حسین عساکره

وجود واقعیت ها و رویدادهای تصادفی اقلیمی زمینه کاربرد « دانشِ احتمال» را در اقلیم شناسی مهیا کرده است. به طوری که بسیاری از واقعیت های اقلیمی با به کارگیری ابزارها و تکنیک های احتمالاتی قابلیت توجیه و تفسیر بهتری دارد. کاربرد نظریه احتمال در اقلیم شناسی رفتار بسیاری از پدیده های اقلیمی به ظاهر غیر قطعی را به شکل قانون مند ارائه و به تصمیم گیری مدیران و آینده نگری برنامه ریزان کمک می کند. یکی از رویکردها و ضرورت های مطالعات اقلیم شناسی، مطالعه احتمال رخداد چند رویداد درارتباط با یکدیگر است. شانس وقوع یک رویداد به شرط وقوع رویدادی دیگر را «احتمال شرطی» گویند. در تحقیق حاضر، احتمال وقوع شرایط بارشی مختلف در سرزمین ایران، براساس شرایط دمایی متفاوت؛ یعنی: احتمال شرطی حالات بارش به شرط وقوع حالات دما بررسی شده است. در این راستا از دیده بانی های روزانه دما و بارش پایگاه داده ای اسفزاری بهره گرفته شد. نتایج تحقیق به وسیله تحلیل خوشه ای و با استفاده از روش فاصله اقلیدوسی و روش ادغام وارد به صورت نقشه های طبقه بندی احتمالاتی ارائه و تحلیل شد. براساس این مطالعه، سه پهنه اصلی شمالی، مرکزی و جنوبی در کشور تشخیص داده شد. همچنین هفت زیرگروه براساس برخی ویژگی های احتمال شرطی بارش به شرط حالات دمایی برای سه پهنه حاصل شد. هریک از پهنه ها و زیر گروه های مربوط منعکس کننده شرایط اقلیمی و سازوکارهای مؤثر برآن است. از این رو می توان روش به کار رفته دراین تحقیق را رویه ای مناسب برای تحلیل های اقلیمی دانست.

این تحقیق درصدد است قابلیت حالت دمایی یک روز در پیش بینی حالت بارشی روز بعد را بر اساس روش احتمال شرطی مورد بررسی قرار دهد. برای دستیابی به این هدف داده های شبکه ای با تفکیک زمانی روزانه، از 01/01/1340 تا 11/10/1383 و با تفکیک مکانی (یاخته های) 15 15 کیلومتر، مورد استفاده قرار گرفت. براساس توزیع احتمال مربوط به دمای هر یاخته و هر روز، صدک های 25 و 75 توزیع فراوانی دمای روزانه هر یاخته برای هر روز برآورد گردید. در هر یاخته، روزهایی که دمای روزانه آن کم تر از صدک 25 دمای همان روز بود، به عنوان روزی سرد، روزهایی که دمای آن یاخته برابر یا بیش تر از صدک 75 آن یاخته و همان روز بود، به عنوان روزی گرم و دمای روزانه هر یاخته که بین صدک 25 و صدک 75 همان روز قرار گیرد، به عنوان روزی با دمای بهینه در نظر گرفته شد. روزهای فاقد بارش روزهایی که بارش کم تر از میانگین توزیع مربوط به هر یاخته و روز داشته اند، روزهای کم باران و روزهایی که برابر یا بیش تر از میانگین توزیع هریاخته و روز، بارش را تجربه کرده اند، به عنوان روز پرباران در نظر گرفته شد. در گام بعد فراوانی توأم رویدادهای دمایی هر روز و رویدادهای بارشی روز بعد برای هر یاخته در یک ماتریس ارائه شد. سپس ماتریس احتمال توأم هریک از رویدادهای دمایی - بارشی نسبت به هریک از حالات بارشی محاسبه شد. در نهایت احتمال شرطی هر یک از رخدادهای دمایی با حالت بارش روز بعد برای هر یاخته محاسبه شد. در نهایت نقشه ها و تحلیل های مربوط به هر حالت ارائه گردید. براساس یافته های این تحقیق معلوم شد که احتمال توأم رخداد حالات دما و حالات بارش در سرزمین ایران علی رغم کم بود همبستگی و فقدان قابلیت اعتمادِ قابل توجه، حاوی الگوی زمانی – مکانی است. با این وصف پیش بینی بارش هر روز براساس دمای روز قبل محتمل تر از روزهای پیشین است. در برخی مکان ها نظیر سواحل جنوبی ایران به ویژه سواحل دریای عمان و نیز سواحل خلیج فارس در بوشهر روزهای پربارش بعد از روز سرد محتمل تر است. در حالی که در شمال غرب کشور، شمال تنگه هرمز، سواحل خوزستان و نیز ناحیه سیستان روزهای بدون بارش بعد از روز سرد محتمل تر می باشد. روزهای بدون بارش بعد از یک روز معتدل در جنوب و غرب خوزستان و نیز در نواری نسبتاً عریض از غرب تنگه هرمز تا جنوب بلوچستان بیش از 80 درصد مواقع، محتمل است.

