شناسائی رژيم های بارش ايران به روش تحليل خوشه ای

فرايند تحليل خوشه ای ميتواند از نوع شکافتی يا از نوع پيوندی باشد. در نوع شکافتی نخست همه افراد در يک خوشه جا داده ميشوند و سپس افرا چنان به دو خوشه متمايز تجزيه ميشوند که تفاوت ميان آنها بيشينه شود و اين فرايند تا آنجا ادامه مييابد که به تعداد افراد خوشه داشته باشيم. در نوع پيوندی نخست فرض ميکنيم هر فرد يک خوشه است و با يافتن همانندترين زوج ها افراد خوشه بندی ميشوند. سپس همانندترين خوشه ها در يکديگر ادغام ميشوند و اين فرايند آنقدر ادامه مييابد تا همه خوشه ها در يک خوشه جمع شوند.

ممکن است همانندی افراد بر حسب يک صفت اندازه گيری شود که در اين صورت خوشه بندی را تک صفتی ميناميم. اگر همانندی بر حسب چند صفت اندازه گيری شود خوشه بندی چند صفتی ناميده ميشود. اندازه گيری همانندی پايه اصلی هر تحليل خوشه ای است. روشهای گوناگونی برای اندازه گيری همانندی پيشنهاد شده است که هريک بسته به ماهيت موضوع مورد بررسی کارايي پيدا ميکنند. يک شاخص همانندی مناسب فاصله ميان افراد را از حيث صفت يا صفات مورد بررسی مي سنجد.

اقليم شناسان از تحليل خوشه ای برای شناسايی مناطق همگن اقليمی در مقياسهای مکانی متفاوت فراوان استفاده کرده اند. Kaufman et al. (1990) مبانی طبقه بندی داده ها با استفاده از تحليل خوشه ای را مورد بررسی قرار داده اند. Alhamed et al.(2002) ميانگينهای برآوردهای چند مدل اقليمی را به عنوان ورودی يک تحليل خوشه ای بکار برده اند. تحليل خوشه ای بويژه در زمينه متغيرهايي که تغييرات مکانی بزرگی نشان ميدهند سودمند است. برای نمونه Baldwin et al. (2002)برای طبقه بندی مناطق بارشی اين روش را بکار برده اند. Jackson et al. (1998) به مقايسه روشهای مختلف تحليل خوشه ای در طبقه بندی ايستگاههای بارانسنجي منطقه حاره پرداخته اند. Romero et al. (1999) طبقه بندی الگوهای گردش جوی پديدآورنده بارشهای سنگين در اسپانيا را به اين روش شناسايي کرده اند. Singh(1999)مولفهای اصلی سالهای پربارش،عادی و کمبارش هند را به روش تحليل خوشه ای بررسی کرده است.

داده ها و روش شناسی

برای شناسايي انواع رژيم های بارش ايران فرايند زير دنبال شده است:

- يک پايگاه داده از بارشهای ماهانه ايران در فاصله ژانويه 1951 تا دسامبر 1999 از تمامی ايستگاههای کشور فراهم شد. اين پايگاه داده شامل 405528 بارش ماهانه است.

- برای شناسايي رفتار مکانی بارش ماهانه نيمپراش نگار داده ها بررسی گرديد و روشن شد که تفکيک مکانی 15*15 کيلومتر برای تهيه نقشه های همبارش مناسب است.

- با بکارگيری روش ميانيابی کريگينگ و در مواردی که معادلات کريگينگ حل ناپذير بودند به کمک روش ميانيابی عکس مربع فاصله 588 نقشه همبارش ماهانه ايران تهيه و ياخته های خارج از ايران حذف شد. اين پايگاه داده شامل 4177152 داده برآوردی است. به اين ترتيب برای انجام تحليل خوشه ای بجای استفاده از داده های روی ايستگاهها از داده های برآوردی روی ياخته ها استفاده شد. اين روش چند امتياز اساسی دارد از جمله:

ۀ همه داده های اندازه گيری شده بکار گرفته ميشوند.

ۀ نيازی به باز سازی داده ها که در مورد متغيرهايي مانند بارش چندان کارساز نيستند نخواهد بود.

ۀ نتايجی که از اين راه بدست ميآيد قابليت انتساب مکانی بيشتری دارد چون ياخته ها سراسر سطح مورد بررسی را ميپوشانند در حاليکه داده های روی ايستگاهها قابليت انتساب نقطه ای دارند.

