فایل آشکارسازی تغییرات بارش استان کرمانشاه با مدل های آماری

جزئیات و دریافت

چكيده:

با روند گرم شدن کره زمین و ارزشمند تر شدن منابع آب به دلیل رشد جمعیت و نیاز صنایع و کشاورزی، بررسی های متعددی همسو با برنامه های حفاظت و حراست از آب در راستای بررسی تغییرات بارش و برنامه ریزی در زمینه مواجهه با تبعات تغییرات مثبت و منفی صورت گرفته است. هدف در اين تحقيق مطالعه انحراف احتمالي عنصر  اقليمي بارش در استان کرمانشاه از حالت نرمال مي­باشد.  براي بررسي تغييرات اقليمي و دگرگوني بارش از آزمون های آماری  من کندال و آریما در ايستگاه های سينوپتيك استان کرمانشاه (کرمانشاه، اسلام آباد غرب، کنگاور، روانسر و سر پل ذهاب ) طی دوره آماری (1988 تا سال 2012) بر مبنای شاخص هاي بارش باران استفاده گرديد. نتایج این تحقیق نشان می­دهد که: آزمون من کندال در سطح NORMAL- Z و سطح P- VALUE در  ایستگاههاي کرمانشاه، اسلام آباد ، کنگاور ، روانسر و سرپل ذهاب ، به انجام رسيد و این آزمون وجود روند تغییرات بارش در خلال دوره آماری 25 ساله را به خوبي نشان مي دهد و تأييد مي كند.  بر اساس میزان آمار T بدست آمده از جدول و نیز سطوح معنی داری و خطای برآوردی می توان نتیچه گرفت که بر اساس چهار مدل آریما، مدل SARIMA(1,1,1)(1,1,1)12  و SARIMA(1,1,0)(0,1,1)12  با کمترین سطح معنی داری نزدیک به سطح خطای 01/0 و میزان آماره T در سطح قابل قبول بیشترین می تواند بهترین برازش را ارائه دهد. در نتيجه در استان کرمانشاه مجموع بارندگی سالانه دارای بیشترین تغییرات می باشد.

فصل اول: کلیات پژوهش

عنوان ...................................................................................................................................صفحه

1-1- مقدمه   ............................................................................................................................................................................2

1-2- بیان مسأله   .....................................................................................................................................................................3

1-3- سؤالات اصلی پژوهش .....................................................................................................................................................4

1-4- فرضیات پژوهش  .............................................................................................................................................................4

1-5- هدف پژوهش  ..................................................................................................................................................................4

1-6- ضرورت واهمیت پژوهش .................................................................................................................................................4

1-7- پیشینه­ی پژوهش ..............................................................................................................................................................5

فصل دوم: مبانی نظری پژوهش

2-1- مقدمه ............................................................................................................................................................................14

2-2- نقش عوامل انسانی در تغییرات اقلیمی وارزیابی اثرات آن ............................................................................................14

2-3- تعریف سری زمانی .........................................................................................................................................................15

2-4- ویژگی­های­ سری­های زمانی ..........................................................................................................................................16

2-5- تقسیم بندی سری­های زمانی ........................................................................................................................................16

2-6- مؤلفه­های اصلی سری زمانی .........................................................................................................................................17

2-6-2- روند خطی ..................................................................................................................................................................18

2-6-3- نوسانات کوتاه مدت ...................................................................................................................................................18

2-6- 3-1- نوسانات فصلی ....................................................................................................................................................18

2-6-3-2- نوسانات چرخه­ای ..................................................................................................................................................19

2-6-4- نوسانات نامنظم .........................................................................................................................................................20

2-7- انواع روش­های بررسی روند ............................................................................................................................................................20

2-7-1- محاسن روش­های ناپارامتری .....................................................................................................................................................20

2-7-2- معایب روش­های ناپارامتری .......................................................................................................................................................21

فصل سوم: ویژگی­های جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

3-1- مقدمه .............................................................................................................................................................................23

3-2- انتخاب ایستگاهها ..........................................................................................................................................................24

3-3- موقعیت ایستگاهها .........................................................................................................................................................24

3-4- دوره­ی آماری و روش استخراج داده­ها ..........................................................................................................................25

3-5- ویژگی­های توپوگرافی استان ..........................................................................................................................................25

3-5-1- ارتفاعات .....................................................................................................................................................................25

3-5-1-1- سلسله ارتفاعات مهم استان .................................................................................................................................26

3-5-1-1-1- ارتفاعات پاوه ....................................................................................................................................................26

3-5-1-1-2- ارتفاعات حوالی شهر کرمانشاه ........................................................................................................................26

3-5-1-1-3- ارتفاعات حد فاصل مناطق گرمسیری وسرد سیری ........................................................................................27

