بررسی روند و رفتار بارشی شهر شاهرود با استفاده از مدل‌های آماری و تحلیل طیفی

سری‌های زمانی که در مطالعات اقلیمی مورد بررسی قرار می‌گیرند، دارای ویژگی و رفتارهای متفاوتی از جمله روند، نوسان، افت و خیز و جهش هستند. هر سری زمانی ممکن است حاوی یک سری ویژگی‌ها و رفتارهای پنهانی باشند که با روش‌ها و مدل‌سازی‌های ساده آماری قابل استخراج نباشند. در این راستا تکنیک تحلیل طیفی یک ابزار توانمند در شناسایی و آشکارسازی افت و خیزهای نهان و آشکار در سری زمانی است. این تکنیک با تبدیل رفتار سری زمانی از حالت نوسانات زمانی (بعد زمانی) به بعد فرکانسی، چرخه‌ها یا افت و خیزهای موجود در سری را که با توابع ساده آماری مانند خودهمبستگی و میانگین متحرک و غیره نمود ندارند، را آشکار می‌سازد. در این مقاله جهت شناسایی رفتار بارش شهر شاهرود از میانگین بارش سالانه 60 ساله(2012- 1953)، بر اساس روش‌های توزیع آماری، شناسایی روند، مدل‌سازی روند و در نهایت شناسایی چرخه‌ها با استفاده از روش تحلیل همساز(هارمونیک) و تحلیل طیفی و با کمک از نرم افزارهای Matlab، Minitab و SPSS استفاده شده است. برای شناسایی دقیق‌تر رفتار مذکور میانگین بارش سالانه را به دو دوره 30 ساله تقسیم نموده و بعد از محاسبات هر دوره، دوره‌ها با هم مقایسه شدند. لذا بعد از شناسایی اولیه رفتار بارش، سری زمانی بارش از قلمرو زمانی به قلمرو فرکانسی تبدیل شد. سپس واریانس هر فرکانس(هرجفت سینوس و کسینوس یک فرکانس یا همساز می‌باشد)، و سهم واریانس هر چرخه از تغییرات واریانس کل بدست آمد. در مرحله بعدی دوره نگار و دوره‌های بازگشت برای هر یک از چرخه‌ها محاسبه و تغییرات تصادفی متغییرها(نوفه یا نویز) برای هر یک از دوره‌های منتخب استخراج گردید. نتایج نشان داد توزیع بارش شاهرود نرمال نیست و بهترین توزیع قابل برازش بر بارش شاهرود توزیع ویبول است. خروجی جهت و مقدار روند با استفاده از روش‌های ناپارامتری و پارامتری متفاوت می‌باشد به نحوی که بر اساس روش‌های ناپارامتری غیر خطی کندال و خطی اسپیرمن روند مثبت و مقدار آن به ترتیب 176/0 و 140/0 میلیمتر در سال ولی در روش پارامتری خطی، روند منفی با ضریب سالانه 0352/0- میلیمتر می‌باشد. همچنین نتیجه مدل‌سازی روند با استفاده از روش ناپارامتری مبین کاهش حجم سالانه بارندگی به مقدار 685/0- میلمتر است. این مقدار در روش مدل‌سازی خطی و نمایی مثبت می‌باشد. نتایج تحلیل طیفی وجود دو چرخه با ضریب اطمینان 95% در فرکانس‌های 03/0 و 17/0 با دوره بازگشت تقریبی 15 و 3 ساله برای میانگین بارش سالانه 60 ساله(2012- 1953)، یک چرخه با ضریب 95% در فرکانس 05/0 با دوره بازگشت 5/7 ساله برای میانگین بارش 30 سال اول دوره آماری(1982- 1953) و یک چرخه با ضریب 99% در فرکانس 47/0 با دوره بازگشت یک ساله برای میانگین بارش 30 سال دوم دوره آماری (2012- 1983) می‌باشد. همچنین خودهمبستگی‌های منفی در هر سه دوره بیانگر وجود نوفه آبی می‌باشد بدین معنی خط صفر پیوسته از چرخه اول تا آخرین چرخه به صورت پیوسته سیر صعودی را طی می‌کند.