ۀ برخی از روشهای تحليل چند متغيره (مانند تحليل عاملی) نسبت به الگوی مکانی ايستگاهها حساس هستند و پراکنش غير تصافی ايستگاهها از اعتبار نتايج اينگونه تحليل ها ميکاهد. بنابر اين استفاده از مقادير برآورد شده روی ياخته ها بجای استفاده از داده های روی ايستگاهها نتايج بهتری بدست ميدهد.

- چون هدف از اين بررسی شناسايي رژيم های بارش ايران يعنی الگوی نسبت بارش در يافتی هرماه از کل بارش سالانه است بنابر اين بارش هر ماه روی هر ياخته به کل بارش همان سال روی همان ياخته تقسيم شد تا بارش نسبی هر ماه روی هر ياخته بدست آيد.

- از پايگاه داده بارش نسبی روی ياخته ها يک نمونه تصادفی هزار تايي انتخاب شد و يک تحليل خوشه ای پايگانی پيوندی به روش وارد روی آن انجام پذيرفت. روش وارد از آن جهت انتخاب شد که چون هر فرد را در گروهی جا ميدهد که مجموع مربعات انحرافات درونگروهی را کمينه کند افرادی که به اين روش در يک خوشه جا ميگيرند از لحاظ مکانی بر روی نقشه در همسايگی يکديگر واقع ميشوند و پيوستگی جغرافيايي مناطق اقليمی تضمين ميشود.

- با تحليل خوشه ای دوازده رژيم بارش در ايران شناسايي شد. آماره های ميانگين، کمينه، بيشينه، تغييرپذيری و چولگی هر رژيم محاسبه شد (جدول 1).

- مقايسه اين دوازده رژيم بارش نشان داد که برخی از اين رژيم ها تنها در برخی جزئيات از يکديگر متمايزند و ويژگيهای کلی مشترکی دارند. بنابر اين برای شناسايي گروههای عمده تر رژيم های بارش يک تحليل خوشه ای پايگانی پيوندی به روش وارد روی ميانگين بارش نسبی دوازده رژيم بارش انجام گرفت. اين بررسی نشان داد که در ايران سه رژيم بارش اصلی وجود دارد.

- نقشه رژيم های بارش ترسيم شد تا قلمرو حاکميت هر رژيم روشن شود(نقشه 1). هر رژيم با توجه به موقعيت جغرافيايي خود نامگذاری شد هر چند اين نامگذاری مبنای طبيعی دارد و بر مرزبنديهای سياسی و اداری منطبق نيست.

بحث

بارش پديده ای است اقليمی که مقدار آن در مکان پيوسته تغيير ميکند و به همين دليل نقشه های همبارش از گروه نقشه های همچند (contour map) هستند که مقدار متغير بر روی آنها با خطوط همبارش نمايش داده ميشود. در حاليکه رژيم بارش پهنه هائی از مکان با اندازه های متفاوت را ميپوشاند و از همين رو قلمرو رژيم های بارش با نقشه های پهنه بندی (choropleth map) نمايش داده ميشوند. همين تفاوت در سرشت اين دو خصوصيت اقليمی گويای آن است که رژيم بارش نسبت به مقدار بارش از پايايي مکانی بالاتری برخوردار است.

اين بررسی روشن ساخت که در ايران دوازده رژيم بارش متمايز ميتوان شناسايي کرد (نقشه 1). پراکندگی جغرافيايي قلمرو اين رژيم ها نشان ميدهد که تفاوت رژيم های بارش ايران عمدتا متاثر از عرض جغرافيايي است. اين خصوصيت زمانی آشکارتر ميشود که از تفاوتهای جزئی اين رژيم های بارش چشم پوشی کنيم و آنها را در گروههای بزرگتر دسته بندی کنيم. يک تحليل خوشه ای بر روي ميانگين بارش نسبی اين دوازده رژيم بارش روشن ساخت که سه رژيم بارش اصلی در ايران ديده ميشود( نمودار 1). نخست رژيم بارش زمستانی که شامل شش رژيم بارش فرعی است و در آن بيش از نيمی از بارش سالانه در زمستان رخ ميدهد. دوم رژيم بارش بهاری-زمستانی که شامل پنج رژيم بارش فرعی است و در آن سهم زمستان و بهار از بارش سالانه تقريبا برابر است و سوم رژيم بارش پاييزی که از دو رژيم ديگر کاملا متمايز است و بارش در بين فصول سال بصورت تقريبا متعادل تقسيم شده است ا ما بارشهای پاييزه از سهم بالاتری برخوردارند.