در این تحقیق ویژگی های بارش ایران در طی 44 سال گذشته را با استفاده از روش همسازها مورد بررسی قرار دادیم.در این مطالعه ما ازمشاهدات بارش 428 ایستگاه هواشناسی بین سالهای 1383-1340 استفاده و برای تحلیل ویژگی های فصل بارش از روش تحلیل همسازها استفاده نمودیم. با تحلیل سهم پراش میانگین های ماهانه بارش هر نقطه همسازهای بارش هر نقطه محاسبه و جهت آشکار سازی تاثیر عوامل جغرافیایی ( طول، عرض جغرافیایی وارتفاع) بر پراش های بارش، روابط رگرسیونی بکار گرفتیم. در این تحقیق، ویژگی های بارش با استفاده از در صد پراش (PV)، دامنه (A) و ضریب T توجیه شدند. نتایج حاصله از پهنه های بارش نشان داد که همساز های اول و دوم نقش غالبی در توجیه تغییرات بارش ایران ایفا می کند. به طور کلی همساز اول و دوم بیش از 90 درصد پراش بارش در ایران را توجیه می کنند. سهم پراش همساز اول در بارش سالانه ایران از شمال به جنوب افزایش می یابد و در همساز دوم این رابطه معکوس می شود. بطوریکه در استان های آذربایجان غربی و شرقی و نواحی ساحلی خزر همساز دوم بیش تر از جنوب کشور است. نتایج همچنین نشان دهنده بالاتر بودن ضریب همبستگی عوامل مکانی در همساز سوم نسبت به دوهمساز دیگر بود. این نشان دهنده این است که بارش های فصلی و محلی بیشتر تابع عوامل مکانی نظیر طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی وارتفاع است. از نتایج این پژوهش می توان برای مدیریت منطقه ای منابع آب و مقاصد کشاورزی استفاده نمود.

هدف از این مطالعه بررسی ناهنجاری ها و چرخه های آب قابل بارش جوّ ایران زمین است. بدین منظور داده های فشار و نم ویژه طی دورة 1950-2010 از پایگاه داده های NCEP/NCAR وابسته به سازمان ملی جوّ و اقیانوس شناسی ایالات متحده استخراج و تجزیه وتحلیل شد. برای انجام محاسبات از امکانات برنامه نویسی در محیط نرم افزار Grads و Matlab و نیز برای انجام عملیات ترسیمی از نرم افزار Surfer بهره گرفته شد. نتایج بررسی ناهنجاری های آب قابل بارش جوّ ایران نشان داد که نواحی سواحل به دلیل هم جواری با منابع عظیم رطوبتی خلیج فارس، دریای عمان و دریای خزر دارای ناهنجاری های مثبت و نواحی مرکزی، نواحی مرتفع و شمال غرب و شمال شرق کشور به دلیل دور بودن از منابع رطوبتی و متأثر بودن از ارتفاعات دارای ناهنجاری های منفی است. نتایج حاصل از تحلیل چرخه ها نشان می دهد که چرخه های کوتاه مدت دو تا پنج ساله بیشترین حاکمیت را در کشور داشتند. با وجود این، بیشترین چرخه های کوتاه مدت در نواحی جنوب شرق رخ داده است. بیشتر دانشمندان چرخه های دو و سه ساله را با ال نینو – نوسانات جنوبی و گردش عمومی جوّ و جریانات مداری مرتبط می دانند. همچنین، چرخه های دو تا پنج ساله را به رخداد ال نینو مربوط دانستند.

یکی از رویکردهای مطالعاتی در اقلیم شناسی، شناخت روابط عناصر اقلیمی است. در این راستا روش های پرشماری به کار گرفته شده است. یکی از این روش ها، به کارگیری دانش احتمال برای ردیابی روابط عناصر اقلیمی می باشد. هدف تحقیق حاضر بررسی رابطه ی حالات دمایی - بارشی روزانه بر اساس روش احتمال شرطی است. برای دستیابی به این هدف داده های شبکه ای پایگاه داده اسفزاری، ویرایش نخست با تفکیک زمانی روزانه، از 01/01/1340 تا 11/10/1383 که براساس 1436 ایستگاه همدید، اقلیمی و باران سنجی و با روش میانیابی کریگینگ برآورد شده بود، با تفکیک مکانی 15×15 کیلومتر و تعداد 7187 یاخته، مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس توزیع احتمال مربوط به دمای هر یاخته، چندک های دما برآورد و صدک های 25 و 75 توزیع فراوانی دما برآورد گردید. در هر یاخته، روزهایی که دمای روزانه آن کمتر از صدک 25 بود، به عنوان روزی سرد، روزهایی که دمای آن یاخته برابر یا بیشتر از صدک 75 آن یاخته بود، به عنوان روزی گرم و دمای روزانه ی هر یاخته که بین صدک 25 و صدک 75 قرار گیرد، به عنوان روزی با دمای بهینه در نظر گرفته شد. بدین ترتیب مشخصات فصلی دما در این تعریف منعکس شد. براین اساس فصول گرم، سرد و انتقالی برپایه ی مشخصات چندکی تعریف شد. بارش نیز به سه حالت بدون بارش، روزهایی که بارش کمتر از میانگین توزیع مربوط به هر یاخته رخ داده (روزهای کم باران) و روزهایی که برابر یا بیشتر از میانگین توزیع هر یاخته (پربارش) بارش تجربه کرده اند، در نظر گرفته شد. بدین ترتیب فقدان، کمبود و زیادبود بارش نیز تفکیک شد. در گام بعد فراوانی توأم رویدادهای دمایی و رویدادهای بارشی هر روز در یک ماتریس ارائه شد. سپس ماتریس احتمال توأم هریک از رویدادهای بارشی- دمایی نسبت به هریک از حالات بارشی محاسبه گردید. براین اساس احتمال وقوع هریک از طبقات بارشی در هریک از سه فصل گرم، سرد و انتقالی برای هر یاخته ی نقشه ی ایران برآورد گردید. در نهایت احتمال شرطی هریک از رخدادهای دمایی با حالت بارش برای هر یاخته محاسبه و نقشه ها و تحلیل های مربوط به هر حالت ارائه گردید. این ویژگی، حالات بارش را برای هر فصل ارائه می کند. نتایج تحقیق حاضر ضمن بیان واقعیت های اقلیمی، دستاوردهای اقلیم شناسان ایرانی را به لحاظ کمّی - احتمالاتی تأیید و ترسیم نموده است. بیشینه ی بارش های فصل سرد در 36 درصد از ایران زمین با احتمال 40-30 درصد و روزهای بدون بارش در حدود 43 درصد از ایرانرا در بر می گیرد. در فصل گرم، حدود 97 درصد از مساحت کشور 90-50 درصد روزها و 3 درصد از مساحت، 50-20 درصد از روزها بدون بارش بوده اند. در همین فصل حدود 17 درصد از سطح کشور 60-40 درصد روزها و حدود 56 درصد از سطح کشور 40-30 درصد از روزها را با بارش کم تجربه می کرده اند. فصل های انتقالی (پاییز و به ویژه بهار)، حدود 78 درصد از مساحت ایران، 90-60 درصد از روزها را بدون بارش و 30-10 درصد از این روزها توأم با بارش های سنگین و 30-20 درصد از این روزها با بارش های کم مقدار مشخص می شوند.

