تجزیه و تحلیل روند آب و هوا
مطالعه موردی ۸- تجزیه و تحلیل روند آب و هوا
بیشتر سری های زمانی در اقلیم انواع مختلفی از روندها، چرخه ها و الگوهای فصلی را نشان می دهند. درک روندها یا الگوهای اقلیمی برای مطالعه تغییرات آب و هوایی و تأثیرات آن بر محیط زیست ، اقتصاد و سلامت عمومی مهم است. از نظر تاریخی ، مشاهدات از یک مکان واحد برای نشان دادن آب و هوا برای یک منطقه بزرگ استفاده شده است. بر این اساس ، الگوهای آب و هوایی به صورت نقطه به نقطه مورد بررسی قرار گرفته است. روند دما و بارندگی از یک مکان با مکان های دیگر مقایسه می شود. با این حال ، چنین تجزیه و تحلیل مبتنی بر نقطه نمی تواند تغییرات مکانی متغیرهای آب و هوایی را در یک منطقه بزرگ ، به ویژه در مناطق پیچیده آب و هوایی، به طور دقیق نشان دهد. تجزیه و تحلیل مکانی متغیرهای آب و هوا در مقیاس محلی بر اساس مجموعه کامل ایستگاه های هواشناسی واقع در یک منطقه می تواند بر محدودیت فوق غلبه کند و درک بهتری از الگوهای آب و هوایی محلی در هر دو مکان و زمان ارائه دهد. بویلز و رامان (۲۰۰۳) مطالعه ای را در زمینه تجزیه و تحلیل مکانی و زمانی الگوها و روندهای آب و هوایی در کارولینای شمالی ، که دارای پیچیده ترین آب و هوا در ایالات متحده است، ارائه کردند. در این منطقه مورد مطالعه، توپوگرافی پیچیده در غرب و آب‌های گرم در سواحل شرقی همراه با الگوهای آب و هوایی، آن را به منطقه‌ای با آب و هوا و آب و هوای محلی متغیر تبدیل کرده است. تجزیه و تحلیل روند آب و هوا و تنوع محلی آنها برای اهداف کشاورزی و برنامه ریزی در منطقه بسیار مهم است. به منظور تجزیه و تحلیل اقلیم در مقیاس محلی و نمایش دقیق آب و هوای پیچیده در ایالت، نویسندگان تکنیک مدل‌سازی روند خطی را با ArcView GIS اعمال کردند.
مدل‌سازی روند خطی تکنیک آماری برای تحلیل روند است که اغلب برای شناسایی یک الگوی زیربنایی از اقلیم در یک سری زمانی استفاده می‌شود. مدل روند خطی یک خط روند است که به صورت زیر بیان می شود :
که در اینجا t شاخص زمان ، α حد فاصل و β شیب خط روند است. α و β معمولاً از طریق یک رگرسیون ساده تخمین زده می شوند که در آن متغیر وابسته و شاخص زمان t متغیر مستقل است. مدل روند خطی سعی می کند شیب و فاصله ای را پیدا کند که بهترین تناسب متوسط را برای همه داده های گذشته داشته باشد. به طور کلی، شیب مثبت نشان دهنده روند افزایشی و شیب منفی نشان دهنده روند کاهشی است.شکل ۱۰-۱۰ نقشه ای از روند بارندگی زمستان را در طول هجده سال در منطقه ای فرضی نشان می دهد. مثلا شیب خط روند ۰۲۶۶/۲- است . این نشان می دهد که به طور کلی در فصل زمستان در مدت هجده سال بارندگی کاهش یافته است.
بویلز و رامان (۲۰۰۳) روندهای مکانی و زمانی تغییرپذیری آب و هوا در کارولینای شمالی را طی دوره ۱۹۴۹ تا ۱۹۹۸ از طریق مدل‌سازی روند خطی با روش زیر تحلیل کردند:
- جمع آوری سوابق آب و هوا-یک گزارش کامل از مشاهدات ماهانه دما و بارش در طول پنجاه سال از هفتاد و شش ایستگاه هواشناسی واقع در ایالت جمع آوری شد.
- محاسبه میانگین سالانه و فصلی دما و بارش برای هر ایستگاه
- ایجاد مدلهای روند خطی متناسب با یک روند خطی برای هر سری زمانی در هر ایستگاه
شکل ۱۰-۱۰ طرح توالی زمانی برای بارندگی زمستان و مدل روند خطی مناسب
- درون یابی مقادیر شیب مدلهای روند خطی با استفاده از کریجینگ جهانی (بخش ۴٫۵ را ببینید) ، که یک سری نقشه های بارش فصلی و سالانه ، حداقل و حداکثر روند روند دما را تولید کرد. مقادیر شیب درون یابی شده با استفاده از خطوط ایزوله در هر نقشه نشان داده شد، که اجازه می دهد شیب های خطی – یعنی روندهای آب و هوایی در هر مکان در ایالت – مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند. نقشه ها به طور موثر الگوهای مکانی تغییرات اقلیمی در سراسر منطقه را به تصویر کشیده است.
- تفسیر نقشه های روند حاصل
علاوه بر این میانگین بارش ها و درجه حرارت در دوره های ده ساله غیر همپوشان بعدی با میانگین پنجاه ساله مقایسه شد. با تجزیه و تحلیل نقشه های روند و میانگین های دوره ده ساله، این مطالعه به این نتیجه رسید که طی دوره ۱۹۴۹-۱۹۹۸ ، بارندگی در کارولینای شمالی روند افزایشی داشته است، به ویژه در فصول پاییز و زمستان و ده سال گذشته گرم ترین و مرطوب ترین سال بود. در نیم قرن، اما تغییر کمی در دمای حداکثر در سی سال گذشته وجود داشت.
مدل های خطی متناسب با سری زمانی داده های آب و هوایی، تصویری ساده از تغییرات رخ داده در هر مکان در یک دوره معین ارائه می دهند. با این حال، تقریباً تمام سریهای زمانی آب و هوایی که به طور طبیعی اتفاق می‌افتند، طوری رفتار نمی‌کنند که گویی خطوط مستقیمی در فضا ثابت شده‌اند که می‌خواهند دنبال کنند. همانطور که در شکل ۱۰-۱۰ انحراف برخی مشاهدات از خط روند ممکن است بسیار بزرگ باشد. روندهای واقعی شیب و/یا رهگیری آنها را در طول زمان تغییر می دهد. بنابراین، بهترین مدل روند مناسب برای یک سری زمانی خاص ممکن است غیر خطی باشد و ممکن است با سری زمانی دیگر مناسب نباشد. سریهای زمانی مختلف ممکن است دارای اشکال متفاوتی از بهترین مدلهای روند غیر خطی باشند. بویلز و رامان (۲۰۰۳) استدلال کردند که مدلهای روند خطی در حال حاضر بهترین انتخاب برای تجزیه و تحلیل مکانی چند ایستگاهی تغییرات الگوهای آب و هوایی هستند، زیرا تنها مدلهای خطی می‌توانند برای مقایسه تغییرات در سریهای زمانی ایستگاه‌های متعدد در سراسر یک منطقه استفاده شوند. با مدل های روند خطی، شیب های محاسبه شده در هر ایستگاه آب و هوا را می توان برای تغییرات منطقه ای از نظر مکانی تجزیه و تحلیل کرد. با این وجود، ما باید بدانیم که در جایی که تغییرات مشاهدات به طور قابل توجهی بزرگتر از روند خط مستقیم است، انتخاب نقطه شروع و پایان زمانی می تواند به طور قابل توجهی نتیجه را تغییر دهد.
بدون دیدگاه