3-5-1-1-5- ارتفاعات حد فاصل صحنه، کنگاور وسنقر ......................................................................................................27

3-5-2- واحدهای توپوگرافی در استان کرمانشاه ...................................................................................................................28

3-5-2-1- کوهپایه .................................................................................................................................................................28

3-5-2-2- دشت­ها .................................................................................................................................................................28

3-6- آب و هوا ........................................................................................................................................................................29

3-6-1- بارش ..........................................................................................................................................................................29

3-6-2- دما .............................................................................................................................................................................31

3-6-3- توده­های هوای مؤثر بر منطقه ..................................................................................................................................31

3-6-3-1- کم فشار ایسلند ....................................................................................................................................................31

3-6-3-2- کم فشار مدیترانه ..................................................................................................................................................31

3-6-3-3- توده پرفشار سیبری ..............................................................................................................................................32

3-6-3-4- کم فشار سودانی ...................................................................................................................................................32

فصل چهارم: مواد و روش پژوهش

عنوان ....................................................................................................................................صفحه

4-1- مقدمه .............................................................................................................................................................................34

4-2- مدل­های ARIMA ....................................................................................................................................................34

4-2-1- تشخیص مدل آزمایشی .............................................................................................................................................35

4-2-1-1- پیش بینی با مدل ARIMA  ...........................................................................................................................35

4-2-2- مدل­های مرکب (اتورگرسیو ومیانگین متحرک) ARIMA ...........................................................................................36

4-3- تحلیل روند با استفاده از مدل MANN- KENDALL ................................................................................................37

4-4- تجزیه و تحلیل رگرسیون ........................................................................................................................................................39

4-4-1- خط رگرسیون بهترین برازش ...........................................................................................................................................39

فصل پنجم: یافته­های پژوهش

5-1- مقدمه .............................................................................................................................................................................42

5-2- آماره­های توصیفی بارش ایستگاههای مورد مطالعه ......................................................................................................42

5-3- تحلیل روند .....................................................................................................................................................................52

5-3-1- تحلیل روند خطی وپلی نومیال مرتبه­ی 6 مجموع بارندگی ایستگاههای مورد مطالعه ...........................................52

5-4- بررسی همبستگی مقادیر بارندگی ماهیانه واقعی وپیش بینی شده در ایستگاههای مورد مطالعه ................................55

5-5- تحلیل روند با استفاده از آزمون من کندال ....................................................................................................................57

5-6- بررسی روند بارش بر اساس تجزیه تحلیل سری زمانی در ایستگاههای مورد مطالعه .................................................61

5-6-1- ایستگاه کرمانشاه .......................................................................................................................................................61

5-6-1-1- مدل­سازی بارش ...................................................................................................................................................61

5-6-1-2- بررسی فرضیات بنیادی مدل ................................................................................................................................62

5-6-2- ایستگاه اسلام آباد غرب ............................................................................................................................................66

5-6-2-1- مدل­سازی بارش ...................................................................................................................................................66

5-6-2-2- بررسی فرضیات بنیادی مدل ................................................................................................................................67

5-6-3- ایستگاه کنگاور ..........................................................................................................................................................71

5-6-3-1- مدل­سازی بارش ...................................................................................................................................................71

5-6-3-2- بررسی فرضیات بنیادی مدل ................................................................................................................................71

5-6-4- ایستکاه سرپل ذهاب .................................................................................................................................................74

5-6-4-1- مدل­سازی بارش ...................................................................................................................................................74

5-6-4-2- بررسی فرضیات بنیادی مدل ................................................................................................................................75

5-6-5- ایستگاه روانسر ...........................................................................................................................................................78 5-6-5-1- مدل­سازی بارش ...................................................................................................................................................78

5-6-5-2- بررسی فرضیات بنیادی مدل ................................................................................................................................79

5-6-6- بررسی سری زمانی تبدیل یافته وتعیین مرتبه­های تفاضل فصلی وغیر فصلی .......................................................82

5-7- بررسی معنی دار بودن تغییرات ......................................................................................................................................90

فصل ششم: نتیجه گیری

6-1- بحث ونتیجه گیری  .......................................................................................................................................................93

6-2- آزمون فرضیات ..............................................................................................................................................................96

6-2-1- فرضیه­ اول ................................................................................................................................................................96

6-2-2- فرضیه دوم ................................................................................................................................................................96

منابع ومآخذ ...............................................................................................................................................................................97

فهرست جدول­ها

عنوان ..................................................................................................................................صفحه

جدول 3 – 1: مشخصات جغرافیایی ایستگاههای مورد مطالعه ...............................................................................................25