فصل تابستان بخصوص در نیمه جنوبی ایران با حاکمیت شرایط گرما و خشکی هوا شناخته شده است. به منظور بررسی شرایط همدید- پویشی موثر بر رخداد غیر معمول بارش تابستانه 12 – 6 سپتامبر 2008 (22-16 شهریور ماه 1387) در محدوده زاگرس جنوبی، با رویکرد محیطی به گردشی و با استفاده از آمار روزانه 270 ایستگاه ثبت داده، روزهای بارشی شناسایی شد. سپس داده های فشار تراز دریا، ارتفاع ژئوپتانسیل، وزش رطوبتی و همگرائی رطوبت تراز 500 هکتوپاسکال از پایگاه داده های مرکز ملی پیش بینی محیطی و تحقیقات جوی ایالات متحده (نوا) استخراج و آنومالی این پارامترها با توجه به میانگین درازمدت 65 ساله (2012-1948) محاسبه و با شرایط روزهای مذکور مقایسه شد. بررسی الگوی حاکم براین روزها به کلی ارتباط این بارش ها را با فرایند موسمی منتفی و آنرا وابسته به الگویی مشابه الگوهای فصل سرد میداند. انحراف از میانگین شدید فشار تراز دریا در کم فشار خلیج فارس و پر فشار شمالی دریای خزر و شیب تغییرات فشار حاصله در راستای رشته کوه زاگرس و تشکیل جبهه ساکن بر فراز این منطقه و فراز و فرودهای مانع ایجاد شده در مسیر بادهای غربی بعلاوه آنومالی منفی تراز 500 هکتوپاسکال موجبات صعود رطوبت وارده به منطقه از سوی دریاهای مدیترانه و سرخ را فراهم ساخته و منجر به ریزش باران شده است.

در این پژوهش از داده های بارش روزانه ی 1437 پیمونگاه هم دید، اقلیمی و باران سنجی ایران در بازه زمانی 1/1/1340 تا 29/12/1382(برابر با 15705 روز) بهره برداری شده است. به کمک روش زمین آمار کریگینگ، داده ها روی یاخته هایی به ابعاد 15 * 15 کیلومتر درون یابی شدند. به این ترتیب آرایه ای به ابعاد 7187*15705 تشکیل شد. برای شناسایی برازنده ترین توزیع روزهای با بارش بیش از 5/0 میلی متر در هر یاخته از آزمون نیکویی برازش کلموگروف- اسمیرنف بهره بردیم. از میان 7187 یاخته 15* 15 کیلومتری که کل مساحت ایران را پوشش می دهد تابع تجربی بارش روزهای بارشی 6861 یاخته معادل 5/95 درصد از مساحت کشور از توزیع نظری گامای دو فراسنجی و تابع تجربی 326 یاخته معادل 5/4 درصد از مساحت کشور که در جنوب شرق و ارتفاعات زاگرس تمرکز یافته از توزیع نظری نمایی پیروی می کنند. نگاشت فراسنج های میانگین، انحراف معیار، چولگی و کشیدگی برازنده ترین توزیع(مدل احتمال) حکایت از آن دارد که میانگین بارش روزانه درازمدت زیر 10 میلی متر تاییدی بر خشک بودن اقلیم در 95 درصد از مساحت کشور است. نوسان و میزان میانگین بارش، انحراف معیار، چولگی و کشیدگی ایران مرکزی و شرق کشور نسبت به سایر مناطق ایران کمینه است. در حالی که در سایر مناطق ایران چنین یک نواختی در فراسنج ها به چشم نمی خورد. در بخش قابل توجهی از زاگرس و سواحل جنوب ایران میانگین بارش مورد انتظار 5 تا 10 میلی متر است اما میانگین انحراف از بارش در سواحل جنوب افزایش یافته و از اعتماد به بارش کاسته می-شود. در دامنه های شرقی زاگرس و در حد فاصل ورود از ارتفاعات زاگرس به بدنه داخلی ایران میزان بارش مورد انتظار از بخش زیادی از زاگرس بیش تر است اما کمینه اعتماد به بارش ایران در این مناطق به چشم می خورد و تعداد بارش های کم زیاد است. .