رژيم های بارش ايران

1 رژيم بارش ميانه جنوبی: در ميانه ايران حاکم است (نقشه 1). بارش به ترتيب در زمستان، بهار و پاييز متمرکز شده است (جدول 2). ژانويه و مارس پربارش ترين ماههای سال هستند (نمودار 2). اين رژيم حدود 10.3 درصد گستره ايران را ميپوشاند.

2 رژيم بارش فارسی: از بخش ميانی کرانه های خليج فارس تا جنوب فارس و کرمان را در بر ميگيرد (نقشه 1). شصت درصد بارش در زمستان رخ ميدهد و از اين لحاظ بالاترين تمرکز بارش زمستانی را در ايران دارد (جدول 2). ژانويه و دسامبر پربارش ترين ماههای سال هستند(نمودار 2). اين رژيم بر حدود 9.5 درصد گستره يران حاکم است.

3 رژيم بارش کردی: در غرب ميانه حاکم است (نقشه 1). سهم زمستان و بهار از بارش سالانه تقريبا برابر است و در طی اين دو فصل حدود 80 درصد بارش رخ ميدهد (جدول 2). ماههای مارس و آوريل از پربارش ترين ماههای سال هستند ( نمودار 2). اين رژيم حدود 14.3 درصد ايران را ميپوشاند که از اين نظر وسيعترين رژيم بارش کشور به شمار ميآيد.

4 رژيم بارش سيستاني: از جنوب خراسان تا شمال بلوچستان کشيده شده است (نقشه 1). نزديک نيمی از بارش در زمستان رخ ميدهد (جدول 2). ژانويه و مارس پربارش ترين ماههای سال هستند (نمودار 2). اين رژيم حدود 10 درصد مساحت کشور را در بر ميگيرد.

5 رژيم بارش خراسانی غربی: از نيمه غربی دامنه های جنوبی البرز تا غرب خراسان را در بر گرفته است (نقشه 1). بارش بين بهار و زمستان بطور تقريبا متعادل تقسيم شده است اما سهم بهار اندکی بيشتر است (جدول 2). بارشهای پاييزه نيز نسبت به ديگر نقاط کشور زياد است. در مجموع رژيم بارش متعادلی است که تقريبا در سراسر سال از بارش بهره مند است (نمودار 2). مارس و آوريل پربارشترين ماههای سال هستند. اين رژيم حدود 8.1 درصد گستره ايران را پوشانده است.

6 رژيم بارش خراسانی شرقی: گوشه شمالشرقی کشور را در بر گرفته است ام زبانه ای از آن تا قلب خراسان پيش رفته است (نقشه 1). از نظر الگوی توزيع بارش در ماههای سال همانند رژيم خراسانی غربی است با اين تفاوت که سهم بارشهای بهاره در اين رژيم قويتر است (جدول 2). مارس و آوريل پربارشترين ماههای سال هستند اما نسبت به رژيم خراسانی غربی بارش نسبی ماه مارس بيشتر است (نمودار 2). حدود 10 درصد ايران از چنين رژيم بارشی برخوردار است.

7 رژيم بارش ميانه شمالی: تقريبا در راستای رژيم بارش ميانه جنوبی کشيده شده و توزيع زمانی بارش تقريبا يکسانی با آن دارد. با اين حال در رژيم بارش ميانه شمالی نسبت بارش زمستان و بهار به هم نزديکتر است (جدول 2). مارس و ژانويه پربارش ترين ماههای سال هستند (نمودار 2). اين رژيم حدود 11.2 درصد گستره ايران را در بر گرفته است.

8 رژيم بارش خوزی: بر روی دشت خوزستان حاکم است و پس از رژيم بارش فارسی متمرکزترين بارش زمستانه را داراست (جدول 2). در تابستان تقريبا بارش ندارد (نمودار 2). ژانويه و دسامبر پربارشترين ماههای سال هستند. اين رژيم تقريبا 6.8 درصد ايران را ميپوشاند.

9 رژيم بارش هرمزی: از غرب تنگه هرمز تا چاه بهار در امتداد سواحل خليج فارس و دريای عمان کشيده شده است. بارش در زمستان متمرکز است اما در تابستان هم بارش دريافت ميکند (جدول 2). ژانويه، فوريه و مارس پربارش ترين ماههای سال هستند (نمودار 2). اين رژيم حدود 6.8 درصد گستره ايران را ميپوشاند.