جدول 3 – 2: میانگین بارش سالانه ایستگاههای مورد مطالعه ..............................................................................................29

جدول 3-3: میانگین مجموع بارنگی ماهانه (میلیمتر) ایستگاههای مورد مطالعه ...................................................................30

جدول 5-1: نتایج آماره­های توصیفی بارش ماهانه ایستگاه کرمانشاه ....................................................................................44

جدول5-2: نتایج آماره­های توصیفی بارش ماهانه ایستگاه اسلام آباد ....................................................................................44

جدول 5-3: نتایج آماره­های توصیفی بارش ماهانه ایستگاه روانسر ........................................................................................45

جدول 5-4: نتایج آماره­های توصیفی بارش ماهانه ایستگاه کنگاور ........................................................................................45

جدول 5-5:  نتایج آماره­های توصیفی بارش ماهانه ایستگاه سرپل ذهاب ..............................................................................46

جدول 5-6: معادله خط رگرسیون وضریب همبستگی بین مقادیر واقعی وپیش بینی شده ....................................................56

جدول5-7 :نتایج آزمون من کندال برای داد­های سالانه ........................................................................................................60

جدول 5-8: محاسبه آزمون کلوموگروف اسمیرنف ایستگاه کرمانشاه .....................................................................................65

جدول 5-9: مقادیر محاسبه شده پیش بینی بارش ایستگاه کرمانشاه ....................................................................................66

جدول 5-10: محاسبه آزمون کلوموگروف اسمیرنف ایستگاه اسلام آباد غرب .......................................................................70

جدول 5-11: مقادیر محاسبه شده پیش بینی بارش ایستگاه کنگاور ......................................................................................70

جدول 5-12: محاسبه آزمون کلوموگروف اسمیرنف ایستگاه کنگاور ......................................................................................74

جدول 5-13:مقادیر محاسبه شده پیش بینی بارش ایستگاه کنگاور .......................................................................................74

جدول 5-14: محاسبه آزمون کلوموگروف اسمیرنف ایستگاه سرپل ذهاب ......................................................78

جدول 5-15: مقادیر محاسبه شده پیش بینی بارش ایستگاه سرپل ذهاب .............................................................................78

جدول5 -16- محاسبه آزمون کلوموگروف اسمیرنف ایستگاه روانسر .....................................................................................82

جدول 5-17: مقادیر محاسبه شده پیش بینی بارش ایستگاه روانسر ......................................................................................82

جدول 5-18: مقادیر D،d   p،  q ، p و Q مدل نهایی 12(Q ، D ، P) ( q ، d ، p ) SARIMA برای ایستگاههای مورد مطالعه ...............................................................................................................................................................................83

جدول 5-19: بررسی و انتخاب بهترین مدل ARIMA برای ایستگاههای مورد مطالعه ....................................................83

جدول 5-20: مقایسه­ میانگین بارندگی سالیانه واقعی و پیش بینی شده در ایستگاههای مورد مطالعه .................................84

جدول 5-21: مقایسه مقادیر پیش بینی بارندگی سالیانه ایستگاههای سینوپتیک استان کرمانشاه درسال­های متوالی با استفاده از دوره­های آماری مختلف در ساختن مدل، ودرصد اختلاف آن­ها .............................................................................85

جدول 5-22: نتایج آزمون t جهت نعیین معنی دار بودن اختلاف بین میانگین ماهیانه مقادیر واقعی وپیش بینی شده بارندگی درایستگاههای مورد مطالعه استان کرمانشاه در یک سال معین .............................................................................................88

جدول5- 23: آنالیز واریانس یک طرفه ...................................................................................................................................90

جدول 5-24: آنالیز واریانس یک طرفه ...................................................................................................................................90

فهرست شکل­ها

عنوان.....................................................................................................................صفحه

شکل 3 – 1: نقشه موقعیت وپراکنش ایستگاههای سینوپتیک مورد مطالعه ...........................................................................................23

شکل 3-2: نمودار میانگین ماهانه بارش (میلیمتر) ایستگاههای مورد مطالعه .........................................................................................30

شکل 5-1: هیستوگرام­های توزیع بارش ماهانه ایستگاه کرمانشاه ..........................................................................................................47

شکل 5-2: هیستوگرام­های توزیع بارش ماهانه ایستگاه اسلام آباد .........................................................................................................48

شکل 5-3:  هیستوگرام­های توزیع بارش ماهانه ایستگاه روانسر .............................................................................................................49

شکل 5-4: هیستوگرام­های توزیع بارش ماهانه ایستگاه کنگاور ..............................................................................................................50

شکل 5-5: هیستوگرام­های توزیع بارش ماهانه ایستگاه سرپل ذهاب .....................................................................................................51