یکی از شاخه های دانش بشری که قادر است برخی رخدادهای اقلیم را نمایش و ترسیم کند، دانش احتمالات است. در این تحقیق، صلاحیت الگوی زنجیره مارکوف برای برآورد روزهای خشک و پهنه بندی احتمالاتی مورد ارزیابی قرار گرفت. بر این اساس، داده های شبکه ای بارش روزانه ایران با تفکیک زمانی روزانه از 01/01/1340 - 11/10/1389 و مکانی داده ها 15 15 کیلومتر موردبررسی قرار گرفت. سپس با استفاده از زنجیره مارکوف به تحلیل احتمالی و پهنه بندی روزهای خشک ایران پرداخته شد. روزهای خشک پیش بینی شده در ماه های فصل زمستان و فصول دیگر به روزهای خشک واقعی اتفاق افتاده، نزدیک بوده است. بر اساس 48 نقشه مشخصات مارکوفی روزهای خشک، داده های مربوط به هر نقشه در کنار هم جمع آمدند. عملیات تحلیل خوشه ای بر این آرایه مشاهدات اعمال شد. بر اساس روش آزمون وخطا تعداد 6 پهنه استخراج گردید. پهنه های موردبررسی در این مطالعه ازنظر خشکسالی با همدیگر تفاوت داشته اند. پهنه اول دامنه های غربی زاگرس، پهنه دوم نواری از شمال شرقی، جنوب البرز، شمال غربی و تا حدودی غرب کشور، پهنه سوم بخش هایی از مناطق شمال شرقی و ارتفاعات لاله زار و هزار و قسمت هایی از جنوب، پهنه چهارم تقریباً نیمی از مساحت کشور در مناطق مرکزی، شرق و بخش هایی از جنوب، پهنه پنجم با کم ترین مساحت بخش های مرکز و غرب کرانه های خزری و گروه ششم بخش هایی از شرق دریای خزر و شمال غربی کشور را در برمی گیرد. درنهایت یافته ها نشان داد که صلاحیت الگوی زنجیره مارکوف در برآورد روزهای خشک (برای تمام فصول پهنه کشور) از صلاحیت بسیار بالایی برخوردار است.

بارش سنگین برای هر روز به بارشی است که فراتر از بارش های معمول در یک محل و برای همان روز باشد. برای این مقدار بارش ها دو آستانه ی مطلق و نسبی معرفی شده است. در تحقیق حاضر، بارش سنگین با استفاده از نمایه ی نسبی و بر اساس فراسنج صدک ها تعریف شده است. میانگین الگوهای گردشی تراز دریا و تراز 500 هکتوپاسکال توأم با بارش های مذکور بررسی شد. بدین ترتیب، دو گروه داده: یکی، زمینی و دیگری، جوی برای تحقیق حاضر استفاده شده است. داده های زمینی شامل: اندازه گیری بارش در ایستگاه های همدید، اقلیم شناسی و باران سنجی سازمان هواشناسی کشور و ایستگاه های باران سنجی وزارت نیرو برای دوره ی آماری 1967-2007 است. روش کریجینگ روش بهینه ی میان یابی و نیز اندازه ی شبکه ی میان یابی، برای تهیه ی نقشه 14975 مورد استفاده شد. اندازه شبکه میان یابی با ابعاد حدود 3333 کیلومتر (تقریباً 116 یاخته) اختیار شد. بنابراین، داده های شبکه ای بارش شمال غرب به ابعاد 116 14975 با آرایش گاه جای1 مرتب شد. داده های جوی شامل فشار تراز دریا و ارتفاع تراز 500 هکتوپاسکال از پایگاه داده های جوی مرکز پیش یابی اقلیم NCEP/NCARوابسته به سازمان ملی جو و اقیانوس شناسی ایالات متحده برداشت شد. گستره های 10-20 الی 60-70 درصد تحت پوشش بارش سنگین بررسی شد. نقشه ی میانگین و گرانیگاه بارش برای تمامی این حالات برآورد گردید. بررسی این وضعیت ها گواهی بر تصادفی بودن توزیع مکانی بارش های سنگین است. متوسط الگوهای فشار تراز دریا حضور پرفشار سیبری با زبانه ی شرقی غربی و نیز ناهنجاری مثبت را در محدوده ی ظهور آن نشان می دهد. کشیدگی زبانه ی پرفشار سیبری به سمت اروپا، موجب ظهور ناهنجاری کمابیش قوی و مثبت در این ناحیه شده است. ظهور یک کم فشار در ناحیه دریای سرخ و کشیدگی زبانه آن به مدیترانه شرقی، شامات و شمال عربستان و نیز امتداد آن تا شمال غربی و بعضاً سرتاسر غرب ایران ضمن این که موجب تکوین یک ناحیه با ناهنجاری منفی فشار شده است، در مجاورت پرفشار و ناهنجاری مثبت اروپایی موجب شکل گیری شیو شدید فشار شده است. در تراز 500 هکتوپاسکال، شمال غرب ایران در جلو محور فرود (ناوه) حاکم بر روی مدیترانه ی شرقی قرار دارد. با افزایش پهنه ی زیر پوشش بارش سنگین، عمق فرود افزایش یافته و محور آن از حالت نسبتاً عمود به سمت حالت افقی و اریب میل می کند. حضور این ناوه موجب شکل گیری ناهنجاری منفی در ناحیه تحت تأثیر بوده است. در تمامی حالات، بلافاصله در غرب و شرق ناوه مورد بحث یک پشته قرار گرفته است. حضور پشته ی غربی ضمن ریزش هوای سرد به داخل ناوه، شرایط برخورد هوای سرد شمال اروپا و هوای گرم ترِ مدیترانه شرقی و شکل گیری جبهه ها را میسر ساخته است. با جابه جایی شرق سوی پشته ی شرقی، پهنه ی زیر پوششِ بارشِ سنگین، زیاد می شود.

