بررسی تغییرات ناگهانی و الگوی تغییرات دوره‌ای تبخیر و تعرق مرجع ایران با تحلیل موجک و آزمون t متحرک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1 - استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولیعصر (عج) رفسنجان

2 2- استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولیعصر (عج) رفسنجان

چکیده

تحلیل تغییرات زمانی و مکانی تبخیر و تعرق مرجع (ETo)، امکان شناخت تغییرات آب و هوایی و تأثیر آن روی نیازهای آبی را فراهم می‌کند. در این مطالعه به تحلیل ETo ماهانه در 19 ایستگاه هواشناسی در اقلیم­های متفاوت با دوره آماری یکسان 42 ساله، طی سال‌های 2003-1961 پرداخته شد. سری‌های زمانی سالانه ETo به­روش استاندارد پنمن- مانتیث- فائو (FAO-56 PM) تولید شدند و با استفاده از روش‌های آزمون t متحرک و موجک مورلت به­ترتیب به تحلیل تغییرات ناگهانی و بررسی دوره‌ تکرارپذیری در مجموعه داده‌های ETo پرداخته شد. نقشه‌های توزیع مکانی ماهانه و سالانه ETo در کل کشور بر اساس روش IDW تولید گردیدند. بر اساس نتایج آزمون t متحرک در سری زمانی ETo میانگین کل کشوری در طی سال­های 1981، 1982، 1983 و 1984 تغییر ناگهانی در روند سری زمانی رخ داده است و این سال­ها مطابق با روند کلی ETo مشاهده شده است. بر اساس نتایج آزمون t متحرک در ایستگاه‌های منفرد نیز ملاحظه شد در اغلب ایستگاه­های واقع در اقلیم خشک و نیمه­خشک بیشینه تغییرات ناگهانی، در محدوده سال­های بین 1986-1976 اتفاق افتاده است. بیشینه تغییرات ناگهانی مربوط به ایستگاه خرم­آباد واقع در اقلیم نیمه­خشک است که در آن 21 تغییر ناگهانی اتفاق افتاده و کمینه تغییرات مربوط به ایستگاه­های اصفهان، بیرجند و تهران واقع در اقلیم خشک با سه تغییر ناگهانی است. رویکرد ارائه شده در تحقیق حاضر قابلیت گسترش به مطالعات سری­های زمانی هیدرولوژیکی، خشکسالی و منابع آبی برای استنتاج روند تغییرات ناگهانی و الگوهای دوره­ای و پایش تکرارپذیری آنها را داراست.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating Abrupt Changes and Periodically Changes Pattern of Reference Evapotranspiration in Iran with Wavelet Analysis and Moving t Test

نویسندگان [English]

  • a seifi 1
  • H Riahi 2
چکیده [English]