شکل 5-6: روند خطی وپلی نومیال درجه 6 بارش ایستگاه کرمانشاه (2012- 1988) ..........................................................................53

شکل 5-7: روند خطی وپلی نومیال درجه 6 بارش ایستگاه اسلام آباد غرب (2012- 1988) ...............................................................53

شکل 5-8: روند خطی وپلی نومیال درجه 6 بارش ایستگاه روانسر (2012- 1988) ..............................................................................53

شکل 5-9: روند خطی وپلی نومیال درجه 6 بارش ایستگاه کنگاور (2012- 1988) ..............................................................................54

شکل 5-10: روند خطی وپلی نومیال درجه 6 بارش ایستگاه سرپل ذهاب (2012- 1988) ..................................................................54

شکل 5-11: رگرسیون بین مقادیر واقعی وپیش بینی شده میانگین بارش دوره­ای در ایستگاههای مورد مطالعه .................................56

شکل 5-12: نمودار من کندال تغییر جهش بارش ایستگاه کرمانشاه ......................................................................................................58

شکل 5-13: نمودار من کندال تغییر جهش بارش ایستگاه اسلام آباد غرب ...........................................................................................58

شکل 5-14: نمودار من کندال تغییر جهش بارش ایستگاه کنگاور ..........................................................................................................59

شکل 5-15: نمودار من کندال تغییر جهش بارش ایستگاه سرپل ذهاب .................................................................................................59

شکل 5-16: نمودار من کندال تغییر جهش بارش ایستگاه روانسر ..........................................................................................................60

شکل 5-17: نمودار سری زمانی بارش ایستگاه کرمانشاه ........................................................................................................................63

شکل 5-18: نمودار خود همبستگی بارش ایستگاه کرمانشاه ...................................................................................................................63

شکل 5-19: نمودار خود همبستگی جزئی بارش ایستگاه کرمانشاه ........................................................................................................64

شکل 5-20: نمودار بررسی همگنی واریانس ایستگاه کرمانشاه ..............................................................................................................64

شکل 5-21: نمودار سری زمانی پیش بینی سال­های (2016- 2011) ایستگاه کرمانشاه ......................................................................65

شکل 5-22: نمودار سری زمانی بارش ایستگاه اسلام آباد غرب .............................................................................................................67

شکل 5-23: نمودار خود همبستگی بارش ایستگاه اسلام آباد غرب .......................................................................................................68

شکل 5-24: نمودار خود همبستگی جزئی بارش ایستگاه اسلام آباد غرب .............................................................................................68

شکل 5-25: نمودار بررسی همگنی واریانس ایستگاه اسلام آباد غرب ...................................................................................................69

شکل 5-26: نمودار سری زمانی پیش بینی سال­های (2016- 2011) ایستگاه اسلام آباد غرب ...........................................................69

شکل 5-27: نمودار سری زمانی بارش ایستگاه کنگاور ...........................................................................................................................71

شکل 5-28: نمودار خود همبستگی بارش ایستگاه کنگاور ......................................................................................................................72

 شکل 5-29: نمودار خود همبستگی جزئی بارش ایستگاه کنگاور............................................................................................................72

شکل 5-30: نمودار بررسی همگنی واریانس ایستگاه کنگاور ..................................................................................................................73

شکل 5-31: نمودار سری زمانی پیش بینی سال­های (2016- 2011) ایستگاه کنگاور .........................................................................73

شکل 5-32: نمودار سری زمانی بارش ایستگاه سرپل ذهاب ..................................................................................................................75

شکل 5-33: نمودار خود همبستگی بارش ایستگاه سرپل ذهاب .............................................................................................................76

شکل 5-34: نمودار خود همبستگی جزئی بارش ایستگاه سرپل ذهاب ...................................................................................................76

شکل 5-35: نمودار بررسی همگنی واریانس ایستگاه سرپل ذهاب .........................................................................................................77

شکل 5-36: نمودار سری زمانی پیش بینی سال­های (2016- 2011) ایستگاه سرپل ذهاب ................................................................77

شکل 5-37: نمودار سری زمانی بارش ایستگاه روانسر ..........................................................................................................................79

شکل 5-38: نمودار خود همبستگی بارش ایستگاه روانسر ......................................................................................................................80

شکل 5-39: نمودار خود همبستگی جزئی بارش ایستگاه روانسر ............................................................................................................80

شکل 5-40: نمودار بررسی همگنی واریانس ایستگاه روانسر ..................................................................................................................81

شکل 5-41: نمودار سری زمانی پیش بینی سال­های (2016- 2011) ایستگاه روانسر .........................................................................81

شکل 5-42: نمودار میانگین واقعی وپیش بینی شده ایستگاههای مورد مطالعه .....................................................................................87