رژیم بارش به توزیع فصلی- ماهانه بارندگی اشاره دارد. با شناخت این ویژگی، می توان به بخش های مهمی از ساز و کار(های) حاکم بر توزیع زمانی بارش پی برد. رژیم بارش می تواند بر عملکرد سایر اجزاء اقلیم تاثیر گذاشته و برآیند آن پیامدهای مثبت یا منفی خواهد بود. در مطالعه حاضر با استفاده از آمار بارندگی ماهانه 73 ایستگاه طی دوره آماری 2005-1966رژیم بارندگی شمال غرب کشور مورد توجه قرار گرفت. در این راستا از سه نمایه بارش (ضریب تغییرات، نمایه یکنواختی و نمایه فصلی) بهره گرفته شد. هر سه نمایه بیان گر ویژگی های کما بیش یکسان از رژیم بارش پهنه مورد مطالعه بود. نتایج نشان داد که کم ترین ضریب تغییرات و بیش ترین یکنواختی بارش در شمال شرق پهنه مورد بررسی رخ می دهد. این بخش دارای رژیم بارش یکنواخت با یک فصل مرطوب می باشد که نشان می دهد سامانه های متنوع باران زایی در این بخش ها از بیشینه فعالیت برخوردارند. در نقطه مقابل آن، بخش جنوب غربی پهنه، دارای رژیم بارش کاملاً متمرکز است که بازتابی از تاثیر فزاینده سامانه های متمرکز در یک فصل است. حدود 80 درصد از پهنه اخیر دارای رژیم بارش فصلی با یک فصل خشک کوتاه است.

روزهای گرم فراگیر از جمله رویدادهای ناهنجار اقلیمی به شمار می آیند. رخداد چنین روزهایی عمدتاً بر اثر عوامل همدید است. مطالعه عواملی که منجر به رخداد چنین پدیده ای می شود، می تواند حاوی اطلاعات با ارزشی از شرایط تکوین این پدیده باشد. در این تحقیق از داده های شبکه ای دمای بیشینه کشور از ابتدای سال 1340 تا انتهای سال 1386 و داده های جوی استفاده گردیده و روز 17/12/1382 به عنوان فراگیرترین روز گرم ایران شناسایی شده است. در این روز حدود 7/96 درصد از پهنه ایران، گرمای فراگیر را تجربه کرده است. نتایج حاصل از بررسی داده های جوی نشان می دهد شرایط جوی توأم با این پدیده، عبارتند از: حضور شرایط متباین فشار و به تبع آن جهت جریانات جوی گرم بر روی کشور، حضور یک ناوه در نواحی گرم و خشک و قرار گرفتن ایران در بخش جلویی محور ناوه، قرارگرفتن کشوردر ربع ورودیِ جنوبی رودباد و درنهایت وزش گرم درتمامی ترازهای مورد بررسی جو.

بارش تغییر پذیرترین پارامتر جوی است که زمان و فصل آن هم دچار تغییر می گردد. شناخت دقیق سازوکار ونحوه تغییرات فصل بارندگی اهمیت بسیاردارد. در این راستا مطالعه فصل بارندگی در استان همدان که از نظر کشاورزی جایگاه ویژه ای در سطح کشور دارد، اجتناب ناپذیر است این مطالعه سعی در شناخت تغییرات فصل بارندگی در استان همدان را دارد بدین منظورتاریخ وقوع، آغاز وخاتمه بارندگی از داد ه های روزانه بارش در استان همدان استخراج، روند خطی و تغییرات احتمالی آن ها، طی دوره سی ساله 1358 تا 1387 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بدین منظور مشاهدات به سه دهه مجزا تقسیم و مقایسه گردید. نتایج این مطالعه نشان می دهد که در دهه اول دوره بارندگی اوایل پائیز آغاز و در بهار پایان می یافت. یعنی دوره بارندگی طولانی بوده است. در دهه دوم فصل بارندگی تغییر خاصی نکرده و فقط در برخی مناطق استان طول دوره بارندگی کوتاه تر ودربرخی نواحی بلندتر شده است. اما در دهه سوم دوره بارندگی جابه جایی محسوسی داشته است. یعنی آغاز بارندگی از زمستان و خاتمه آن به طرف تابستان بوده است. این بدان معنا است که در سال های اخیر فصل بارندگی با سرعتی نسبتا"" کند به طرف تابستان در حرکت است. تغییرات روند طول دوره بارندگی نیز نشان دهنده روند افزایشی است. به عبارتی در دوره مورد مطالعه فصل بارندگی طولانی تر شده است، به منظور طبقه بندی تغییرات فصل بارندگی بر روی داده های میانیابی شده و بر اساس ""متوسط فاصله اقلیدسی"" و به روش ادغام ""وارد [1] "" تحلیل خوشه ای انجام شد. بر این اساس، استان همدان از نظر تغییرا ت فصل بارندگی به سه منطقه طبقه بندی گردید. منطقه یک با بیشترین وسعت، کوتاه شدن فصل بارندگی را نشان می دهد منطقه دو جابجایی آغاز فصل بارندگی به طرف زمستان را نشان می دهد و در منطقه سوم فصل بارندگی تغییری محسوسی نداشته است.