Analysis of the temporal variations of reference evapotranspiration (ETo) declares climate changes and their effects on water demands. In this paper, an analysis of the monthly ETo (calculated by the FAO Penman– Monteith method) was done at 19 stations, located in different climatic regions, during 1961– 2003 in Iran. The annual ETo time series were derived, and the moving t test and Morlet wavelet were conducted to analyze the comprehensive time series for characterizing abrupt change and period in the ETo data sets. The annually and monthly spatial distibuations of ETo were produced by the inverse distance weighting (IDW) method. Based on the moving t test over annual ETo time series there were 4 abrupt changes in 1981,1982,1983, and 1984 years which were coiencidnce with ETo trend. Also moving t test detected abrupt changes in 1976- 1986 period in arid and semi-arid climates. KhoramAbad station in semi-arid climate with 21 abrupt changes had the largest changes and Isfahan, Tehran, and Birjand stations with 3 changes had the smallest changes. The presented methodology in this paper can be extended to hydrological time series, water resources and drought studies to infer their abrupt changes and monitoring periodical changes pattern.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Abrupt and periodically changes
  • evapotranspiration
  • Inverse distance weighting
  • Spatial variation
  • Trend
  • Time Series
ابیانه ح­ر، قاسمی ع، بیات ورکشی م، محمدی ک و سبزی پرور ع ا، 1388. ارزیابی کارآیی دو نرم­افزار شبکه عصبی مصنوعی در پیش­بینی تبخیر و تعرق گیاه مرجع. نشریه دانش آب و خاک، جلد 1، شماره 2، صفحه­های 201 تا 212.
بابامیری ا، دین پژوه ی و اسدی ا، 1392. واسنجی و ارزیابی هفت روش تخمین تبخیر و تعرق گیاه مرجع مبتنی بر تابش خورشیدی در حوضه آبریز دریاچه ارومیه. نشریه دانش آب و خاک، جلد 23 ، شماره 3، صفحه­های 25 تا 42.
جهانبخش س، صراف ب­س، قائمی ه و پوراصغر ف، 1390. بررسی تاثیر پدیده دو قطبی دمایی اقیانوس هند بر تغییرپذیری بارش­های فصلی استان­های جنوبی کشور. فصل­نامه تحقیقات جغرافیایی، جلد 26، شماره 4 (پیاپی 103)، صفحه­های  62 تا 75.
خام­چین­مقدم ف و رضایی­پژند ح، 1388. نقد روش اقلیم­بندی دومارتن برای بارش بیشینه روزانه در ایران به کمک روش گشتاورهای خطی. مجله فنی مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی مشهد، جلد 2، شماره 2، صفحه­های  93 تا 103.
دین­پژوه ی و شریفی ع، 1392. حساسیت تبخیر و تعرق گیاه مرجع به تغییر در پارامترهای هواشناسی (مطالعه موردی: سنندج و سبزوار). نشریه دانش آب و خاک، جلد 23، شماره 3، صفحه­های 25 تا 42.
دین­پژوه ی، نیازی ف و مفید ح، 1394. تحلیل روند تغییرات پارامترهای هواشناسی در تبریز. نشریه جغرافیا و برنامه­ریزی، سال 19، شماره 15، صفحه­های 145 تا 169.
صیادی ح، غفاری اا، فعالیان ا و صدرالدینی ع­ا، 1392. مقایسه عملکرد شبکه­های عصبی RBFو MLP در برآورد تبخیر وتعرق گیاه مرجع. نشریه دانش آب و خاک، جلد 23، شماره 4، صفحه­های 143 تا 158.
کریمی س­ف، شیری ج و ناظمی ا­ح، 1390. تخمین تبخیر و تعرق روزانه گیاه مرجع با استفاده از سیستم­های هوش مصنوعی و معادله­های تجربی ANFIS وANN. نشریه دانش آب و خاک، جلد 2، شماره 2، صفحه­های 139 تا 158.
مسعودیان س­ا و کاویانی م­ر، 1387. اقلیم شناسی ایران. انتشارات دانشگاه اصفهان.
معروفی ص، سقائی ص، ارشادفتح ف و ختار ب، 1393. ارزیابی مدل­های سری زمانی به منظور برآورد متوسط دمای ماهانه در ایستگاه­های سینوپتیک قدیمی ایران طی دوره آماری 2005-1977. نشریه دانش آب و خاک، جلد 24، شماره 4، صفحه­های 215 تا 226 .
مجنونی ا، صدرالدینی ا، ناظمی ا­ح، نیشابوری م و شکیبا م، 1392. تأثیر فرارفت بر توازن انرژی در فرایند تبخیر و تعرق گیاه کلزا در منطقه تبریز، نشریه دانش آب و خاک، جلد23، شماره 1، صفحه­های 223 تا 236.
میرلطیفی م، عصاری م و ناصری ع­ع، 1392. برآورد تبخیر و تعرق واقعی نیشکر با استفاده از داده­های سنجش از دور در اراضی کشت و صنعت نیشکر میرزا کوچک خان. نشریه دانش آب و خاک، جلد 23 ،شماره 1، صفحه­های 151 تا 163.
Adamowski K, Prokoph A and Adamowski J, 2009. Development of a new method of wavelet aided trend detection and estimation. Hydrological Processes 23(18): 2686-2696.
