوی زنجیرهی مارکف دارد. برای دورهی بازگشت 100 ساله در ایستگاه بجنورد شدت خشکسالی 6/8، در ایستگاه اسفراین شدت خشک سالی 7/8، در ایستگاه فاروج شدت خشکسالی 7/5، در ایستگاه جاجرم شدت خشکسالی 7/8، در ایستگاه مانه و سملقان شدت خشکسالی 8 و در ایستگاه شیروان شدت خشکسالی 8/2 بهدست آمد.نتیجهگیری و پیشنهادهااین پژوهش، قابلیت بالای تابعهای کاپولا در حل مسائل دو متغیره را نشان داد و استفاده از تمام تابعهای ممکن در انتخاب توزیع های حاشیه ای و کاپولا در حل مسائل را توصیه میکند. همچنین مطابقت بالای دو روش بهینه سازی محلی و مونت کارلوی زنجیرهی مارکف برای برآورد فراسنجههای تابعها بهدلیل طول دورهی آماری کم استفاده است. بررسی قابلیت های این تابعها در حل موضوعهای چندمتغیره، اجرای سایر برآوردگرهای مونتکارلوی زنجیرهی مارکف و استفاده از داده های طولانی تر برای مقایسهی الگوهای مختلف بهینه سازی در پژوهشهای آینده پیشنهاد می شود.