تحلیل مولفه­های اصلی یک روش بهینه ریاضی برای کاهش حجم داده­ها و تبدیل متغیرهای اولیه به چند مولفه محدود است به­طوری که این چند مولفه بیشترین پراش متغیرهای اولیه را توجیه نماید. در این مطالعه برخی مشخصات آماری بارش سالانه شهر زنجان شامل مجموع بارش سالانه، تعداد روزهای بارانی، بزرگ­ترین بارش روزانه در سال، نسبت بارش بیشینه به مجموع بارش سالانه و مشخصاتی از قبیل انحراف معیار، چولگی، کشیدگی، میانگین قدر مطلق انحراف از میانگین و میانگین قدر مطلق تغییرپذیری سالانه که از بارش ماهانه برای هر سال محاسبه گردید در معرض تحلیل مولفه­های اصلی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با چهار مولفه می­توان بیش از 95 درصد از تغییرات بارش سالانه را توضیح داد. مولفه اول که بالاترین پراش داده­ها (6/42 درصد) را تبیین می­کند، نماینده بارش سالانه و شاخص­های مطلق تغییرپذیری آن یعنی انحراف معیار، میانگین قدر مطلق انحراف از میانگین و میانگین قدر مطلق تغییرپذیری سالانه می­باشد. مولفه دوم نماینده شاخص­های شکل توزیع فراوانی (چولگی و کشیدگی)، مولفه سوم نماینده بارش­های بیشینه و در نهایت مولفه چهارم نماینده تعداد روزهای بارانی می­باشد. تحلیل روند نمرات مولفه­ها نشان داد که نمرات مولفه­های اول و چهارم به ترتیب دارای روند معنی دار کاهشی و افزایشی حول یک خط را دارند که نشان از کاهش بارش در طول دوره آماری مورد مطالعه از یک طرف و یکنواخت شدن توزیع زمانی آن دارد.

شناخت نحوه رخداد رودباد به عنوان یکی از اجزای اصلی گردش عمومی جوّ، تأثیر بسزایی در پیش بینی و چگونگی وقوع سایر رویدادهای اقلیمی دارد. در پژوهش حاضر، از داده های مربوط به مؤلّفه مداری و نصف النّهاری باد در ترازهای 200، 300، 400 و 500 هکتوپاسکال، در محدوده عرض جغرافیایی20 تا  80 درجه شمالی و طول جغرافیایی 10 درجه غربی تا120 درجه شرقی بهره گرفته شده است. بازه زمانی مورد استفاده، شامل فروردین 1330 تا اسفند 1389 بوده است. در این مطالعه ماتریسی به ابعاد 1325×21914 (سطرها تعداد روز و ستون ها تعداد یاخته ها است) از متوسط روزانه سرعت باد، برای هر تراز تدوین گردید. این داده ها با به کارگیری نرم افزار GrADS استخراج شده است. سپس با استفاده از نرم افزار Arc Map بیضی استاندارد برای هر تراز ترسیم گردید.  نتایج تحلیل توصیفی در مقیاس سالانه، بیانگر رخداد مرکز متوسّط سالانه رودباد جنب حارّه بر فراز شمال آفریقا، دریای سرخ و شمال عربستان در تراز 200 هکتوپاسکال است. مرکز مزبور در ترازهای پایین تر به سمت شرق جابجا شده است. همچنین بررسی متوسّط فراوانی سالانه حاکی از رخداد بیشینه وقوع هسته در مناطق مذکور است. این امر یکی از عوامل مهم در انتقال پدیده گرد وغبار به جنوب غرب و غرب کشور است.  ترسیم بیضی استاندارد در تمام سطوح نشان داد که کشور در نیمه دوم بیضی استاندارد قرار گرفته است و در ترازهای پایین تر بیضی استاندارد به سمت غرب و تا حدودی شمال جابجا شده است. بررسی فراوانی بیشینه هسته در طول دوره، مراکز بیشینه فراوانی وقوع هسته را در خوزستان، بوشهر، فارس، کرمان، هرمزگان و سیستان و بلوچستان نشان داد. نحوه عملکرد دینامیکی هسته رودباد در ورودی راست و خروجی چپ هسته، که همراه با واگرایی بالایی است، همزمان با همگرایی در منطقه ای که فاقد رطوبت کافی است، توفان غباری را در پی دارد.

تعامل عمیق، پیچیده و مداوم بارش با سایر عناصر و عوامل اقلیمی سبب تغییر و تنوع این عنصر در بُعد زمان و مکان و نیز جلب توجه و هدایت مطالعات اقلیم شناسان و حتی علوم مرتبط با اقلیم شناسی شده است. یکی از رویکردهای مطالعاتی، توصیف تنوع مکانی بارش براساس آماره های مکانی است. بدین دلیل نیاز شناخت مبادی و مبانی این قبیل مطالعات از ضرورت های اولین در اقلیم شناسی است. در مطالعه حاضر هدف بر این است که ضمن معرفی مبانی آمار مکانی، با استفاده از روش های آماری، رفتار عمومی بارش ایران زمین در امتداد مکان ارائه گردد. دراین راستا از داده های بارش روزانه 1437 ایستگاه همدید ، اقلیم شناسی و باران سنجی از 1/1/1340 تا 11/10/1383 استفاده شده است. در ابتدا براساس روش کریجینگ پراکندگی مکانی بارش مورد بحث قرار گرفت. سپس سه مشخصه اندازه های توزیع مکانی، همبستگی مکانی و مدل سازی رگرسیونی در معرض توجه قرار گرفت. نتایج نشان داد که مرکز ثقل(گرانیگاه) بارش های سالانه در مختصات شمالی و شرقی رخ می دهد. تغییرات مکانی این مرکز ثقل در مسیر سامانه های عمده بارش ایران زمین است. ناپایستگی مکانی مرکز ثقل در راستای محور شمال غرب جنوب شرق و گویای جابه جایی بیش تر این مرکز در امتداد مذکور است. همبستگی مکانی گویای رابطه مکانی در شعاع حدود 12 کیلومتری است. مدل برازنده بر داده های مکانی گویای بزرگی اثر شیب و جهت گیری آن بر میزان بارش است.