 Allen RG, Pereira LS, Raes D and Smith M, 1998. Crop Evapotranspiration Guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO Irrigation and Drainage, Paper 56, Italy.
Coulibaly P and Burn DH, 2004. Wavelet analysis of variability in annual Canadian streamflows. Water Resources Research 47: 1-14.
De Sousa AML, Castro NMR, Canales FA, Louzada JAS and Vitorino MI, 2010. Multiscale variability of the evapotranspiration in eastern Amazonia. Atmospheric Science Letters 11: 192-198.
Drago AF and Boxall SR, 2002. Use of the wavelet transform on hydrometeorological data. Physics and Chemistry of the Earth 27: 1387–1399.
Dinpashoh Y, 2006. Study of reference crop evapotranspiration in I.R. of Iran. Agricultural Water Management 84: 123–129.
Dinpashoh Y, Jhajharia D, Fakheri-Fard A, Singh VP and Kahya E, 2011. Trends in reference crop evapotranspiration over Iran. Journal of Hydrology 399: 422-433.
EL-Askary H, Sarkar S, Chiu L, Kafatos M and El-Gahzawi T, 2004. Rain gauge derived precipitation variability over virginia and its relation with the El-Nino southern oscillation. Advances in Space Research 33: 338–342.
Farge M, 1992. Wavelet transforms and their applications to turbulence. Annual Review of Fluid Mechanics 24: 395–457.
Fraccascia S, Winter C, Ernstsen VB and Hebbeln D, 2011. Bedform evolution in a tidal inlet inferred from wavelet analysis. Journal of Coastal Research 64:751-755.
 Huang JY, 2000.  Statistic Analysis and Forecast Methods in Meteorology, China Meteorol. Press, Beijing.
Jiang JM and You XT, 1996. Where and when did an abrupt climatic change occur in China during the last 43 years?. Theoretical and Applied Climatology 55(1-4): 33-39.
Li LJ, Zhang L, Wang H, Wang J, Yang JW, Jiang DJ, Li JY and Qin DY, 2007. Assessing the impact of climate variability and human activities on streamflow from the Wuding River basin in China. Hydrological Processes 21: 3485–3491.
Liang LQ, Li LJ and Liu Q, 2010. Temporal variation of reference evapotranspiration during 1961-2005 in the Taoer river basin of northeast China. Agricultural and Forest Meteorology 150: 298-306.
McVicar TR, Li LT, Van Niel TG, Zhang L, Li R, Yang QK, Zhang XP,  Mu XM, Wen ZM, Liu WZ, Zhao YA, Liu ZH and Gao P, 2007. Developing a decision support tool for Chinas re-vegetation program: Simulating regional impacts of afforestation on average annual streamflow in the Loess Plateau. Forest Ecology and Management 251: 65–81.
Meyer Y, 1993. Wavelets Algorithms & Applications, Society for industrial and applied mathematics. Philadelphia.
Percival D, 1995. On estimation of the wavelet variance. Biometrika 82: 619-931
Tabari H, Aeini A, Talaee PH and Some'e BS, 2012. Spatial distribution and temporal variation of reference evapotranspiration in arid and semi-arid regions of Iran. Hydrological Processes 26(4): 500-512.
Tang B, Tong L, Kang Sh and Zhang L, 2011. Impacts of climate variability on reference evapotranspiration over 58 years in the Haihe river basin of north China. Agricultural Water Management 98: 1660-1670.
Torrence C and Compo G P, 1998. A practical guide to wavelet analysis. Bulletin of the American Meteorological society, 79(1): 61-78.
 Wang WG and Luo Y, 2007. Wavelet network model for reference crop evapotranspiration forecasting. Pp:751-755. Proceedings of the International Conference on Wavelet Analysis and Pattern Recognition. 2-4 Nov, Beijing, China.
Xiao D and Li J, 2007. Spatial and temporal characteristics of the decadal abrupt changes of global atmosphere-ocean system in the 1970s. Journal of Geophysical Research 112:1-18
Xu CY, Gong L, Jiang T, Chen D and Singh VP, 2006. Analysis of spatial distribution and temporal trend of reference evapotranspiration and pan evaporation in Changjiang (Yangtze River) catchment. Journal of Hydrology 327(1):81-93.
Zhang X, Kang S, Zhang L and Liu J, 2010. Spatial variation of climatology monthly crop reference evapotranspiration and sensitivity coefficients in Shiyang river basin of northwest China. Agricultural Water Management 97(10): 1506-1516.