10 رژيم بارش آذری: از آذربايجان آغاز ميشود و بصورت نوار باريکی دامنه های جنوبی البرز را تا ميانه های اين رشته کوه در بر ميگيرد (نقشه 1). بارش در بهار متمرکز است و زمستان و پاييز تقريبا سهم يکسانی از بارش سالانه دريافت ميکنند (جدول 2). ماههای آوريل و می پر بارش ترين ماههای سال هستند (نمودار 2). همانند رژيم بارش خراسانی غربی تقسيم بارش در ميان فصول از تعادل نسبی برخوردار است. اين رژيم حدود 6.2 درصد گستره ايران را پوشانده است.

11 رژيم بارش بلوچی: در گوشه جنوبشرقی ايران جا گرفته و از بارش زمستانه برخوردار است. پس از رژيم خزری بالاترين نسبت بارشهای تابستانه در اينجا ديده ميشود (جدول 2). ماههای ژانويه، فوريه و مارس پربارش ترين ماههای سال هستند (نمودار 2). اين رژيم حدود 4.8 درصد گستره ايران را در بر گرفته است.

12 رژيم بارش خزری: بر سراسر کرانه های خزر حاکم است (نقشه 1). توزيع بارش در ميان فصول سال نسبتا متعادل است اما پاييز از سهم بيشتری برخوردار است (جدول 2). اکتبر و نوامبر پربارش ترين ماههای سال هستند (نمودار 2). اين رژيم حدود 2 درصد مساحت ايران را ميپوشاند.

رابطه رژيم های بارش دوازده گانه با يکديگر

چنانکه ديديم برخی از رژيم های بارش دوازده گانه ايران با يکديگر همانندترند و برخی ديگر کاملا متباين از ديگرانند. بررسی ها نشان داد (نمودار 1)که رژيمهای بارش ميانه جنوبی(1)، سيستانی(4)، هرمزی(9)، بلوچی(11)، فارسی(2) و خوزی(8) خوشه ای را تشکيل ميدهند که بيش از نيمی از بارش آنها در زمستان رخ ميدهد. از اين جهت اين گروه را رژيم زمستاني ميناميم. اين رژيم در بخش جنوبی ايران گسترش يافته و حدود 48.2 درصد مساحت کشور را در بر ميگيرد. گروه دوم رژيم های کردی(3)، ميانه شمالی(7)، خراسانی شرقی(6)، خراسانی غربی(5) و آذری(10) است. در اين گروه زمستان و بهار نسبت تقريبا برابری از بارش را به خود اختصاص ميدهند و بنابر اين رژيمی زمستانی-بهاری است. با آين حال در اين خوشه نسبت بارش زمستانی و بهاری همه جا يک اندازه نيست. مثلا در زير خوشه خراسانی غربی(5) و آذری(10) نسبت بارشهای بهاره بيشتر است در حاليکه در زير خوشه کردی(3) و ميانه شمالی(7) بارشهای زمستانه بيشتر است. اين گروه حدود 49.8 درصد گستره ايران را ميپوشاند. گروه سوم تنها شامل رژيم خزری است که با فاصله ای زياد از ديگر رژيم های بارش قرار گرفته است (نمودار 1). اين رژيم بارش با رژيم بارش ديگر نقاط ايران کاملا متباين است و نشانگر حاکميت سيستم های بارانزای متفاوت در کرانه های خزر است.

نتيجه گيری

اين بررسی نشان داد که:

ۀ يک تحليل خوشه ای پايگانی پيوندی به روش وارد توانايي تفکيک رژيمهای بارش ايران را دارد.

ۀ رژيم بارش مستقل از مقدار بارش است.

ۀ رژيم بارش بيشتر تابعی از عرض جغرافيايي است در حاليکه مقدار بارش بيشتر با پيکربندی ناهمواری ارتباط دارد.

ۀ در ايران سه گروه اصلی رژيم بارش وجود دارد: رژيم زمستانه، رژيم زمستانه-بهاره و رژيم پاييزه. اين سه رژيم به ترتيب بر48، 50 و 2 درصد ايران حاکم هستند.

ۀ در ايران دوازده رژيم بارش متمايز ميتوان تشخيص داد. اين دوازده رژيم تقسيمات فرعی سه رژيم بارش اصلی هستند.

شناسائی رژيم های بارش ايران به روش تحليل خوشه ای

مطالب مشابه :

جایگاه شهر اسفراین، در نهضت سربداران اولین حکومت شیعه دوازده امامی در ایران

بایدها و نبایدهای شبکه نمایش خانگی (1)

در مورد تاریخچه شهرستان جلفا

گنجهاي اهرام مصر

فولرن ها (ملكولهايي توپي شكل )

شناسائی رژيم های بارش ايران به روش تحليل خوشه ای

سلاطین سلجوقی