سامانه ی اقلیم، مجموعه ای چند بُعدی، درهم تنیده و پویاست. این ویژگی ها موجب می شود که هم عوامل تغییرزا و هم نتایج تغییر، حاوی تنوع زمانی – مکانی باشد. یکی از ویژگی های اقلیمی که بدین لحاظ قابل تأمل است، تداوم موسم های خشک و مرطوب است. تداوم موسم های خشک و مرطوب به لحاظ شدت و فراوانی رویدادهای بارشی از اهمیّت شایان توجهی برخوردارند. این ویژگی ها به دلیل این که مشخصات اقلیم بارشی را منعکس نموده و نیز به لحاظ این که بر فراسنج های دیگر اقلیمی تأثیر می نهند، نظر بسیاری اقلیم شناسان را به خود جلب نموده است. در تحقیق حاضر با استفاده از مشاهدات بارش روزانه ی شهر زنجان طیّ دوره ی آماری 2006-1961 و بر اساس روش های ناپارامتری، روند بیشینه، متوسط و تداوم موسم های خشک و تر برای هرسال برآورد گردید. نتایج تحقیق نشان داد که نمایه های مورد بررسی در هیچ یک از مقیاس های زمانی سالانه و ماهانه حاوی روند معنی داری نبوده است. مقدار بارش های کم حاوی روند کاهشی معنی دار بوده اند و با توجه به فقدان روند در دفعات وقوع، دفعات این بارش ها و به تبع آن موسم های تر و خشک ثابت بوده است. بر اساس یافته های تحقیق معلوم شد که چهار ماه سال (جون، جولای، آگوست و سپتامبر) فاقد بارش هستند. بارش های احتمالی در این چهار ماه، حاصل رویدادهای محلی- تصادفی و نامنظم می باشد. از این رو چهار ماه یاد شده به عنوان فصل خشک زنجان به شمار می آید. بیشترین دفعات وقوع بارش مربوط به ماه های آوریل و می است. بدین ترتیب پرباران ترین فصل را می توان فصل بهار دانست.

تغییر عناصر اقلیمی به اشکال مختلفی قابل ردیابی است. در بسیاری مواقع این تغییرات نهان و از طریق مطالعه روند، آشکار نمی شوند. در بسیاری مواقع تغییر عناصر اقلیمی در شکل توزیع فراوانی و عمدتاً در دنباله توزیع فراوانی (فرین ها) نمایان می شوند. در گذشته ردیابی تغییرات از طریق مطالعه تغییر مرکز توزیع فراوانی (میانگین) صورت می گرفت اما اخیراً توجه دانشمندان به دنباله شکل توزیع فراوانی عناصر اقلیمی معطوف شده است. بنابراین بررسی شکل توزیع فراوانی عناصر اقلیمی، نکات بسیار مهمی در خصوص رفتار بلند مدت این عناصر نشان می دهد. شناخت رفتار عناصر اقلیمی براساس شکل توزیع فراوانی آن ها به لحاظ علمی و عملی از اهمیت شایان توجهی برخوردار است. دراین تحقیق با استفاده از مشاهدات روزانه چهار نمایه فرین بارش زنجان ( شامل بیشینه بارش، پنج بارش بزرگ، صدک پنجم و نودو پنجم) و نیز سهم آن ها در بارش سالانه طی دوره آماری 2006-1961 و با استفاده از توزیع فرین تعمیم یافته ( GEV )، تغییرات بارش های فرین در معرض تحلیل قرار گرفت. هرچند تحلیل روند حاکی از ایستایی فرین ها بود اما معلوم شد که چند نوع ناایستایی در مشاهدات رخ داده است. این ناایستایی ها به صورت چرخه ها، جهش و نیز تغییر توزیع فراوانی قابل رویت است. برای مثال مجموع بارش های حاصل از پنج بارش بزرگ حاوی چرخه های حدوداً 3 ساله هستند. از سال 1980 به بعد یک تغییر سطح کاهشی در مجموع بارش های حاصل از صدک پنجم و سهم آن ها در بارش سالانه رخ داده است. شکل توزیع فراوانی بارش های حاصل از صدک پنجم در نیمه اول و دوم باهم متفاوت بوده و در نیمه اول از توزیع چوله به چپ به توزیع چوله به راست در نیمه دوم تغییر یافته است. این تغییر توام با کاهش میانگین و چولگی این توزیع بوده است. همچنین تغییرات حادث شده بر صدک پنجم بارش با شدت کم تری در بارش های حاصل از صدک نود و پنجم قابل مشاهده است. با تمامی این اوصاف بارش بیشینه و پنج بارش بزرگ از ایستایی بیش تری نسبت به شاخص های دیگر برخوردارند. بنابراین می توان استنباط نمود که فراوانی و مقدار بارش های سنگین و سبک به سمت کاهش میل نموده اند.

حالات دما، نوع تأثیر آن بر محیط را تعیین می کند. یکی از حالات بسیار مهم، قابل توجه و مؤثر دما، که به عنوان یک مخاطره جوی به شمار می آید، پدیده یخبندان است. یخبندان به لحاظ تاثیر بر فعالیت های اقتصادی و حیاتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به منظور تحلیل آماری یخبندان در ایران، داده های شبکه ای دمای کمینه روزانه ایران، از پایگاه داده اسفزاری ویرایش نخست بهره برداری شد. این داده ها دارای تفکیک زمانی روزانه از 01/01/1340 تا 11/10/1383 (15992 روز) است. تفکیک مکانی داده ها 1515 کیلومتر ( 7187 یاخته ) است. بدین ترتیب داده های شبکه ای دمای کمینه ایران آرایه ای به ابعاد 7187 15992 و با آرایش گاه جای چیده شد. کلیه تحلیل ها بر روی این آرایه انجام شده است. به منظور تحلیل یخبندان ها و بر اساس آستانه صفر درجه سلسیوس روزهای یخبندان و مشخصات توصیفی، آماری و ترسیمی آن ها از میان سطر ها و ستون های آرایه تولید شده استخراج گردید. برای به کار گیری روش ها و دستیابی به اهداف این تحقیق از نرم افزارهای سورفر و متلب استفاده شد. تحلیل سری زمانی متوسط دما در روزها و یاخته هایی که در آن ها یخبندان رخ داده است، نشان داد که کل روزهایی که یخبندان در آن ها رخ داد 9224روز از 15992 روز بوده است. رفتار نوسانی قوی و روند افزایشی ضعیف و نیز ظهور یک جهش رو به بالا از نیمه دوم دوره آماری از ویژگی های این سری زمانی است. الگوی نوسانی مشابه میانگین دمای یخبندان ها ولی فقدان روند معنی داری بر سری زمانی پهنه های زیر یخبندان حاکم است. کرانه های دریای عمان و بخش هایی از خلیج فارس در استان هرمزگان طی دوره آماری مورد بررسی فاقد یخبندان بوده اند. نواحی مرتفع دارای یخبندان هایی با دمای پایین و نواحی کم ارتفاع یخبندان های با دماهای بالاتر را تجربه می کرده اند؛ اما بررسی های آماری رابطه قوی تری برای عرض جغرافیایی نشان داده است. میانگین تعداد روزهای یخبندان در ایران بین صفر و 145روز قرار دارد. تعداد روزهای یخبندان در ایران با ارتفاعات رابطه قابل توجهی دارد. به منظور بررسی شدت یخبندان از نمایه چندک ها بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که شدت یخبندان ها از دو متغیر مکانی ( ارتفاع و عرض جغرافیایی) تبعیت بیش تری داشته اند.

اقلیم به عنوان سامانه ای متشکل از چندین متغیر است. تغییر در هریک از این متغیرها نتایج متنوع و متفاوتی درپی دارد. اخیراً دانشمندان به منظور تحلیل تغییرات اقلیمی توجه خود را به دنباله توزیع فراوانی (فرین های) هریک از عناصر اقلیمی معطوف داشته و نمایه های مختلف و متنوعی برای ردیابی این مشخصه ها ارائه نموده اند. یکی از عناصری که قادر است تغییرات اقلیمی را منعکس نماید، بارش و رفتار زمانی آن است. بررسی تغییرات توام تمامی مشخصات فرین بارش، قادر است فضای چند بعدی این عنصر اقلیمی را بهتر نمایش دهد. یکی از روش های تحلیل توام تغییرات این عنصر و هر عنصر اقلیمی دیگر، به کارگیری تکنیک های آماری چند متغیره است. به منظور بررسی توام فرین های بارش ، 26 نمایه فرین بارش از بارش های روزانه شهر زنجان طی دوره آماری 2006-1961 استخراج گردید. سپس با استفاده از تکنیک تحلیل مؤلفه های مبنا، 6 مؤلفه از 26 نمایه حدود 4/86 درصد از تغییرات را توضیح می داد. این شش مولفه به لحاظ وجود روند، جهش و چرخه هاآزمون شدند. از سال 1982 به بعد مولفه اول با تغییر سطح معنی دار بر کاهش بارش های حاصل از صدک اول دارند. مولفه دوم به عنوان نماینده فراوانی و تداوم بارش های بزرگ حاوی روند کاهشی معنی داری بوده است. بقیه مولفه ها فاقد روند و جهش بوده اند. تحلیل طیفی مؤلفه های مبنای فرین های بارش نیز نشان داد که مولفه دوم علاوه بر روند بلند مدت، حاوی چرخه های حدوداً سه ساله است. مولفه چهارم به عنوان نماینده بارش های ابر سنگین با چرخه های تقریبی چهار ساله و مولفه پنجم که نماینده میزان، فراوانی و تداوم بارش های کم مقدار است، حاوی چرخه های 3-2 ساله هستند.

شناخت مشخصات رفتار بارش­های سنگین، فرایند برنامه­ریزی، طراحی، عمل و مدیریت منابع آب را آسان­تر مـی­سازد. در منابع موجود تعاریف مـتعددی از بارش­های سنگین ارائه شـده است. از نمایه­های این نوع بارش­ها می­توان به بارش بیشینه و پنج بارش بزرگ در هر سال اشاره نمود. یکی از ویژگی­های بارش­های سنگین، تنوع مکانی و تغییرات زمانی آن است. این ویژگی ضرورت مطالعه این پدیده را با تفکیک زمانی ـ مکانی بالا محرز می­سازد. از این رو لازم است مشاهدات این نوع بارش­ها حداقل از مشاهدات روزانه استخراج گردد. بدین دلیل و به منظور تحلیل بارش­های سنگین زنجان، بارش­های روزانه زنجان طی دوره آماری 2006-1961 استخراج گردید. روند مجموع بارش بیشینه هرسال ـ سهم آن در بارش سالانه و مجموع پنج بارش بزرگ ـ و سهم آن در مجموع بارش هر سال براساس روش­های ناپارامتری برآورد گردید. نتایج تحقیق نشان داد که مشاهدات مورد بررسی در طول دوره آماری و در دو مقیاس سالانه ـ ماهانه فاقد روند معنی­دار هستند. اما بارش بیشینه با دو فاز پر افت و خیز در دوره 1973-1961 و کم افت و خیز در دوره 2006-1974 مشخص می­شود.